潜孔式闸门设计.doc

潜孔式闸门设计一、设计资料闸门形式：溢洪道潜孔式事故平面刚闸门；孔口尺寸（宽高）：4m6.0m；上游水位：36.0m；下游水位：0.1m；闸底高程：0m；启闭方式：电动固定式启闭方式；结构材料：1.钢结构：Q235-A.F； 2.焊条：E43型； 3.行走支承：滚轮支承或胶木滑道； 4.止水支承：侧止水和顶止水用P型橡皮，底止水用条形橡皮；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SL 1974-2005二、闸门结构形式及布置1. 闸门尺寸的确定闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高约0.2m，故闸门高度=6m；闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：1L1=4m；闸门计算跨度：1L1=L0+2d=4+20.25=4.5(m)。 2. 主梁形式主梁形式根据水头和跨度而定，本闸门属于跨度较小而门高较大的闸门，所以闸门采用4根主梁。本闸门属中等跨度，为了便于制造和维护，决定采用实腹式组合梁。3. 主梁布置根据闸门的高跨比：L=43时，a=1.55,则t=a=0.067现列表1计算如下：表1区格a(mm)b(mm)b/akPN/mm2t(mm)49515003.010.740.490.60220.85根据上表计算，选用面板厚度t=22mm 。2.面板与梁格的连接计算已知面板厚度t=22mm ,并且近似地取板中最大弯应力max=160N/mm2,则p=0.0722160=246.4N/mm ,面板与主梁连接焊缝方向单位长度内地应力：T=面板与主梁连接的焊缝厚度：，面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度。四、水平次梁，顶梁和底梁的设计1.荷载与内力的计算顶、底梁都是支承在横隔板上地连续梁，作用在它们上面的水压力可按下式计算，即q=pq=p=（36-0.6）0.0098*1.2=0.4163KN/m支座B处的负弯距：M次B0.107ql2=0.107416.31.52=100.22kNm 2.截面选择W=mm3 考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选36a,由附录三表四查得：A=6089mm2 ; Wx=659700mm3 ; Ix=118742000mm4 ; b1=96mm ; h=360mm; 面板参加次梁工作的有效宽度分别按式611及式612计算，然后取其中较小值。 式：611 Bb1+60t=96+6022=1416mm ; 式：612 B=1b (对跨间正弯距段) B=2b （对支座负弯距段） 。梁间距b= 。 对于第一跨中正弯距段l0=0.8l=0.81500=1200mm ;对于支座负弯距段l0=0.4l0.41500600mm 。根据l0/b查表61： 对于l0/b1200/6002.0 得10.7 ，得B=1b0.7600420mm , 对于l0/b600/6001.0 得20.4 ，得B=2b0.4600240mm ,对第一跨中选用B360mm,则水平次梁组合截面面积（例图4）:A=6089+42022=15329mm2 ;组合截面形心到槽钢中心线得距离：e=mm ;跨中组合截面的惯性距及截面模量为：I次中118742000+60891152+42022862267608065mm4Wmin=对支座段选用B240mm，则组合截面面积：A=6089+24022=11369mm2 ;组合截面形心到槽钢中心线得距离：e=mmI次118742000+6089892+240221022=221906089 mm4Wmin=水平次梁强度验算满足强度要求五、主梁设计(一)设计资料1）主梁跨度：净跨（孔口净宽）l04m ；计算跨度l4.5m ；荷载跨度l14m 。2）主梁荷载：q=pgh=369.81=352.8KN/m 横向隔板间距：1.5m 。4）主梁容许挠度： W=L/750 。（二）主梁设计1.截面选择（1） 弯距和剪力 弯距与剪力计算如下：弯距： 剪力： 需要的截面抵抗距 已知A3钢的容许应力=160N/mm2 ,考虑钢闸门自重引起附加应力的影响，取容许应力= 则需要的截面抵抗矩为； W=. （3）腹板高度选择 按刚度要求的最小梁高（变截面梁）为：经济梁高：由于钢闸门中的横向隔板重量将随主梁增高而增加，故主梁高度宜选得比hec为小，但不小于hmin。现选用腹板厚度h0100cm 。(4)腹板厚度选择选用tw1.0cm 。(5)翼缘截面选择：每个翼缘需要截面为下翼缘选用t12.0cm（符合钢板规格），需要取B124cm,上翼缘的部分截面积可利用面板，故只需设置较小的翼缘板同面板相连，选用t12.0cm，b116cm，面板兼作主梁上翼缘的有效宽度为Bb1+60t16+602.2148cm 。上翼缘截面面积A1=162.0+1482.2=357.6cm2 。(6)弯应力强度验算截面形心距：截面惯性距：截面抵抗距：上翼缘顶边 下翼缘底边 弯应力：安全表3部位截面尺寸（cmcm）截面面积A(cm2)各型心离面板表面距离y（cm）Ay（cm3）各型心离中和轴距离y=y-y1(cm)Ay2(cm4)面板部分1482.2325.61.1358.2-52880422上翼缘162.032.03.2102.4-49.979680腹板1001.0100.054.254201.1121下翼缘242.048.0105.25049.652.1130292合计505.610930.21090515（7）因主梁上翼缘直接同面板相连，可不必验算整体稳定性，因梁高大于按高度要求的最小梁高，故梁的挠度也不必验算。1. 截面改变因主梁跨度较大，为减小门槽宽度与支承边梁高度（节约钢材），有必要将主梁承端腹板高度减小为。考虑到主梁端部腹板及翼缘相焊接，故可按工字截面梁验算应力剪力强度。尺寸表4所示：表4部位截面尺寸（cmcm）截面面积A(cm2)各型心离面板表面距离y（cm）Ay（cm3）各型心离中和轴距离y=y-y1(cm)Ay2(cm4)面板部分1482.2352.61.1358.2-32361062上翼缘162.032.03.2102.4-29.928608腹板601.060.034.220521.173下翼缘242.048.065.23129.632.149460合计492.65642.2439203 2. 翼缘焊缝3. 翼缘焊缝厚度hf按受力最大的支承端截面计算。Vmax705.6kN。I0=457203cm4，上翼缘对中和轴的面积距：S1=32.029.9+325.632=11376cm3，下翼缘对中和轴的面积距：S2=4832.11540.8cm3S1,需要角焊缝最小，。全梁的上下翼缘焊缝都采用hf8mm 。4.加筋肋验算因不需设置横向加劲肋。闸门上已布置横向隔板可兼作横加劲肋，其间距a1.5m 。腹板区格划分见图2。六、横隔板设计1.荷载和内力计算如图所示水平次梁为4跨均布连续梁，R可看作它所受的最大剪力，由规范表查知：作用于竖直次梁上由水平荷载传递的集中荷载：取qq次2.横隔板和截面选择和强度验算腹板选用与主梁腹板同高，采用100010mm，上翼缘利用面板，下翼缘采用200mm8mm的扁钢，上翼缘可利用面板的宽度公式按式B1b确定。查表得10.4，B=0.41500=600mm，取B600mm 。计算如下图所示截面几何特性截面型心到腹板中心线距离： 126.3mm截面惯性距： ，验算应力： 由于横隔板截面高度较大，剪切强度更不必验算，横隔板翼缘焊缝采用最小焊缝厚度hf6mm 。七、边梁设计边梁的截面形式采用单腹式，如下图，边梁的截面尺寸按构造要求确定，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，为了便于安装压合胶木滑块，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，故在设计时将容许应力值降低20作为考虑受扭影响的安全储备。1.荷载和内力计算在闸门每侧边梁上各设4个胶木滑块，其布置如下图： （1）水平荷载 主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，每个边梁作用于边梁荷载为R790kN（2） 竖向荷载有闸门自重，滑道摩阻力，止水摩阻力，起吊力等。上滑块所受压力：，下滑块所受压力：， ,最大阻力为作用于一个边梁上的起吊力，估计为700kN，有N700kN进行强度验算， ,2.边梁强度验算截面面积 。截面边缘最大应力验算：腹板最大剪应力验算：腹板与下翼缘连接处则算应力验算：， 。均满足强度要求八、行走支承设计胶木滑块计算：下滑块受力最大，起值为R1411.2kN，设滑块长度为350mm，则滑块单位长度承受压力由表2查得轨顶弧面半径R=300mm，轨头设计宽度为b50mm，胶木滑块与规定弧面的接触应力验算：。九、胶木滑块轨道设计1. 确定轨道底板宽度轨道底板宽度按砼承压强度确定，查表得：砼允许承压应力为7N/mm2 ，则所需轨道底板宽度为： 取Bh600mm， 故轨道底面压应力： 2.确定轨道底版厚度轨道底板厚度按其弯曲强度确定，轨道底版的最大弯应力：轨道底板悬臂长度C102.5mm，对于A3查表得100N/mm2 ，故：，故t50mm 。十、闸门启闭力和吊座验算1.启门力：T启1.1G+1.2(T2d+T2s)+Px G=0.022K1K2K3A1.34Hs0.639.8其中，A=44=16mm2 ,可查知：系数K11.1;K2,K3，均取为1.0 ，G=0.0221.11.01.0161.34500.639.8=114.5kN ，滑道摩阻力：止水摩阻力：因橡皮止水与钢板间摩擦系数f0.65， 橡皮止水受压宽度取为b0.06m，每边侧止水受压长度H3.66m ，侧止水平均压强：下吸力Px底止水橡皮采用I11016型，其规格为宽16mm，长110mm，底止水沿门跨长4.5m，根据规范SDJ1378，启门时闸门底缘平均下吸强度一般按20kN/m2计算，则下吸力：故闸门启门力：2.闭门力：3.吊轴和吊耳板验算（1） 吊轴 采用Q235号钢，由第二章表28查得=65n/mm2