闸门设计题纲.doc

闸门设计题纲一、设计任务 为某水库设计放水洞底孔平面钢闸门一面，作为主要工作闸门。二、设计资料1、放水洞净孔口尺寸：宽 1.8米，高 2.0米。2、凭均设计水头（孔口中心处）20米。3、闸门相对位置 放水洞中部设闸井，闸门位于闸井上游井壁一边，在运用过程中闸下保持无压出流，闸井内不充水。启闭机设于闸井顶端，从启闭中心至闸门底槛之间的高差为21米。4、闸门行走支承采用滑动滚轮。5、材料：门叶结构采用Q235，侧止水用P60A型橡皮；底止水用I11016条型橡皮，焊条 E43型，砼等级C20，滚轮轴套为铸锡磷青铜，用普通螺栓。6、参考资料：水工钢结构范崇仁主编，水利水电工程钢闸门设计规范。三、设计要求1、编写设计书，参照“设计计算参考提纲”的内容，对原则问题应有简略的论证并附必要的简图。用A4书写白纸，钢笔书写整齐端正，用铅笔绘制简图。2、绘制施工图，图幅为A2图2张（或A3图4张）。图中包括：门叶结构总图、侧视图、俯视图、必要的大样图，闸槽尺寸及埋固构件。比例根据布图需要自定。3、作出闸门的材料表附在设计图上。四、闸门设计题纲1、据闸门工作条件，初步拟出闸门的构造形式及其总体布置 选择闸门的基本尺寸门高：60.3（门的超高，高出孔口净高）=6.3。门宽：为了布置侧止水和行走支承闸门宽度等于孔口净宽20.3。 选择梁格布置方案主梁根数和布置，为简化设计和制造方便，又能保持闸门的整体刚度。对与跨度远大于门高平面闸门，宜采用双主梁的复式梁格。主梁位置按等水压力的原则布置，上下主梁应放置在离水压合力作用线相等的位置，并要求门的下悬臂0.12门高，上悬臂0.45门高。水平次梁的间距，根据水压力的变化，应布置上疏下密，使各区格的面板厚度大致相同。次梁可采用槽钢（包括顶梁和底梁）。底梁不到底，布置底止水。设置横隔板三道，等间距。边梁采用单腹式。 梁格采用齐平连接水平次梁穿过横隔板成连续梁。纵向联结系，两主梁的下翼缘设斜杆，形成纵向桁架。将所选择的梁格布置方式、行走支承的位置绘出简图。2、面板设计根据梁格布置，进行面板设计。列表估算面板厚度，结合构造要求选择面板厚度。对底梁下的面板悬出段，应按悬臂板进行验算。待主梁选定后，再按面板与主梁共同工作时的二向应力状态验算面板强度。 面板 t=a*SQRT(Ky*q)/(*)1、估算面板厚度 查表区格a（mm）B（mm）b/aKyh(m)q（N/mm2）SQRT（Ky*q）1/SQRT(*)t（mm）100713201.31 0.4940.5970.00590.054 0.0653.5290713201.46 0.4471.6170 0.01580.084 0.0654.9693013201.42 0.440 2.675 0.02620.107 0.0656.4983713201.58 0.465 3.5000 0.03430.126 0.0656.87866713201.98 0.4963.5000 0.03430.130 0.0655.6542713203.09 0.750 3.5000 0.03430.160 0.0674.592、面板与梁格的连接计算p89.6T127.63 hf1.971 3、面板整体弯曲强度验算P64.3(KN/m)my174.589M300.76lo6.1mx52.3768ox80.3lh6.26zh190.091.1*1.5*160=2643、水平次梁、顶梁和底梁的设计 荷载与内力计算列表计算，画出水压力最大的水平次梁的计算简图（连续梁），绘其内力图 截面选择 由 WMmax/ 选型号考虑面板作为次梁截面的一部分，计算有效宽度B。计算截面的几何特性。 水平次梁的强度和刚度验算 顶梁和底梁顶梁的载荷较小，但考虑水面漂浮物的撞击等影响，必须加强顶梁刚度，可采用水平次梁的型号，底梁也是如此。 水平次梁 梁号h(m)梁轴线处水压强度p（kN/m2)梁间距（m）（a上+a下）/2q=p（a上+a下）/21（顶梁）1.976 21.11811.0 1.071.05511.56 3（上主梁）2.1421.0 1.041.020 21.39 43.15830.9 10.9529.40 53.534.3 0.90.8529.16 6（下主梁）3.534.3 0.80.6823.32 7（底梁）3.534.3 0.56 0.4716.12 0.38竖直次梁1、截面选择部位截面尺寸（cmcm）截面面积A（cm2）各形心离面板表面距离y1(cm)Ay1（cm3）各形心离中和轴距离y=y1-y2(cm)Ay（cm4）面板部分490.8490.839.20.415.68-21.8 18576.2 腹板151.851.8151.826.71383.064.5 1063.5 下翼缘板2012012053.1106230.9 19134.7 合计1112460.7438774.5 h53.6I50357.1 y222.2 Wmax2271.53 h-y231.4 Wmin1602.14 1.42 Mmax38.9max2.428 0.916=14.4min1.713 max/min1.42 V59.5S1081.65 1.278 9.54、主梁设计按梁格的布置和荷载分析，找出承受最大水压力的主梁，画出其计算简图。主梁的计算跨度：L=L0+20.15 为孔口净宽水压力作用宽度：L1=L0+0.15 注：L为两侧行走支承中心的距离。 内力计算与截面选择计算弯矩和剪力，估算最小梁高hmin 、截面模量WMmax/0.9 ，选主梁截面（轧成梁一般用工字钢）。选梁高，腹板高和厚度，翼缘的宽和厚。 用所选截面进行强度和刚度验算截面包括宽度为B的面板，列表计算截面的几何特性。 截面改变改变梁高，改变梁高的位置（用简图表示）。剪切强度验算。 翼缘焊缝焊缝厚度 按受力最大的支承端截面计算，同时考虑构造要求。 腹板加劲肋和局部稳定性验算横隔板可兼作横向加劲肋。 变截面主梁1、截面选择部位截面尺寸（cmcm）截面面积A（cm2）各形心离面板表面距离y1(cm)Ay1（cm3）各形心离中和轴距离y=y1-y2(cm)Ay（cm4）面板部分620.8620.849.60.419.84-23.1 26569.9上翼缘板141.4141.419.61.529.4-22.0 9525.1腹板1505015027.213603.7 668.0 下翼缘板341.4341.447.652.92518.0429.4 41018.1 合计166.83927.2877781.2 h53.6I88197.8 y223.5 Wmax3745.95 h-y230.1 Wmin2934.53 1.28 Mmax314.76 max10.73 16W/L6.9418 min8.40 L/60010.17 max/min1.28 2、变截面选择部位截面尺寸（cmcm）截面面积A（cm2）各形心离面板表面距离y1(cm)Ay1（cm3）各形心离中和轴距离y=y1-y2(cm)Ay（cm4）面板部分620.8620.849.60.419.84-16.2 12971.4 上翼缘板141.4141.419.61.529.4-15.1 4452.2 腹板134.634.6134.619.5674.72.9 296.7下翼缘板341.4341.447.637.5178520.9 20848.7合计151.42508.9438569.0h38.2I42020.9 V196.115y216.6 Wmax2535.72 S1200.79 h-y221.6 Wmin1942.86 5.6041.31 3、翼缘焊缝验算s上1097.5 s下996.2 hf0.324 采用hf=8mm角焊最小厚5.6 4、局部稳定性ho/tw50805、横隔板设计 荷载和内力计算横隔板可兼作竖向次梁，承受水平次梁、顶梁和底梁的作用，还有面板传来的水压力。计算时可用三角形水压力来代替，并把横隔板作为支承在主梁上的外伸梁。 选取截面和强度计算腹板与主梁腹板同高，上翼缘利用面板，下翼缘一般用宽度为100200，厚度为1020的扁钢，隔板厚度通常不大于810。应按构造要求选取的尺寸，使隔板应力很小，可不进行强度验算。6、纵向联结系设计 荷载和内力计算下游纵向联结系承受0.4G，估算门叶的自重G。 斜杆截面设计视作平面桁架，斜杆可能承受拉力，故长细比：200 。角钢选出后进行抗强度验算。 斜杆与节点连接7、闸门启闭力的计算 先计算闭门力用经验公式估算门叶自重，计算止水摩阻力、支承摩阻力和上托力。 启门力的计算门重计算部位截面尺寸（mmXmmXmm）数量体积V（mm3）重量G（KN）各形心离面板表面距离y1(mm)Gy1（KN.mm）高(宽）度长度厚度1、面板5500610010133550000025.81 5129.05 2、主梁上翼缘1406010142235592001.81 1730.81 腹板11028605002286000002.20 274602.85 21015753464217980001.68 197330.35 3（三角）101130154434804000.27 447119.68 下翼缘13402860142272272002.09 5311112.23 234044514484728000.65 377245.73 3（三角）3401140144217056001.67 454758.09 主梁加强板11960008694080000.72 528382.14 23086008498752000.76 528401.12 3、次梁次梁17.235.311605457.45654.48 90403.48 次梁加强板1480008623040000.18 17430.84 2805508425776000.20 17434.50 4、隔板腹板11030405183472416003.63 269977.63 2101934152388190400.68 8658.35 310384152317510400.13 8611.58 4（上三角）1019343663106176600.82 284231.98 5（下三角）10384366321081600.16 28446.06 下翼缘13040200103182400001.40 533747.91 2（上三角）1934200103116040000.89 350312.44 3（下三角）38420010323040000.18 35062.04 5、边梁腹板5500103604792000006.09 1901157.64 下翼缘15500180142277200002.13 377803.95 下翼缘25500120142184800001.42 377535.97 边梁加强板34083601097920000.75 190143.13 6、主滚轮轮235173406.514541005757707.74 100773.73 轴80200965144413173763.18 100317.85 7、侧止水压板5500908279200000.61 -34-20.72 侧止水65.505266.060.65 -22.5-14.57 橡胶垫片2.15.505223.1210.23 -7.5-1.70 8、底止水压板5658958143000800.33 -34-11.25 底止水3.65.862121.103 0.21 -15-3.10 9、底部加强板81001301010400000.08 756.00 10、侧轮轮7517662.560442390000.33 525171.21 轴302826100411304000.09 52545.65 11、吊耳板000000.00 00.00 合计74.26 10932.68 形心矩147.23 闸门启闭力计算闸门高度h(m)侧止水间距Bzs(m)上游水深Hs(m)下游水深Hx(m)总水压力P(KN)2.100 2.150 11.000 0.000 449.243 滚轮半径R(mm)滚轮轴承的平均半径R1(mm)滚轮轴承滚柱直径d(mm)滚轮摩擦力臂f(mm)滚轮摩阻力TZd(KN)滚动200.000 105.000 90.000 1.000 4.867 滚轮半径R(mm)滑动摩擦系数f1滚轮轴半径r(mm)滚轮摩擦力臂f(mm)滚轮摩阻力TZd(KN)滑动200.000 0.250 45.000 1.000 27.516 止水摩擦系数f3侧止水受压宽度bzs(m)单边侧止水受压长度lzs(m)侧止水平均压强PZS(KN/m2)侧止水摩阻力TZS(KN)0.700 0.055 2.100 110.000 18.860 顶止水摩擦系数f3侧止水受压宽度bzs(m)单边侧止水受压长度lzs(m)顶止水平均压强PZS(KN/m2)顶止水摩阻力TZS(KN)0.700 0.055 2.150 110.000 9.655 底止水至上游面距离D1(m)侧止水间距Bzs(m)上游水深Hs(m)上托力系数t底缘上托力Pt(KN)0.300 2.150 11.000 1.000 70.950 底止水厚度e(m)侧止水间距Bzs(m)上游水深Hs(m)上托力系数t止水上托力Pt(KN)0.016 2.150 11.000 1.000 3.784 底止水至下游面距离D2(m)侧止水间距Bzs(m)平均下吸强度ps(KN/m2)橡皮预压力PZS(KN/m)下吸力Px(KN)0.276 2.150 20.000 0.365 11.868 闸门顶梁以上水柱高H（m）侧止水间距Bzs(m)闸门顶受压宽度B（m）闸门加压板宽度（m）闸门顶水柱重Ws（KN）0.000 2.150 0.350 0.000 0.000 闸门自重G(KN)闸门自重修正系数nG摩擦阻力安全系数nT闭门力Fw(KN)计算需加重块重Gj(KN)24.400 0.900 1.200 92.832 92.832 实际加重块重Gj(KN)闸门自重修正系数nG无加重启门力FQ(KN)加重后启门力FQ(KN)持住力FT(KN)92.832 1.100 78.766 171.598 23.424 计算公式总水压力P=0.5*(2Hsh)*hHx2*Bzs滚动轴承的滚轮摩阻力Tzd=(P*f/R)*(R1/d+1) 或 滑动轴承的滚轮摩阻力Tzd=(P/R)*(f1*r+f)止水摩阻力Tzs=f3*lzs*bzs*Pzs+f3*lzs*Pzs下吸力Px=ps*D2*Bzs上托力Pt=*t*Hs*D1*Bzs闭门力FwnT*(Tzd+Tzs)nG*G+Pt nT=1.2,nG=0.9启门力FQnT*(Tzd+Tzs)+Px+nG*G+Gj+Ws nT=1.2,nG=1.1持住力FTnG*G+Gj+Ws+Px-Pt-(Tzd+Tzs) nT=1.2,nG=1.18、边梁设计由行走支承拟定截面形式，按构造选择截面尺寸。绘计算简图，以轮为支承的外伸梁，载荷包括：水压力、启（闭）门力、摩阻力。内力图：弯矩图、剪力图和轴力图。进行强度验算 max0.8 zh0.8 max0.8 闸门边梁组合截面惯性矩计算部位截面宽截面高截面面积形心至上翼缘边距离Ay形心至截面形心轴距离A(y y)2截面惯性矩b(mm）h(mm)A(mm2)Y（mm）(mm3)y y（mm）(mm4)I(mm4)上翼缘200122400614400-261.40311163995806.3腹板1442459362241329664-43.40311511182414.65下翼缘36014