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平板 闸门 设计 全套 cad 图纸

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摘要水利枢纽的主要任务之一就是拦洪、蓄洪、泄洪，根据枢纽预定功能，水流量大小等条件，枢纽设有表孔、深孔、导流孔、隧洞、放空洞等泄水通道。闸门是控制这些通道过流的机械设备，它运行的好坏直接影响水利枢纽的安危，因此选好闸门启闭机的形式，做好金属结构的总体布置即为重要，其次是解决所采用的材料、计算结构安全、选好支承式、解决闸门运行时各种复杂的水力学问题，精心搞好设计，才能解决设备安全顺利地完成枢纽所赋予的任务。本设计是一平板定轮钢闸门，所起作用是尾水门兼事故检修闸门，本文根据所提供的工程概况，详细地论述了闸门的步骤、方法及内容。设计内容以顶节门叶为主，论述的较为具体，中节和底节门叶结构及设计方法与顶节答题类似，所以没有再展开说明，仅将有关尺寸数据列出。关键字平板定轮闸门、门叶、顶节。IABSTRACTONEOFTHEMAINTASKSOFWATERCONTROLPROJECTISTOSTOPFLOOD,STORAGEFLOODANDDISCHARGEFLOODINACCORDANCEWITHPREDETERMINEDHUBFUNCTION,THESIZEOFWATERFLOWCONDITIONS,THEHUBEQUIPPEDWITHLIPDEEPHOLES,DEEPHOLE,DIVERSIONHOLE,TUNNEL,DRAINAGECHANNELS,ANDSOONTHEGATE,WHICHISTHEEQUIPMENTTOCONTROLFLOWTHROUGHTHESECHANNELS,RUNSADIRECTIMPACTONTHESAFETYOFKEYWATERCONTROLPROJECT,SOSELECTINGTHEFORMOFGATEHOISTDOAGOODJOBINTHEOVERALLLAYOUTOFMETALSTRUCTURESISEXTREMELYIMPORTANT,THENRESOLVETHEMATERIALSWHICHBEUSED,CALCULATETHESAFEOFSTRUCTURE,CHOOSEGOODSUPPORTSTYLE,FINDSOLUTIONTOTHECOMPLEXHYDRAULICSPROBLEMOFTHEGATE,THENRESOLVEDTHEDESIGNOFEQUIPMENTSAFETYANDCOMPLETEDTHETASKSENTRUSTEDTOTHEHUBSUCCESSFULLYINTHISARTICLE,DESIGNEDBYTAKINGTHEFLATSTEELGATEANDTAILGATEANDTAILGATEACCIDENTREPAIRWATERGATE,DESIGNTHEGATEADOPTIONOFTHEBASICINFORMATIONGIVENTHISARTICLEDISCUSSESTHEDESIGNOFTHEGATESTEPS,METHODSANDCONTENTINDETAILTHEDESIGNOFTHECONTENTSISMAINLYABOUTTHETOPSECTIONWHICHISDISCUSSEDSPECIFICALLYINTHEFESTIVALANDTHEFESTIVALATTHEENDOFTHEDOORLEAFSTRUCTUREANDDESIGNMETHODSANDTOPSECTIONGENERALLYSIMILAR,THEREFORE,THEREISNOFURTHERDESCRIPTIONKEYWORDSFLATSTEELGATE,THEDOORLEAF,THETOPSECTIONII目录摘要IABSTRACTII1绪论111闸门的作用112闸门的分类1121按闸门的工作性质分类1122按闸门结构类型分类1123按孔口性质分类2124闸门的使用材料分类313平面钢闸门的组成4131门叶结构的组成4132埋设构件5133闸门的启闭设备62设计工况和主要的设计参数73闸门的结构布置831闸门的选型832平面闸门的结构布置9321闸门的尺寸选择10322闸门的分节10323支承跨度10324闸门材料10325梁格形式选择10326总水压计算114门叶结构计算1441主梁的布置14411主梁的数目14412主梁的位置1442面板的设计15III43水平次梁的设计16431载荷和内力计算17432截面选择18433强度验算20434挠度验算2044主梁设计20441主梁的形式20442主梁的荷载21443截面选择21444主梁的截面特性计算2245顶梁设计2446竖直次梁设计25461截面选择25462内力计算25463截面特性计算26464强度计算2747边梁设计28471边梁所受荷载28472截面特性2948中节及底节门叶结构30481中节门叶结构30482底节门叶结构315闸门的零部件设计3251行走支撑装置3252起吊轴及其计算3353启闭力计算34531闭门力计算34532启门力计算3554埋件计算36结束语38IV致谢39参考文献40外文翻译原文41外文翻译译文54V01绪论11闸门的作用闸门是设置在水工建筑物过水孔口上，用于控制水流的通、断或调节流量的设备。它是水工建筑物的重要组成部分之一，可以根据需要封闭建筑物的孔口，也可以全部或局部开启孔口，用于调节上下游水位和流量，从而获得防洪、灌溉、供电、发电、通航、过木过筏等效益，还可以用于排除漂浮物、泥沙、冰块等，或者为相关建筑物和设备的检修提供必要条件。闸门通常设置在取水输水建筑物的进、出水口等咽喉要道，通过闸门灵活可靠地启闭来发挥它们的功能和效益以及维护建筑物的安全。例如，在一些取水供水工程的输水管道上一般设置节制闸门，用于根据需要调节控制流量，在泵站进出口和一些隧道、涵管、倒虹管等的进出水口一般设置有检修闸门，为检修水工建筑物和泵组设备提供条件，在水库溢流坝或溢洪道上一般设置有泄洪工作闸门，用于控制水库的水位和泄往下游的洪水流量，组大限度地发挥水库的功能效益12闸门的分类闸门的种类繁多，分类的方法也很多，一般可按闸门的工作性质、结构特征、孔口性质、使用材料和加工方法等标准来分类。121按闸门的工作性质分类闸门按工作性质可分为工作闸门、事故闸门、检修闸门。工作闸门是指水工建筑物正常运行时需要关闭孔口的闸门。这种闸门一般使用频繁，要求在动水条件下启闭，甚至部分开启以控制流量。但亦有在静水工作条件下操作的工作闸门，如船闸通航的工作闸门。事故闸门是指水工建筑物或有关设备发生事故时使用的闸门。为防止事故扩大，事故闸门一般要求在动水条件下关闭孔口，截断水流，在事故清除后，则可根据具体情况在动水或静水条件下开启。如果有快熟关闭的要求，则称为快速事故闸门。检修闸门是指水工建筑物或有关设备检修时使用的闸门，一般在静水条件下操作。122按闸门结构类型分类闸门按结构特征可分为平面闸门、弧形闸门、其他形式闸门等。1）平面闸门平面闸门是具有平面挡水板德闸门，它水工建筑物最常用的闸门。它的结构较为简1单，操作方便可靠，对建筑物的布置也较易配合。至今，在世界各国的工程设施上平面闸门的采用数量仍居首位。中国水利工程使用最早最多的闸门是平面闸门，目前焊接钢闸门已普遍采用，从其设计、制造、安装及运用等诸方面均已达到世界先进水平。简单的平面闸门只是一块平面的整板。比较复杂的则是梁格式的平面闸门，而其面板又可以做成平面或者曲面的形式。平面闸门根据其移动方式不同，有直升式、撗拉式、转动式、浮箱式等几种。直升式平板闸门是最为广泛的门型，它是一块平板式门叶卡在门槽内而封闭孔口的。一般可按支承行走部分的结构，分为滑动式、滚轮式、链轮式。门叶的结构形式也很多，如梁形、拱形、壳形等。门叶的块数一般是一块，也有分成两块或多块的。还有一种闸门，升起后平卧在排架上，称为升卧式平面闸门，这类闸门适合用在地震烈度较大、启闭排架不宜太高的地方。撗拉式平面闸门是在平面闸门门叶的底部或顶部安装行走滚轮，可沿轨道横向移动，因它只能在静水条件下操作，故多用于船闸闸首工作门。转动式平面闸门的形式比较多。横轴转动平面闸门安设在底部、中部、顶部而分为舌瓣门、翻板门、拍门。竖轴转动的平面闸门有一字门和人字门。一字闸门是指绕端部转动的平面闸门，也称掩门。人字门是由左右两扇绕竖轴转动的闸门组成，在关闭位置时两扇闸门形成三铰拱形形成，成人字形，故而得名。一字门和人字门只能在静水条件下操作，一般用于船闸闸首工作闸门。浮箱式平面闸门的门叶形如空箱，在水中可以浮动，而当箱内充水时又能沉没在水中。它的用法是将空门托运到槽位置后，充水时没有下沉就位。浮箱式平面闸门只能在静水条件下操作，一般用于检修闸门。2）弧形闸门弧形闸门也是一种应用十分广泛的门型，它将一块弧形门叶用支臂铰支于较座上，一般铰心就是弧面中心，所以压力总是通过铰心，运行时阻力矩较小。弧形闸门两侧的支臂一般成双支臂的形式，对于高度较大的弧形闸门，其支臂也有做成三支臂的形式。根据支臂的布置，则有直支臂和斜支臂之分。弧形闸门的支承铰主要分为铰链和焦作2两部分，它承受支臂的推力并传到基础上。但是，弧形闸门的设计、施工和安装一般比较复杂，它需要较长的闸墩和墩内承受集中推力的钢筋。123按孔口性质分类按孔口性质可以分为露顶式和潜孔式闸门两类。2露顶式闸门是指当闸门关闭时，闸门门叶顶部高出上游正常水位的闸门。露顶式闸门关闭时，闸门两侧和底缘与门槽埋件接触，一般设有止水和底止水装置。潜孔式闸门在关闭孔口时，闸门门叶顶部低于上游正常高水位，此时闸门的四周与孔口周围接触，可封闭矩形或圆形孔口。这类闸门的止水要复杂一些，尤其是潜孔式弧形闸门的顶止水需慎重处理。124闸门的使用材料分类按闸门（主要指没有结构）使用的材料可分为钢闸门、钢筋混凝土闸门、木闸门等。1钢闸门钢闸门具有自重轻、承载力大、性能和质量稳定、施工和维护简单、有一定的抗震性、可减少启闭设备的投资等优点。随着我国综合国力和制造技术的不断发展，目前的大中型工程中均采用钢闸门。为了保证安全，延长使用寿命，钢闸门需采取防腐蚀措施，通常采用热喷锌涂封闭漆的方案，在选用涂料时应注意其化学成分，尤其是在水源工程中，一般避免对水源造成污染。钢闸门按制造方法的不同又可以分为焊接钢闸门、铆接钢闸门、铸造钢闸门等。焊接钢闸门有制造安装简单、工期短等优点，在工程中使用最广泛。大、中型钢闸门中的长直焊缝还可采用自动焊，以减轻劳动强度，加快生产速度，提高产品质量和降低生产成本。受运输尺寸和重量的限制，大中型闸门制造时通常分解成几块，运到现场后再拼接成整体。要是受现场条件限制，如在冬季气温低于零下十五摄氏度的情况下，难以保证安装焊缝的焊接质量，闸门安装接缝可采用螺栓连接。铆接钢闸门由于耗纲量大、工艺要求严格、制造费用高的缺点，目前已经很少采用。铸造钢闸门由于孔口尺寸较小、结构复杂的情况，如平板闸阀、蝴蝶阀、针型阀等。铸造的劳动强度及加工工作量大，费用一般较高。目前国内已有大量专业制造厂家生产的系列定型产品，可根据需要选用。小型闸门也可用铸铁闸门，有布置简单紧凑、耐腐蚀等优点，现在国内一些企业，特别是环保行业的制造厂已经有一系列的定型产品。2）钢筋混凝土闸门和木闸门钢筋混凝土闸门制造、维护比较简单、造价低廉，适用于偏远地区的一些小型工程。但其辎重偏大加大了启闭设备的容量，并且混凝土有透水性，结构抗震性差，一般大、3中型工程中不推荐采用。木闸门设有用于孔口和水头很小的情况。但木材在水中易腐朽，使用寿命有限，需经常更换，所以目前很少使用。随着我国国民经济的发展，我国的钢产量已经位居世界前列，机械加工和焊接技术水平也在不断提高，电力供应充足。因此，在工程设计中应有限考虑采用钢闸门。13平面钢闸门的组成平面钢闸门一般是由可以上下移动的门叶结构、埋固构件和启闭设备三大部分构成。1活动部分；2埋设部分；3启闭设备131门叶结构的组成门叶结构是用来封闭孔口的活动挡水结构。如图所示为平面钢闸门的门叶结构总图。由图可见，门叶结构是由面板、梁格、横向和纵向连接系、行走支撑（滚轮或滑块）以及止水等部件组成。1面板用来直接挡水，并将承受的水压力传给梁格。面板通常设在闸门上游面，这样可以避免梁格和行走支撑没于水中而聚集污物，也可以减少因门底过水而产生的震动。仅对静水启闭的门底流速较小的闸门，为了设置止水的方便，面板可设在闸门的下游面。2）梁格梁格用于支撑面板，以减少面板跨度而达到减少面板厚度的目的。由图可见，梁格一般包括主梁、次梁（包括水平次梁、竖直次梁、顶梁和底梁）和边梁。它们共同支撑着面板，并将面板传来的水压力依次通过次梁、主梁、边梁而后传给闸门的行走支撑。43）空间联结系由于门叶结构是一个竖放的梁板结构，梁格自重是竖向的，而梁格所承受的水压力却是水平的，因此，要使每一根梁都能处在它所承担的外力作用的平面内，就必须用联结系来保证每个梁格在闸门空间的相对位置。同时，联结系还起到增强门叶结构在横向竖平面内和纵向平面内刚度的作用。横向联结系位于闸门横向竖平面内，其形式一般为腹板隔板式，也有桁架式。横向连接系用来支撑顶梁、底梁和水平次梁，并将所承受的力传给主梁。同时，横向连接系保证着门叶结构在横向竖平面的刚度，不使门顶和门底产生过大的变形。纵向联结系一般采用桁架式或钢架式。桁架式结构的杆件由横向联结系的下弦、主梁的下翼缘和另设的斜杆所组成。这个桁架支撑在边梁上，其主要任务是承受门叶自重及其它可能产生的竖向载荷，并配合横向联结系保证整个门叶结构在空间的刚度。4）行走支承门叶支承部分应用较多的是滑动支承、滚轮支承和链轮支承等。支承部分也是门叶移动的行走部分。滑动支承是装在门叶主体边梁处的滑块。其在固结于门槽内的支承轨道上作滑动摩擦运动，接触处是面或线。滚动支承是装在门叶边梁上的轮子，其在门槽轨道上作滚动摩擦运动，接触处是点或线。链轮支承是环绕门叶边柱由一系列圆柱滚子组成的形似链条式的闭合链环。这种支承的闸门也称履带式闸门。滑动支承的闸门摩擦阻力大，启门力大；滚轮支承摩擦阻力小，启门力也小，但闸门门叶较重；链轮支承也作滚动摩擦，其优点是由数目较多的小滚柱承受闸门的水压力,单个轮压小,使得门槽内敷设的轨道断面小、重量轻。滚轮支承的闸门，根据闸门特征及梁格布置设有悬臂（外伸）轮、简支轮和台车式轮组。为保证门叶结构上下移动的灵活性，需要在边梁上设置滚轮或滑块，这些行走支承还将闸门上所承受的水压力传递到埋设的门槽内的轨道上。5）吊具用来连接启闭机的牵引构件。平面闸门的吊耳一般均设在闸门门叶主体结构上端的顶横梁上，根据结构尺寸大小和形式可直接焊固在顶梁上或单独制造，然后在现场焊固。6）止水为了防止闸门漏水，在门叶结构与孔口周围之间的所有缝隙里需要设置止水（也称水封）。最常用的止水是固定在门叶结构上的定型橡皮止水。装设在闸门门叶主体上密封孔口的止水装置一般均为特殊制造的可压缩耐磨橡胶制品，就其布置部位分为顶止水、侧止水和底缘止水。各止水的接头部位衔接处均在现场配装时进行热胶合处理，以保证周围止水的效果。5132埋设构件由门叶的支承轨道、止水密封（座垫）、移动导向垫板和护角组成。门槽的体型分为矩形方角门槽，一般适用于低流速；矩形错距斜坡门槽，适用于中流速；特形门槽，适用于高速水流。门槽形状由模型试验确定,以使在门槽部位不产生空蚀或磨蚀。潜孔式闸门顶止水座板部位一般称门楣。根据闸门的工作性质在门楣以上设有一定高度的钢板胸墙，它是埋设结构的重要组成部分，其他如主轨、反向轨、底坎等都是埋设件133闸门的启闭设备启闭设备是闸门门叶运移开或关的操作机械。根据平面闸门的操作特点及孔口尺寸，分为操作设备直接与闸门门叶连接并固定在门槽（埋设件）上，形成一个整体（如闸阀、截门）；启闭机固定或移动于建筑物上，远离闸门门叶，通过吊具与门叶连接。启闭设备据以选型的主要参数是启闭力和升降扬程。当平面闸门门叶自重不能克服下门阻力顺利关闭时，可采用加重块，借助水柱压力或直接由启闭设备加压迫使关闭。对于小型闸门，常用螺杆式启闭机，对于大、中型闸门常采用卷扬机启闭机或油压机式启闭机。62设计工况和主要的设计参数紫兰坝水电站是白龙江干流梯级开发规划的最后一个梯级水电站，其主要任务是发电。枢纽建筑物布置为左岸河床五孔泄水闸，右岸河床是电站引水发电。及左右岸混凝土副坝。电站以发电为主，兼有改善下游航运等综合效益。电站共安装三台贯流式水轮发电机组，单机容量为34MW，总装机容量102MW。紫兰坝水电站引水发电系统的出口有三孔尾水门埋件，三扇尾水门。本次设计的是水电站进水出口事故门兼尾水检修闸门。基本设计资料设置地点电站进水出水口孔口性质潜孔孔口尺寸（宽高）10791M底坎高程45455M正常蓄水位48800M下游设计洪水位46910M最低尾水位46820M止水尺寸（宽高）按事故检修闸门108592M按尾水门1111933M设计水头事故检修门198M尾水门2485M支撑跨度1161M水容量10103KGM3门叶结构材料Q345B运行条件动闭静启7注本闸门的事故门水头是考虑488004682198M的不利工况，这种情况是机组出事故时，需闭门档上游水，此时下游水位处于最低尾水位状态，尾水门水头是考虑47940454552485M的不利情况，这种情况实在汛期时机组出事故需闭门，流道里的水抽干后门挡水。3闸门的结构布置31闸门的选型闸门的选型与布置，主要是确定闸门与启闭机的设置位置，孔口尺寸、闸门与启闭机械的形式、数量、运行方式和检修有关的布置要求等。闸门设计还应提倡创新精神，要积极慎重地采用新技术、新材料、新门型、新结构、新工艺，力求闸门设计经济合理、技术领先、安全可靠、运用方便，从而使工程最大限度地发挥经济效益和社会效益。闸门选型布置只有经过反复论证拟定后才能顺利地进行闸门的结构布置和结构计算。闸门的设置位置，应特别注意闸门水力学问题，应使水流平顺，流态良好，避免门前横向流和漩涡的发生，在门后则应避免出现淹没出流与回流。对重要的闸门或水流条件复杂的闸门，应对运行中可能产生的空蚀、震动、启闭力和磨损等作专门的研究，从透气孔的设计、门槽体型、止水形式、胸墙相关尺寸和操作方式等方面采取有效的措施，以避免或减轻其不利影响。闸门孔口尺寸应满足过流能力或过船、过木、排冰或排沙的要求，还应考虑水工建筑物结构的情况及闸门本身的结构、材料、启闭设备、制造技术等。孔口尺寸宜按闸门孔口和设计水头系列标准选取，使闸门生产逐步走向标准化，以利于制造、安装、运输和维护。一般来说采用大孔口尺寸闸门是比较经济的。闸门应结构简单，便于制造、安装。并应符合当时当地的施工技术水平和条件，闸门自重和启闭力要小，操作要简便灵活，降低造价。此外闸门的选型和布置还应考虑启闭机、门叶的运输尺寸和重量、安装吊运的方法和措施，在寒冷地区，还应考虑气温的影响，采取加热等措施避免闸门承受冰的静压力。平面直升闸门和和弧形闸门是应用最为广泛的两种闸门，以此为例对这两个闸门进行比较说明。平面直升闸门是用的最为广泛的一种门型，因为它能满足各种类型泄水孔道的需要。8它有如下特点1）可封闭相当大面积的孔口。2）建筑物顺水流方向的尺寸型号小。3）闸门结构比较简单，其制造、安装和运输工作相对来说比较简单。4）门叶可移动至其他孔口，便于检修维护。5）门叶可在孔口间互换，故孔口较多时可兼做其他孔的事故门或检修门。6）门叶可沿高度分成数段，有利于排冰排沙，也可以减轻启门力。7）闸门的启闭设备比较简单，对移动式启闭机的适应性较好等。8）潜孔式平面闸门有时可利用水柱压力闭门，减少门重或配门。平面直升闸门的缺点如下1）需要较高和较厚的闸墩。2）具有影响水流的门槽，特别在水头较高的情况、门槽的存在会带来很多的不利。3）所需启闭力较大，故需选用较大的启闭机等。弧形闸门也是用的最为广泛的一种门型，因为它也能满足各种类型泄水孔道的需要。它的优点如下1）可封闭相当大面积的孔口。2）所需闸墩高度和厚度较小。3）没有影响水流流态的门槽。4）所需启闭力较小。5）埋设件较少等。弧形闸门的缺点如下1）需要较长的闸墩。2）闸门所占的空间位置较大。3）不能提出孔口以外进行检修维护，不能在孔口间互换。4）闸门承受的总水压力集中于支座处，对土建结构要求较高。综合设计工况和参数，以及各门型的优缺点考虑，选取平面直升闸门。32平面闸门的结构布置平面闸门结构布置的一般原则平面闸门梁格宜采用等高连接，并考虑制造、安装、运输和防腐等方面的要求。平面闸门可按孔口形式及宽高布置成双主梁或多主梁形式。9主梁布置考虑下列因素1）主梁宜按等高荷载要求布置。2）主梁间距应适应制造、运输和安装的条件。3）主梁间距应满足行走支撑布置的要求。4）底主梁到底止水的距离应符合底缘布置的要求。工作闸门和事故闸门下游倾角应不小于30；当闸门支承在非水平底褴上时，其夹角可适当增减。当不能满足300要求时，应采取适当补齐措施。对于部分利用水柱的平面闸门，其上游面倾角不应小于450，宜采用600。321闸门的尺寸选择根据闸门的基本设计资料，按水利水电工程钢闸门设计规范选取闸门尺寸。为满足密封止水可靠的要求，当该闸门选取尺寸（宽高）为1111933M。322闸门的分节鉴于闸门尺寸较大，设备自重大，运输困难等特点。因此，在制造、运输、安装等环节都需要研究和考虑吊运和制造加工的可行性，铁路运输上部超限，由轨面起高度不超过3600MM，所以闸门需要分节，底节、中节高度均为33M，按事故闸门分节顶节为26M，按尾水门分节为273M。323支承跨度根据水利水电工程刚找咱们设计规范选取D025M，因此，闸门的支承跨度LL02D111120251161M。324闸门材料在设计闸门的承重结构和零部件时，应从工程的实际情况出发，合理选取材料，当闸门孔口尺寸较大时，要控制闸门的重量，降低设备或建筑物的总造价，承重结构可采用高强度材料。参照机械零件设计手册选取材料Q345B钢，可查其容许应力，205NM210NM根据闸门与启闭设备可知梁溪容许挠度主梁次梁1750FL1250FL10325梁格形式选择梁格的连接形式是指面板、水平次梁、竖直次梁、主梁之间相互位置的形式。目前普遍采用的有等高连接和降低连接两类类型。等高连接的特点是水平次梁，竖直次梁和主梁的前翼缘都直接与面板焊接相连也称齐平连接。它的优点是梁格与面板可形成牢固的整体，整体刚度好，面板为四边支承，受力条件好，面板可作为梁截面的一部分参与梁格的抗弯工作，从而减少梁格的用钢量。这种连接的缺点是在水平次梁与竖直次梁相交处，水平次梁需要断开，构件多，施工复杂。降低连接是主梁和水平次梁与面板相连，而竖直次梁降到水平次梁的后面，使水平次梁可在面板与竖直次梁之间穿过而成为连接梁，此时面板为两边支承。但面板仍可作为主梁及水平次梁的一部分，参与它们的抗弯工作。综合考虑，在此选取等高连接形式。326总水压计算闸门的主要荷载为净水压力。闸门处于封闭孔口的位置挡水时，作用在闸门挡水面上任何一点单位面积上的静水压力与该点在水面以下的深度成正比。压力方向则垂直该挡水面。1）按事故检修闸门计算事故闸门两端都有水，高水头采用等压计算，详见图（一）。总水压计算公式12ZNPHHB水压力中心线位置C其中，H1为上游水头，取3345M，H2为下游水位，取1365M，BZN为闸门两侧止水的间距，取1085M，H为闸门高度，取92M，为水容量，一般对淡水可取，31TM对含砂水可按实验确定，本次设计取105下面的符号与之意义相同。代入公式P20921085105209622T11HCH105H46M压力在各节的分布情况计算顶节12ZNPHHB1052026108559241图（一）1263AM中节212ZNPHHB1052033108575191T2365A底节312ZNPHB1052033108575191T31652AM2按尾水闸门计算（如图二）总水压力计算公式12ZNPHHB水压力中心线位置1132CHH其中，H1取25,H取933M，BZB取1111M，取105。代入公式图（二）12ZNPHHB05105（50933）9331111221324T121132CHHH2485431M水压力在各节的分布情况计算尾水门梯形承压422301051/5/PGHNMT231721084/T3AM2631由于事故闸检修闸门是等压荷载，单位面积承压20T,与尾水闸门的单节单面积承压相比较，取两个中较大的，最终的承压布置图如下。图（三）9593134门叶结构计算41主梁的布置411主梁的数目主梁是闸门的主要受力构件，其数目主要取决于闸门的尺寸。当闸门的跨度L小于门高时，主梁的数目一般多于两根。反之，当闸门跨度较大，而门高较小时，主梁的数目减小到两根。由于本节门叶的跨度大于门高，故主梁数目选两根，即选双主梁式结构。412主梁的位置露顶式的双主梁平面闸门，主梁应布置在静水压力合力线上下等距离的位置上，主梁沿闸门高度的位置，一般是根据每个闸门承受相等水压力的原则来确定的，这样，每个主梁所需的截面尺寸相同，便于制造。以下以数解法为例计算主梁位置。对于潜孔式闸门，其主梁位置可按下式计算151523KHYKN式中；A水面至门顶止水的距离；H水面至门底的距离；N主梁的数目；YK第K根主梁至水面的距离；其中，N为2，H取1825，A取1552代入式中2215480523891A2A141515123HYKN1515823256731415152HYKN1515823233561970根据计算结果，为制造方便，主梁的位置与梁格的间距略有微调，闸门门叶结构布置如下图图（四）42面板的设计平面闸门的面板一般做成平面，也有做成波浪形或拱形的，面板与梁系连接在一起，而使闸门有很大的刚度，面板一般设在闸门的上游面，如此可避免梁系和行走支撑淹没在水中，也可以减小门底过水而引起的震动。在采用下游止水、静水启闭的检修闸门，为了设置止水的方便及提高止水效果，面板可设在下游面。本次设计的闸门即为下游止15水。为了结构布置和制造方便，一扇闸门的面板厚度经常只采用一种规格。但当门的高度较大而闸门分节，则考虑沿门高按水头的大小而改变面板厚度。为了充分利用面板的强度，梁格布置时宜使面板的长短边比（B/A）大于15，并将长边布置在沿主梁轴线方向。当面板与主（次）梁相连接时，应考虑面板一部分宽度参与主（次）梁翼缘工作。面板的局部弯曲应力，可视支承边界情况，按四边固定（或三边固定一边简支或两相邻边固定、另两相邻边简支）的弹性薄板承受均布荷载计算。验算面板强度时，应考虑面板的局部弯曲应力与面板兼做主（次）梁翼缘的整体弯曲应力相加成的折算应力。根据SL7495钢闸门设计规范关于面板的计算，先估计面板厚度，在主梁截面选择后在验算面板的局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力。估算面板厚度初选面板厚度按以下公式计算式中K弹塑性薄板支撑长边中点弯曲应力系数；P面板计算中心的水压强度N/MM2A计算区格的短边长度，MM；弹塑性调整系数；钢材的抗弯容许应力，N/MM2当B/A3时，165当B/A3时，155其列表计算如下区格AMMBMMB/AKYPN/MM2YKP（MM）5201935372107500200038711909462193541880500020003168639450193543000500020003168415450193543000500020003168415648193529860740020003851428809KPA16注区格、中系数K由三边固定一边简支查得。考虑到面板1MM的腐蚀量，面板初选厚度为15MM。43水平次梁的设计在等高连续的梁格中，水平次梁遇竖直次梁断开，因此水平次梁按承受均布荷载的简支梁计算。在等高连接的梁格中多用实腹隔板代替竖直次梁，以及在降低连接的梁格中，水平次梁连续地支承在隔板或竖直次梁上，此时水平次梁可按承受均布荷载的多跨连续梁计算。水平次梁的常用截面形式承受荷载不大的水平次梁，可用等边或不等边的角钢制造。荷载较大时，采用槽钢和工字钢或组合截面。角钢和槽钢的肢宜向下，以防积水和积尘。一个钢闸门的型钢规格不宜超过23种，以便于加工制造。431载荷和内力计算水平次梁和顶梁都是连续两3，按相邻间距和之半方法计算每根梁上的线荷载，计算式为计算结果如下表所示梁号梁轴线处水压强度P2KNM梁间距2A下上（M）2AQP下上（）KNM顶梁157026040820520162049179540462167045676152450172045077400450176022639600表中主梁荷载为将主梁视为次梁的计算数据，不作为主梁结构计算依据。2AQP下上17根据上表计算结果，作水平次梁的计算简图如下，水平次梁计算荷载取。80/QKNM水平次梁为六跨度连续梁，跨度为1935M。均布荷载的等跨连续梁内力及挠度计算公式如下弯矩计算剪力计算挠度计算弯曲时的边跨跨中弯矩支座B处弯矩为20168935375KNM剪切力为Q80KN/M图（五）432截面选择面板参与次梁作用的有效宽度按以下公式计算，并取最小值2KMQLQ410LFEI21KQL2078193542BMQLBQL98018160509BB2其中B为主次梁间距；为有效宽度系数；为面板厚度；B1为梁肋宽度。按4号梁1计算，B450MM,确定有效宽度系数时需要知道弯矩零点之间的距离L0与梁间距B之比，对于正弯矩段，取LO07L07193513545MM,对于负弯矩段取LO04L041935774MM根据LO/B之值查表可得对LO/B13545/450301，取084，得BB084450378。11对LO/B774/450172,取048，得BB048450216。22水平次梁采用工字型组合截面如图图（六）截面特性计算如下A160161620021615576032409000MM2截面形心距1AY32405320169081M231123109MM2Y19截面惯性矩333X1601620216557840252I94M截面静矩3XS160832160235102M截面抵抗矩上翼缘顶边处MAX21079689135IWY下翼缘底边处MIN10796873154202XIY433强度验算由于支座B处弯矩最大，而且截面模量较小，故而需要验算支座B处截面的抵抗弯矩。弯应力计算2MAXAXIN31750/98MNMW2AX02637/BXOQSIB434挠度验算受均布荷载的等跨度连续梁,最大挠度发生在边跨。由于水平次梁在支座B处截面的弯矩已经求得，则边跨挠度可近似地按下式计算最大挠度MAXF44MAX801935063205267QLFEI1957FMAX20故水平次梁所选截面尺寸满足刚度和强度要求。44主梁设计441主梁的形式主梁是平面闸门中的主要受力构件，根据闸门的跨度和水头大小，主梁的形式有轧成梁、组合梁和桁架。轧成梁用于效跨度低水头的闸门。对于中等跨度（510）M的闸门常采用组合梁，为缩小门槽宽度和节约材料，常采用变高度的主梁。对于大跨度的露顶闸门，主梁可采用桁架形式。桁架节间应取偶数，一边闸门所有杆件都对称于跨中，并便于布置主桁架之间的联结系。为了避免弦杆承受节间集中荷载，宜使竖直次梁的间距与桁架节间尺寸相一致。本闸门由于闸门跨度较大，水头较高，故采用组合截面梁。442主梁的荷载主梁除承受竖直次梁传来的集中荷载外，还受到面板直接传来的分布荷载，为了简化计算，可以近似地将作用在主梁上的荷载换算为均布荷载，并按简支两计算，现对主梁的计算结果如下其荷载为P296205T计算弯矩图如右图（七）443截面选择当主梁所承受的最大弯矩不超过500KNM时，可考虑采用型钢作为主梁。若型钢强度不够，可在其翼缘加焊扁钢给予增强。采用型钢可以简化制造，降低成本。当型钢不能满足受力要求时，可采用由钢板焊接而成的主梁组合梁。组合梁有截面和变截面两种形式，一般当跨度较大时采用变截面组合梁较为经济合理。组合梁截面尺寸的选择必须考虑到适用，安全与经济等诸方面的要求。本次设计采用等截面的组合梁。1）弯矩和剪力211MAX26905148324QLMKNM82QKN2需要的截面抵抗矩A3钢容许应力205N/MM2,考虑闸门自身的附加应力，取容许应力为1845N/MM2,则需要的截面抵抗矩主梁容许挠度。3MAXMW240LW603）腹板高度选择按刚度要求的最小粱高计算公式为MIN7551846024/2/LHEW为满足梁自重最轻要求的经济梁高按下式计算204531316EHM由于闸门中的横向隔板重量将随梁增高而增高，故主梁高度宜选的比HE小，但不小于HMIN,现在选用腹板高度HO1530MM。腹板厚度选择按经验公式计算式中及均以CM作计算单位，选用16CM。OHWTWT444主梁的截面特性计算1）面板参与主梁作用的有效宽度B为且1B160面板参与梁作用宽度60OLM1245849BM9OL查表得1001腹板前翼缘宽度为0，面板厚度为15MM。12978M/153/12WOTHCM22则BB549MM1又由于B05015750MM150B图（八）取B550MM。主梁断面图如上图所示截面积A5501524153036024825036720864053610MM2截面形心距1AY82501637208964125379826M截面惯性矩3332220441505011878966580XI045M截面静矩82163728964012XS4950强度验算MAXAX10832765MYI22701N/NM3MAX104849865XFQSID276/2）挠度验算2344MAX10526385QLFEI612MM10235OLFM，故主梁满足挠度要求。MAX3稳定性验算主梁腹板高度与厚度之比HO/1530/24637580MM，满足稳定性要求，不必配置加劲肋板。面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力从前面的计算可见区格所需的板厚最大，其B/A1935/64829915这需按下式验算长边中的折算应力2MYZHXOMYXO1其中22220497564807/1YMKPANM2363/XY为对应面板验算点的主梁上翼缘的整体弯曲应力，根据前面计算，区格长边中O点处主梁弯矩为21436972QMLXAKNM211084/5OXYI则2MYZHXOMYXO369170349179N/MM2113157N/MM2满足强度要求。2445顶梁设计由于主梁前后翼缘均为面板，垂直方向的承载能力较大，水柱作用下主梁垂直方向的弯矩引起的应力不需要验算，这里只计算顶梁腹板在水柱作用下的强度。按四边固接计算520,1935,AMBM腹板上水压强度2/,/7,15QNA查表得07YK222501867/YMAM11顶主梁的截面图如下图（九）46竖直次梁设计在采用等高连接实腹式梁格结构，竖直次梁承受着由其两侧面板传来的水压荷载及水平次梁传来的荷载。为使计算方便，竖直次梁的荷载可简化为三角形或梯形分布的水压荷载，这样简化对竖直次梁的最大弯矩的计算影响不大。对于双主梁闸门，竖直次梁可看做是支撑在主梁上的双支点双悬臂梁。461截面选择竖直次梁常用的截面形式为型钢或组合工字或T型截面，其截面选择及有效宽度的确定与水平次梁相同。在等高连接的梁格中多用实腹隔板代替竖直次梁，此时，其截面25按构造确定。在焊接结构中，隔板不需设前翼缘，而直接与面板和主梁的腹板焊牢，隔板一般设宽度不大的后翼缘。当闸门尺寸较大时，可在隔板桑开孔以减轻门叶重量。如果隔板截面尺寸较大，由静水压力产生的弯曲应力较小，可不进行验算。462内力计算竖直次梁按承受梯形荷载的简支梁计算，根据分析，主梁1和2之间的竖直次梁段承受的荷载最大，其计算简图如下图（十）126935147/706QKNM1232/跨中弯矩支座剪力463截面特性计算面板参与梁作用宽度，1362OLM1246506BM查表得，可知9B10801273FBBM竖直次梁截面图如右2MAX716588QLMKNM329Q26图（十一）截面积A3831512153030016574518360480028905行星轴位置1157431860748295AY80M截面惯性矩333152016574318607348XI0787289294361M前翼缘抗弯模数963MAX104173IWY后翼缘抗弯模数963MIN260418XIMY中和轴一侧静面矩23301605874OS2318759027464强度计算最大弯矩取7582MKNM最大剪力取69Q前翼缘正应力为61MAX7582104749W后翼缘正应力为62MIN758210734MW中和轴处剪应力为62MAX92751045/32QSNMI47边梁设计边梁位于闸门的两端，主要作用是支撑主梁，水平次梁以及门背联结系，并在其上安装行走装置（滚轮或滑块）和吊耳。边梁设计与行走制成的布置和形式有关，应同时考虑。边梁的截面有单腹式和双腹式两种形式。单腹式边梁多用于采用滑道式支撑或悬臂式定轮的闸门中。它的特点是构造简单，便于与主梁连接，但抗扭刚度差。双腹式边梁广泛运用于跨度较大的表孔定轮闸门以及深孔闸门中。其特点是抗扭刚度大，便于设计轮轴及悬吊轴，但构造复杂，截面内焊接较困难。根据该闸门的尺寸，边梁选用双腹式，边梁的尺寸按构造要求确定，即截面高度与主梁高度相同，腹板厚度与主梁腹板厚度相同，为了便于安装滑块，下翼缘宽度不宜小于300MM。边梁是闸门的重要受力构件，由于受力情况复杂，因此设计时可将容许应力降低20作为考虑受扭影响的安全储备。28471边梁所受荷载边梁计算简图如下图（十二）12/59241/8PKN总应用理论力学知识计算得463,7ABRKNK最大弯矩MAX1480593MK最大剪力VPK水柱压力3671562847WQSKN故在挡水时边梁的轴向压力32WN472截面特性边梁截面如下图所示图（十三）29截面面积221560215306812078AM截面形心距1847794Y25608M截面惯性矩333125406157840215027806XI890896414M则183AX13078IWMY183MIN240XI中和轴处的静矩为761XS强度校核截面边缘最大应力62MAXMAX8142350791035/8MNNMAW08故满足安全要求。腹板最大剪力372MAX1480636/2WVSNMIT08故边梁满足强度要求。因为边梁侧面受主梁、次梁及面板的支撑，因此其弯矩平面外的稳定性无需校核，30所以边梁设计合理。48中节及底节门叶结构481中节门叶结构图（十四）中节门叶结构图图为中节门叶的结构布置，其中，水平次梁布置在主梁中间处，现将主梁、水平次梁和竖直次梁的截面尺寸列与下表中节闸门腹板厚腹板高后翼缘宽后翼缘厚前翼缘宽前翼缘厚水平次梁162001601623015主梁2415303602453015边梁2015305602084015竖直次梁161530300164841531482底节门叶结构图（十五）底节门叶结构的结构简图。现将主梁、次梁、底梁的具体数据列于下表底节闸门腹板厚腹板高后翼缘宽后翼缘厚前翼缘宽前翼缘厚水平次梁162001601623115主梁2202153014002475015边梁2015305602056015竖直次梁1615303001660015底次梁2020000170155闸门的零部件设计51行走支撑装置平面闸门的行走支撑装置包括主行走支撑装置和侧向、反响支撑庄子三部分。行走支撑装置应能在闸门升降连续不断地工作，同时其摩擦阻力要小。主行走支撑装置承担闸门上的全部水压力，然后通过埋设轨道将荷载传递给闸墩，主行走支撑按闸门移动时的阻力分滑动式行走支撑和滚动式行走支撑两大类。平面闸门主行走支撑的形式，应根据工作条件、荷载和跨度选定。工作闸门和事故闸门宜采用滚轮或滑轮支撑。检修闸门或启闭力不大的工作闸门可采用钢或铸铁等材料制造成滑块支32撑。侧向、反向支撑装置起导向作用，防止闸门在移动时前后碰撞、左右歪斜而受卡，以保证闸门在门槽中顺利启闭。本闸门采用滚轮式行走支撑。滚轮计算水工钢闸门的滚轮通常有线接触式和点接触式。线接触常见的是圆柱形滚轮与平面轨头德轨道的接触，点接触是圆柱形或圆锥形滚轮与弧形轨头德接触和双曲轮与平面轨头德轨道的接触。滚轮强度计算主要计算其接触应力。滚轮一般用铸钢或合金铸钢制造。常用铸钢有ZG230450、ZG310570、ZG340640；合金铸钢有ZG35CRMN2、ZG35CRMNSI、ZG35CRMO等。滚轮表面还可根据需要进行尼奥面热处理，以提高局部强度与硬度。荷载小的滚轮可采用铸铁。本闸门有十二个滚轮，滚轮的计算最大轮压力发生在底节上面的滚轮处，计算最大轮压计算得，作用在滚轮上的最大设计荷载为，MAX184PTMAX1842074PT滚轮为双曲率的，材料为ZG35CRMO,滚轮半径，滚轮踏面曲率半径为。250/SN150RM25R滚轮与轨道接触时的接触应力计算式为33/1PE由，查表得0215。12/R计算得322/1573/SPERNM计算结果满足使用要求。52起吊轴及其计算由于该门叶操作机械为2800KN尾水门机，利用旁通管充水平压，轴径为250MM，材料为40CR。1）起吊轴计算起吊轴计算简图如下33图（十六）则2173/MNMW24204/315轴孔形式如右图所示轴孔局部紧接承压应力为22409/831CJNM110N/MM2CJ2与400T启闭机吊头相连接的吊耳板计算轴孔形式如上图所示，每个吊孔拉力为240T。图（十七）轴孔局部紧接承压力为224086/931CJNM110N/MM2CJ孔壁拉应力计算2KCJKRR34式中RB/2700/2350MM又由于RRA155325480MM，取R350MM则，222K18/180/CJKRRNMNM53启闭力计算531闭门力计算闭门力计算式为WTZDS1DGJFNPN式中摩擦力安全系数，取1,2；TN计算启闭力用的闸门自重修正系数，取09；G闸门自重，为108664T；加重块重量，为0J支撑摩擦力，；ZDT1ZDRPFTF滚动摩擦力臂，为1MM；P作用在闸门上的总水压力，为209622T滚轮轴承的平均半径，140MM1RR滚轮半径，450MMD滚轮轴承滚柱直径，30MM；则ZT264T止水摩擦力，；ZNZN3TFP止水橡皮最大滑动摩擦系数，取050；3F作用在止水上的压力；ZNP则3TF174T上托力，1933T1底水封预压力，1497TDP35则WTZDSTD