水利水电工程钢结构课程设计计划书

水利水电工程钢结构课程设计计划书 一、 设计题目 1、 某露顶式平面钢闸门设计 2、 某潜孔式平面钢闸门设计 3、 某小型露顶式闸门（或潜孔式平面钢闸门）设计 +拦污栅设计 二、 主要内容 1、 某大型露顶式平面钢闸门设计 闸门型式：露顶式平面钢闸门 孔口尺寸（宽 高）： 20 m 14 m 上游水位： m 下游水位： m 闸底高程： m 启闭方式： 材料 钢结构： 焊条： 行走支承：滚轮支承或胶木滑道 止水橡皮：侧止水用 止水用条形橡皮 制造条件 金属结构制造厂制造，手工电弧焊，满足级焊缝质量检验标准 规范：水利水电工程钢闸门设计规范 974 三、具体要求 学生应在规定时间内，要求完成下列成果： 1、设计书一份。包括： 设计资料；闸门结构的型式及布置；面板设计；水平次梁、顶梁和底梁的设计；主梁设计；面板参加主（次）梁工作的折算应力验算；横隔板设计；纵向连接系设计；边梁设计；行走支承设计；轨道设计；埋设构件设计，闸门启闭力计算，启闭设备选择等； 设计资料，拦污栅的结构布置，栅面结构设计，梁格设计 。设计书要求分章节次序， 采用设计纸来书写；要求数字计算正确，书写端正并符合规范化要求的格式，装订成册。 2、图纸。要求设计中图纸与设计计算相匹配，要求图纸结构布置合理，构造合理正确、线条清晰匀称，符合制图标准要 求。图纸包含： 梁格布置尺寸图，次梁截面图，主梁截面图，主梁变截面图，横隔板图，纵向连接系图，边梁图，轨道图，启闭设备图纸等等； 拦污栅结构布置图，栅面构造图，梁格设计图 。图纸附在说明书里。 四、主要技术路线提示 1、平面钢闸门的设计路线 闸门结构的型式及布置 面板设计 水平次梁、顶梁和底梁的设计 主梁设计 面板参加主（次）梁工作的折算应力验算 横隔板设计 纵向连接系设计 边梁设计 行走支承设计，埋设构件设计 轨道设计以及闸门启闭力计算，启闭设备选择 2、拦污栅的设计路线 拦污栅的结构布置 栅面结构设计 梁格设计 五、进度安排 1. 露顶式平面钢闸门或 潜孔式平面钢闸门设计 第一天上午：布置设计和理清设计思路 第一天下午：闸门结构的型式及布置 第二天： 面板，次梁和主梁的设计 第三天：横隔板，纵向连接系和边梁的设计 第四天：行走支承，轨道设计和闸门启闭力计算，启闭设备选择，止水布置等 第五天：上交课程设计成果和答辩 2、拦污栅设计 +小型潜孔式平面钢闸门设计 第一 拦污栅设计 第三 型钢闸门设计 第五天： 上交课程设计成果和答辩 六、完成后应上交的材料 七、推荐参考资料 1. 曹平周，朱召泉 北京：科学技术文献出版社 6 2. 范崇仁 北京： 中国水利水电出版 5 3. 水利水电工程钢闸门设计规范（ 4 指导教师 签名日期 年 月 日 系 主 任 审核日期 年 月 日 露顶式平面钢闸门设计 一： 设计 资料 闸门形式：露顶式平面钢闸门。 孔口尺寸： 口净宽： 计水头： 构 材料： 焊条： ; 止水橡 皮：侧止水用 P 型橡皮，底止水用条形橡皮。 行走支承：滚轮支承 混凝土强度等级： ：闸门结构的形式及布置 闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为 闸门高度 =4m 闸门的荷载跨度为两侧止水的间距： 0m 闸门的计算跨度： L= 主梁的形式根据水头合跨度大小而定，本闸门属大中等跨度为了便于制造和维护，决定采用实腹式组合梁。 根据闸门的高跨比，决定采用 4 根主梁，为使两个主梁在设计水位时所承受的水压力相等，两个主梁的位置应对称于水压力合力的作用线 H=n=4 则 1y = 2y =3y= 4y = 梁格采用复式布置和等高连接，水平次梁穿过横隔板上的预留孔并被横隔板所支承。水平次梁为连续梁，其间应上疏下密，使面板各区格所需要的厚度大致相等，梁布置的具体尺寸详见上图 5 连接系的布置和形式 （ 1） 横向联接系 根据主梁的跨度决定布置 9 道横隔板，其间距为 2m,横隔板兼作竖直次梁。 （ 2） 纵向联接系 采用斜杆式桁架。 6 边梁与行走支承 边梁采用复合腹式，行走支承采用滚轮支承。 三：面板设计 面板厚度按1假定梁格布置如 图 当 b/a 3 时， a= b/a 3 时， a= 现列表计算如下 : 面板的厚度估算 区格 a(b( b/a k h p t (1 1225 2000 1175 2000 1125 2000 1075 2000 1000 2000 2 975 2000 925 2000 900 2000 875 2000 10 850 2000 1 775 2000 2 750 2000 3 650 2000 4 600 2000 5 500 2000 4 6 300 2000 据上表计算，选用面板厚度 t=14面板局部挠曲时产生的垂直于焊缝长度方向的横拉力 P，已知面板厚度 t=14且近似地取板中最大弯应力 =1602P=14 160=) 面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力 T=022335270 1240 14 2 44989771400)=) 计算面板与主梁连接的焊缝厚度： 22 /() = 2 =板与梁格连接焊缝最小厚度 水平次梁，顶梁和底梁的设计 水平次梁和顶底梁都是支承在隔板上的连续梁，作用在它们上面的水压力按 q=上 现列表计算如下： q =KN/m） 梁号 梁轴线水压强度（2 梁间距 (m) 2 下上 (m) q=上 (m) 1 顶梁 0 主梁 6 主梁 0 1 2主梁 3 0 4 5主梁 6 7底梁 平次梁，顶梁和底梁均布荷载的计算 根据上表计算，水平次梁计算荷载取 m, 水平次梁为 10跨连续梁，跨度为 平次梁弯曲时的边跨跨中弯矩为： =4=m） 支座 =m） W= M=(106)/160=( 3考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选 槽钢 查得： A=3283 2 1914000 3 19137000 4 1b =75d=9 h=200 面板参加次梁工作有效宽度按下式计算，然后取最小值。 B 1b +60t=75+60*14=915（ B= 1b( 对跨间正弯矩段） B= 2b(对支座负弯矩段） 按 11号梁计算，设梁间距 b=(b1+2=(850+775)/2=确定上式中面板的有效宽度系数时，需要知道梁弯矩零点之间的距离 于第一跨中正弯矩段取 000=1600对于支座负弯矩段取 000=800根据 L0/ 对于 L0/b=1600/ 1= B= 1b= 对于 L0/b=800/ 2= B= 2b=于第一跨中弯矩选用 B=水平次梁 组合截面面积（如图）： A=3283+14 合截面形心到槽钢中心线的距离： e=(14 107)/中组合截面的惯性矩及截面模量为： I 次中 =19137000+3283 14 支座段选用 B=则组合截面面积： A=3283+14=合截面形心到槽钢中心线的距离： e=(4*107)/支座处组合截面的惯性矩及截面模量： I 次 B=19137000+3283*4*由于支座处 截面模量较小，故只需验算支座 ： )/(160)/(26m 次次说明水平次梁选用 20b 槽钢满足要求。 扎成梁的剪应力一般很小，可不必验算。 受均布荷载的等跨连续梁，最大挠度发生在边跨，由于水平次梁在 B 支座处，截面的弯矩已经求得 M 次 B=m,则边跨挠度可近似地按下式计算： 000 3 次次次 故水平次梁选用 20 顶梁所受荷载较小，但考虑水面漂浮物的撞击等影响，必须加强顶梁刚度，所以也采用 20b 槽钢。 五 主梁设计 （一）设计资料 宽 算跨度 L=载跨度 0m. q=m 2m w =1/600 （二） 主梁设计 （ 1）弯矩与剪力 弯矩与剪力计算如下： 0/2)*()=m) V=0/2=(2)需要的截面模量 已知 =160KN/虑钢闸门自重引起的附加应力作用，取容许应力 =60=144N/需要的截面抵抗矩为 W= 00/(144*(3)腹板高度选择按刚度要求的最小梁高（变截面梁）： =44*100*00*600/(07) =于变截面梁的经济梁高， =度 20 (4)腹板厚度选择按经验公式计算： 11/h =用 5)翼缘截面选择 每个翼缘需要截面为： 6 0= 23 326 2 0 9 5 0 B1= =220/3 220/5=44（ 6=梁的上下翼缘焊缝都采用 2六、横隔板设计 横隔板同时兼做竖直次梁，它主要承受水平次梁、顶梁和底梁传来的集中荷载以及面板传来的分布荷载，计算时可把这些荷载用以三角形分布的水压力来代替，并且把横隔板作为支撑在主梁上的双悬臂梁。则每片横隔板在上悬臂的最大负弯矩为 M=*2*=N m) 其腹板选用与主梁腹板同高，采用 2200翼缘利用面板，下翼缘采用 2000翼缘利用面板的宽度按 B= 2b 确定，其中 b=2000 ,查表可得有效宽度系数 2=B=000=1492 B=1450如下图 : 截面形心到腹板中心线的距离： e=(1450*14*11070*1105)/(1450*14+200*10+2200*8)=面惯矩 :I=(8*22003)/12+8*2200*+10*200* +14*1450*=2412779*104 截面模量： 412779*104/ 验算弯应力： =M/06/= 1 1 =14 B=20 下游纵向连接系承受 向连接系是做简支的平面桁架。节点荷载为 : 0=斜杆承受最大拉力 N=时考虑闸门偶然扭曲是可能承受压力，故长细比的限制值应与压杆相同，即 200 。 选用双角钢 180 14，表查得： 截面面积 A=48900 2回转半径 杆计算长度 长细比 =0l/103)/ =200 验算拉杆强度： =(10 )/48900= =136(N/) 考虑双角钢受力偏心的影响，将容许应力降低 15%进行强度验算。 八 ：边梁设计 边梁的截面形式采用双腹式（如下图），边梁的截面尺按照构造要求确定，即截面高度与主梁端部高度相同，腹板厚度与主梁腹板厚度相同，为了便于安装滚轮，两个下翼缘为用宽度为 200扁钢做成。 双腹式边梁截面 边梁是闸门的重要受力构件，由于受力情况复杂，故在设计时将容许应力值降低 15%作为考虑受扭影响的安全储备。 算 在闸门每侧边梁上各设 3个滚轮。 边梁计算图如下 要是主梁传来的水平荷载，还有水平次梁和顶、底梁传来的 水平荷载。为了简化起见，可假定这些荷载由主梁传给边梁。每个主梁作用于边梁的荷载为 R= 闸门自重、滚轮摩擦阻力、止水摩阻力、起吊力等。 上滚轮所受的压 其他滚轮所受的压为 下滚轮所受的压力 最大弯矩 m） 最大剪力 最大轴向力为作用在一个边梁上的起吊力，估计为 7000细计算见后）。在最大弯矩作用截面上的轴向力，等于起吊力减去上滚轮的摩阻力，该轴向力 )( 截面面积 A= 256200565502161430 =98960 )( 2面积矩 )( 2)561 5 09 8 9 6 0/()1 5 1 4561 5 07 7 19 8 9 6 0( 3m a x 截面惯性矩 3 6 7 7 3 3 0 0 0 0108 9 7 1 4 3 016 103 I )( 4截面模量 )(17 421458 0367 733 000 0 3截面边缘最大应力验算 : )N / m m(1 2 / m m( 2 2 1 7 4 2 43 3 6 1 6 0 5 7 2263m a xm a x 腹板最大剪应力验算： )N / 23m a xm a x 23m a x N / 798960 )N / m m( 330 0002 3m a x V )/N( /m m(222222 以上的验算满足强度要求。 九 、 行走支承设计 滚轮计算： 轮子的主要尺寸是轮径 b，这些尺寸是根据轮缘与轨道之间的接触应力的强度条件来确定的，对于圆柱形滚轮与平面轨道的接触情况是线接触，其接触应力可按下式计算，其中下滚轮受力最大，其值为 滚轮轮缘宽度 b=120径 D=540 )/( 72 3 ( 2m a x l 为了减少滚轮转动时的摩擦阻力，在滚轮的轴孔内还要设滑动轴承，选用钢对 10 轴和轴套间压力传递也是接触应力的形式，验算： 1 )/( 2取轴的直径 d=200套的工作长度 280 轮轴选用 45 号优质碳素钢，取轮轴直径 d=160工作长度为 b=280其进行弯曲应力和剪应力验算： )( 7 1 7 8 612 1 6 1 1 0333m a )/(1 1 ( 7 1 7 8 6 101 1 0 226m a x )( 32m a x l )/(1 6 342232m a x 轴在轴承板的连接处还应按下式验算轮轴与轴承板之间的紧密接触局部承压应力： )/(3 其中 轴承板所受的压力 )(取轴承板叠总厚度 0 十、 滚轮轨道设计 轨道钢板宽度按钢板承压强度决定。根据 2/100 ，则所需要的轨道底板宽度为 )/( 3 0120 6 7 3 l )(3 0 3 0 3 0 ，取 B=100（ 故轨道地面压应力： )/( 轨道底板厚度按其弯曲强度确定。轨道底板的最大弯应力： 223式中轨道底板的悬臂长度 c=20（ 对于 (100