水工建筑钢结构钢闸门图文讲义PPT

1、第六章 平面钢闸门,第一节 概述,闸门是用来关闭、开启或局部开启水工建筑物中过水孔口的活动结构 控制水位，调节流量作用,闸门类型,1、按工作性质,工作闸门：调节孔口流量，在动水中启闭 事故闸门：上下游水道或设备发生事故时，能在动水中关闭， 一般在静水中开启 检修闸门：检修设备时用以挡水的闸门，在静水中启闭 施工闸门：用来封闭施工导流孔口的闸门，在动水中关,第六章 平面钢闸门,第一节 概述,闸门类型,2、闸门孔口位置 露顶闸门：门顶露出水面 潜孔闸门：门顶潜没于水面以下 3、结构形式：门叶的形状 平面闸门： 弧形闸门：弧形的挡水门叶 人字形闸门,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构

2、布置,一、平面钢闸门的组成,三大部分组成： 门叶结构（上下移动，承重结构） 埋固构件 启闭机械,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,一）门叶结构,竖放着的板梁结构,第六章 平面钢闸门,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,组成： 1、面板：直接承受水压，并传给梁格 2、梁格：次梁（顶梁、底梁、水平次梁、竖直次梁）， 主梁，边梁形成骨架，承受由面板传来的水压 （ 减小面板跨度，从而减小面板厚度,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,3、横向联结系： 位于闸门横向竖平面内（兼作竖直次梁） 作用：增加横向刚度 （并支承底梁、顶梁，水平次梁） 实

3、腹隔板式（横隔板） 桁架式,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,4、纵向联结系：位于闸门主梁下翼缘平面内,作用：增加纵向刚度、承受部分自重 （40自重，另60由面板承担）及竖向荷载 一般采用桁架式： 弦杆为上下主梁的下翼缘，竖杆为横隔板的下翼缘，斜杆另 设，支承在边梁上,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,5、行走支承： 保证闸门移动 在边梁上设置滚轮（主轮、反轮、侧轮）或滑块 侧轮、反轮：防止闸门左右倾斜被卡住或前后碰撞,6、吊耳： 将闸门与吊索或吊杆相连的装置 7、止水（水封）： 门叶结构和孔口周围缝隙之间设置，防止闸门漏水,第六章 平面钢闸门,第二

4、节 平面钢闸门的组成和结构布置,二）埋固构件（埋设在门槽内） 行走支承轨道、止水座、保护门槽的加固角钢等 荷载传递途径,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,二、平面钢闸门的结构布置 确定所需构件、构件数目、构件位置,一）主梁的布置 1、主梁的数目： 由闸门尺寸确定 跨度L闸门高度H, 采用多主梁（主梁数目多于两根） 跨度L1.5H，采用双主梁,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,为什么跨度大，而主梁数目反而减少,L增大,比L增加更快,为了满足强度,和刚度,要求,增大I、W,增大梁高h效果最好,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,多个小

5、主梁的材料集中在少数梁上使用,例,HL1.5H，经过计算比较后选用,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,2、主梁的位置,根据等荷载的原则布置（每个主梁承受相等水压力,双主梁： 对称于总水压力合力作用线布置,两主梁间距尽可能大，但要满足构造要求,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,多主梁：有几个主梁将水压分布图分成 面积相等的几等份，每块等分面积 的形心线处为主梁位置,主梁至水面的距离由公式 （6-1）和（6-2）求得,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,3、构造要求（双主梁） （1）主梁间距b尽量大一些 使闸门上悬臂不会过长，增加闸门

6、空间刚度 （2）0.45H 保证门顶悬臂部分有足够刚度,3）下主梁到门底的距离， 应满足底缘布置要求,下游倾角,避免门底水流冲击主梁腹板引起闸门振动,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,二）梁格布置 梁格支承面板，起着减小面板跨度， 减小面板厚度的作用 合理布置：使面板和梁格所用材料最省 梁格布置有简式（纯主梁式）、普通式、复式梁格,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,梁格布置一般要求： 1、竖直次梁间距：12m 2、水平次梁间距：水压力变化上疏下密。40120cm 3、面板厚度为825mm,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,三）梁

7、格连接形式 齐平（等高连接）： 水平次梁、竖直次梁、主梁上翼缘与面板齐平。梁格与面板形成刚强整体 水平次梁遇到竖直次梁，水平次梁需切断， 横隔板兼作竖直次梁时，可在横隔板上预留开孔，使水平次梁成为连续梁。 降低连接： 主梁、水平次梁与面板直接相连， 竖直次梁降低到水平次梁的下翼缘底，使水平次梁成为连续梁,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,第六章 平面钢闸门,第二节 平面钢闸门的组成和结构布置,四）边梁的布置 单腹式：构造简单，抗扭刚度差，主要用于滑道支承的闸门 双腹式：抗扭刚度大，构造复杂，用钢量较大， 主要用于滚轮支承的闸门,第六章 平面钢闸门,第三节面板和次梁的设计,

8、一、面板设计,先初选面板厚度，验算面板强度,一）面板厚度 视面板为四边固定板,计算时： 近似取面板区格中心处的水压强度 作为面板区格的均布荷载,第六章 平面钢闸门,第三节面板和次梁的设计,四边固定的面板在均布荷载作用下，最大弯矩在面板支承边长边中点处 长边中点A为面板应力控制点,k：弯应力系数（与支承情况有关，查表得到,弹塑性调整系数,时,时,0.9：考虑面板参与主梁共同工作，保留一定的强度储备系数 a、b：区格短边、长边长，从面板与梁连接焊缝算起（梁的净距离,第六章 平面钢闸门,第三节面板和次梁的设计,注： 1.各区格面板厚度大致相等 （若相差过大，调整区格竖向间距重选） 2,3. 顶、底梁

9、区格按三边固定、一边简支计算,第六章 平面钢闸门,第三节面板和次梁的设计,二）面板参加主（次）梁整体弯曲时的强度验算,在水压力作用下，面板自身会局部弯曲， 同时参与梁共同工作，随梁整体弯曲， 处于双向应力状态，计算折算应力,1、当,且长边方向沿主梁轴线方向， 只需验算A点上游面的折算应力,第六章 平面钢闸门,水压力作用时，在面板（四边固定）A点上游面受拉,下游面受压,参与梁整体弯曲时，梁上翼缘受压，板也受压,板上游面处于异号应力作用，易破坏,第六章 平面钢闸门,第三节面板和次梁的设计,面板A点上游面局部弯应力,垂直于梁轴线方向,沿梁轴线方向,面板兼作梁翼缘整体弯应力,拉,压,折算应力,6-4,

10、第六章 平面钢闸门,2,或长边方向垂直主梁轴线方向， 还需验算B点下游面的折算应力,B点下游面虽是同号应力状态，但,较大，可能比A点上游面更早进入塑性状态,第六章 平面钢闸门,第三节面板和次梁的设计,由附录九表2，知,时，系数,与,比较接近,相对较大,1,2）长边方向垂直主梁轴线方向时,B点沿梁轴线方向,用附录九表 2 中,计算,较大,B点远离轴线,有较大衰减,第六章 平面钢闸门,第三节面板和次梁的设计,三）面板与梁格连接计算,面板受水压力自身弯曲时，焊缝约束梁格之间互相移近,垂直焊缝长度方向的单位长度上的侧拉力,2、面板兼作梁翼缘，梁弯曲时，焊缝阻止板与翼缘发生相对滑移,沿焊缝长度方向的单位

11、长度上的水平剪力,第六章 平面钢闸门,第三节面板和次梁的设计,水工钢结构按容许应力法计算时， 角焊缝统一按角焊缝容许剪应力计算,且,第六章 平面钢闸门,第三节面板和次梁的设计,二、次梁设计,一）次梁的荷载计算简图,1、降低连接,面板水压力按面板跨度的中心线划分 传给水平次梁受到均布荷载,p ：次梁轴线处的水压强度 a上、a下：水平次梁轴线到上下相邻梁之间的距离,水平次梁支承在竖直次梁上， 为连续梁,第六章 平面钢闸门,第三节面板和次梁的设计,水平次梁计算简图,竖直次梁为支承在主梁上的简支梁， 承受由水平次梁传来的集中荷载R， R为水平次梁的支座反力 竖直次梁计算简图：（如图c,第六章 平面钢闸

12、门,第三节面板和次梁的设计,2、齐平连接,水平次梁和竖直次梁同时支承着面板， 面板上的水压力由水平次梁和竖直次梁共同分担， 面板上的水压力按梁格夹角的平分线划分各梁所承担的水压力,第六章 平面钢闸门,第三节面板和次梁的设计,水平次梁： 承担的水压力作用面积为六边形，换算到水平次梁上的荷载分布图为梯形,p：六边形面积中心处的水压强度,水平次梁穿过横隔板的预留孔： 按连续梁计算,第六章 平面钢闸门,第三节面板和次梁的设计,水平次梁在竖直次梁处断开： 按简支梁计算,竖直次梁: 承受水平次梁传来的集中荷载， 承受面板直接传来的水压力， 水压力作用面积为一条对角线与梁轴垂直的正方形， 换算到竖直次梁上的

13、荷载分布图为三角形,第六章 平面钢闸门,第三节面板和次梁的设计,二）截面设计,由,次梁型钢号,计算时，考虑面板兼作次梁翼缘，有效宽度B的取值 ： B 取以下两式算得的较小值,局部稳定要求 （面板兼作翼缘受压时不会丧失稳定,第六章 平面钢闸门,第三节面板和次梁的设计,2. 考虑面板宽度上应力分布不均，折算有效宽度,正弯矩段,负弯矩段,由,查表,为梁弯矩零点间距离,第六章 平面钢闸门,第四节主梁设计,一、主梁形式 由闸门的跨度和水头大小决定 轧制梁：跨度小水头低的闸门 组合梁：中等跨度610m 桁架：跨度12m,第六章 平面钢闸门,第四节主梁设计,二、主梁计算简图,主梁受竖直次梁传来的集中荷载，还

14、承受面板直接传来的分布荷载 为简化计算，近似将主梁上的荷载换算为均布荷载。 主梁按等荷载原则布置， 把闸门在跨度方向的单位长度上的总水压力除以主梁根数n， 得到每根主梁的均布荷载,单位长度上的总水压力,N/m,梁上的均布荷载,第六章 平面钢闸门,第四节主梁设计,计算简图,荷载跨度,两侧止水之间的距离,计算跨度： 闸门行走支承中心线之间的距离,闸门孔口宽度,第六章 平面钢闸门,第四节主梁设计,三、主梁设计,1、 面板兼作主梁上翼缘,0.9考虑主梁下翼缘兼作纵向联结系杆件承受闸门部分自重,2,3、挠度满足刚度要求,4、整体稳定（与面板可靠连接，可不验算,5、局部稳定（设置加劲肋,第六章 平面钢闸门

15、,第五节横向、纵向联结系,横向联结系,传递内力，保证闸门刚度,桁架式： 主梁截面高度和间距较大时采用，节约钢材 隔板式：支承在主梁上的双悬臂梁计算 截面高度主梁截面高度,面板兼作上翼缘,第六章 平面钢闸门,第五节横向、纵向联结系,二、纵向联结系,承受闸门部分自重以及其它竖向荷载,n为节间数,G由附录11中估算公式计算,第六章 平面钢闸门,第六节边梁设计,荷载,水平荷载： 梁格传来的水平水压力 （为简化计算，均由主梁传给边梁） 行走支承反力R1、R2 竖向荷载： 闸门自重G/2 行走支承和止水与埋固构件间的摩阻力 启吊力 T 门底过水下吸力Px等,处对应轴心拉力,第六章 平面钢闸门,第六节边梁设

16、计,截面尺寸按构造要求确定 截面高度主梁端部截面高度 腹板厚度主梁端部腹板厚度 翼缘宽度300mm 验算,折算应力,第六章 平面钢闸门,第七节行走支承,行走支承有滑道式和滚轮式两种,胶木滑道,将总宽为100150mm的三条胶木压入宽度稍小的夹槽中， 通过横向加紧力来提高承压面强度,第六章 平面钢闸门,第七节行走支承,支承胶木滑道的钢轨,1、轨头的设计宽度b和轨顶圆弧半径R,由滑块单位长度上的计算荷载q查表6-2,q=滑块受到的压力/滑块长度,胶木滑道与轨道弧面之间的最大接触应力,胶木容许接触应力,第六章 平面钢闸门,第七节行走支承,2、钢轨底板宽度B 由混凝土容许承压强度确定,3、底板厚度：

17、由弯曲强度确定 （按倒置的悬臂梁计算，沿轨道方向取单位长度板条验算,第六章 平面钢闸门,第七节行走支承,底板压应力,最大弯应力,4、钢轨高度,第六章 平面钢闸门,第七节行走支承,胶木滑道夹槽强度验算,槽壁的侧压力,N/mm,胶木弹性模量25003000 N/mm2,胶木宽度公盈量与夹槽宽度的比值（1.31.7,h：夹槽深度,第六章 平面钢闸门,第七节行走支承,11断面,抗剪验算,抗弯强度验算,22断面,第六章 平面钢闸门,第九节止水、启闭力、吊耳,一、止水 作用：防止闸门与门槽之间的缝隙漏水,露顶闸门：侧止水、底止水 潜孔闸门：侧止水、底止水、顶止水,止水的材料主要是橡皮 底止水为条形橡皮 侧

18、止水和顶止水为P形橡皮 止水用螺栓固定在门叶上,第六章 平面钢闸门,第九节止水、启闭力、吊耳,二、启闭力,动水中启闭的闸门（水压力作用下，摩阻力较大,考虑闸门自重G,滚轮或滑道支承处的摩阻力Tzd,止水摩阻力Tzs,闭门时门底上托力Pt,启门时门底水流形成真空产生的下吸力 Px,门顶水柱压力Ws,第六章 平面钢闸门,第九节止水、启闭力、吊耳,1、闭门力,1.2 : 摩阻力超载系数,闸门自重修正系数。闭门时0.91.0、启门是1.01.1,滑动支承,W 为闸门上总水压力,第六章 平面钢闸门,第九节止水、启闭力、吊耳,止水摩阻力,为作用在止水上的总水压力,例题227页,2侧止水宽度侧止水长度侧止水平均压强,平均压强单位长度总水压力/水头H,第六章 平面钢闸门,第九节止水、启闭力、吊耳,