实用模板潜孔式平面钢闸门设计

1、目录一、设计资料及有关规定 2二、闸门结构的形式及布置 2三、面板设计3四、水平次梁、顶梁和底梁地设计 4五、主梁设计7六、横隔板设计10七、纵向连接系11八、边梁设计11九、行走支承设计 13十、轨道设计14十一、止水布置方式 14十二、埋固构件 15十三、闸门启闭力15十四、闸门的启闭机械 15、设计资料及有关规定1闸门形式：潜孔式平面钢闸门2、孔口尺寸(宽 X 高)：5.0mX 5.0m3、上游水位：45m4、下游水位：0 m5、闸底咼程：0m6、启闭方式：电动固定式启闭机7、材料： 钢结构：Q235-A.F焊条：E43型行走支承：采用滚轮支承止水橡皮：侧止水和顶止水用 P型橡皮，底止水

2、用条型橡皮8制造条件：金属结构制造厂制造，手工电弧焊，满足川级焊缝质量检验标准9、规范：水利水电工程钢闸门设计规范 SL 1974-2005、闸门结构的形式及布置1、闸门尺寸的确定闸门高度：顶止水 H=0.2m故闸门高度5.2m闸门的荷载跨度为两止水的间距：5.0m闸门计算跨度：5+2X 0.2=5.4(m)设计水头：45m2、主梁的数目及形式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。因为闸门跨度L=5m,闸门高度h=5m,Lhb所以闸门采用6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、主梁的布置本闸门为高水头的深孔闸门，主梁的位置可按主梁均匀间隔来布

3、置。设计时按最下 面的那根受力最大的主梁来设计，各主梁采用相同的截面尺寸。謀/主架/ Z /TL域1Ljff/摞Jr主梁咖/主梁|L.E40L24C 1240J74464、梁格的布置及形式梁格采用复式布置与等高连接，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，其间距应均匀，以减少计算量。5、连接系的布置与形式（1）横向连接系，根据主梁的跨度，决定布置 5道横隔板，其间距为1.24m,横隔板 兼作竖直次粱。（2）纵向连接系，采用斜杆式桁架。三、面板设计根据钢闸门设计规范S74- 95关于面板的设计，先估算面板厚度，在主梁截面选 择以后再验算面板的局部弯曲与主梁整体弯曲的折算

4、应力。1、估算面板厚度假定梁格布置尺寸如图2所示。面板厚度按下式计算a er当 b/a 3 时，a=1.4,则现列表1计算如下:表1区格a(mm)b(mm)b/akpN/mmt(mm)191012301.350.5100.5440.52732.61291012301.350.4290.5540.48830.20391012301.350.4290.5640.49230.44491012301.350.4290.5730.49630.69591012301.350.4290.5830.50030.94691012301.350.4290.5930.50431.19791012301.350.42

5、90.6030.50931.50891012301.350.4290.6130.51331.74991012301.350.4290.6220.51731.991091012301.350.4290.6320.52132.241191012301.350.4290.6420.52532.491286012301.430.5390.6520.59334.68根据上表计算，选用面板厚度t=35mm2、面板与梁格的连接计算已知面板厚度t=35mm ,并且近似地取板中最大弯应力c ma= c =160N/mnT)则面板局 部扰曲时产生的垂直于焊缝长度方向的横向拉力 P为：P=0.07t c max =

6、0.07 X 35X 160=392(N/mm )面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力：面板与主梁连接的焊缝厚度:角焊缝最小厚度:面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度四、水平次梁，顶梁和底梁地设计1、荷载与内力验算水平次梁和顶、底梁都是支承在横隔板上的连续梁，作用在它们上面的水压力可按下 式计算，即上 下现列表2计算如下表2梁号梁轴线处水压力 强度P（kN/mrf）梁间距（m上下上下（m（kN/m）1（顶梁）5390.5075273.51.0152 （主梁）548.91.015557.11.0153 （水平次梁）558.91.015567.31.0154 （主梁）568.81.015577.3

7、1.0155 （水平次梁）578.81.015587.51.0156 （主梁）588.71.015597.51.0157 （水平次梁）598.71.015607.71.0158 （主梁）608.61.015617.71.0159 （水平次梁）618.61.015627.91.01510（主梁）628.51.015637.91.01511 （水平次梁）638.51.015648.11.01512 （主梁）648.40.990641.90.96513 （底梁）657.90.4825317.4由列表计算后得刀 q=7258.8kN/m根据上表计算，水平次梁计算荷载取648.1kN/m,水平次梁为6跨

8、连续梁，跨度为1.24m, 水平次梁弯曲时的边跨弯距为：2 2M次中=0.072ql =0.072 X 648.1 X 1.24 =71.9（kN m） 支座B处的负弯距：M次b= 0.106ql 2=0.106 X 648.1 X 1.24 2=105.4（kN m）q=648.1kNmiunr I if u r I I ir ir 1 I I ir ir I I ir ir I I I ir I I I I I I I ir J I j Jr J I I t ir ir I I ir ir I I2、截面选择CT考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选36a,由附录三表4查得：234A=60

9、89mm ； W x=659700mm I x=118742000mrg bi=96mrp d=9mm 面板参加次梁工作的有效宽度分别按下式计算，然后取其中较小值。B bi+60t=96+60X 35=2196(mm)B=E 1b (对跨间正弯距段)B=E 2b (对支座负弯距段)按11号梁计算，梁间距对于第一跨中正弯距段：I o=0.8l=0.8 x 1240=992(mm)对于支座负弯距段：l o=0.4l = 0.4 x 1240= 496(mm)根据10/b查表7-1 :对于 l 0/b = 992/1015 = 0.997 得 E 1 = 0.40，得 B=E 1b=406(mm)

10、对于 l 0/b = 496/1015 = 0.489 得 E 2 = 0.16，得 B=E 2b= 162.4(mm)对第一跨中选用B= 406mm则水平次梁组合截面面积(如图)：A=6089+406 35=21199(m组合截面形心到槽钢中心线得距离：图；面板参加水平次粱后工作截面(mm )跨中组合截面的惯性距及截面模量为：I 次中=118742000+6089X 1322+406X 35x 65.52 =285801188伸彷对支座段选用B= 162.4mm则组合截面面：A=6089+162.4x 35=11773(mr1)组合截面形心到槽钢中心线得距支座初组合截面的惯性距及截面模量为：

11、惯性距：次中截面模量：3. 水平次梁的强度验算由于支座B处弯距最大，而截面模量较小，故只需验算支座 B处截面的抗弯强度, 即：(T次中(T 说明水平次梁选用36a满足要求。 轧成梁的剪应力一般很小，可不必验算。4. 水平次梁的挠度验算受均布荷载的等跨连续梁，最大挠度发生在便跨，由于水平次梁在B支座处截面的弯距已经求得M次B=71.86kN? m,则边跨挠度可近似地按下式计算：3次次次故水平次梁选用36a度和刚度要求。五、主梁设计(一) 设计资料(1) 主梁跨度：净跨(孔口净宽)Lo = 7.0m ;计算跨度L= 7.44m；荷载跨度Li=7m(2) 主梁荷载：(3) 横向隔板间距：1.24m(

12、4) 主梁容许挠度：W=L/600(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:2(2)需要的截面抵抗距：已知 Q235钢的容许应力c=160N/mm,考虑钢闸门自重引起附加 应力的影响，取容许应力c =0.9 x 160=144N/mm则需要的截面抵抗矩为：(T(3) 腹板高度选择：按刚度要求的最小梁高(变截面梁)为:(T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ho= 240cm。(4) 腹板厚度选择-选用 tw= 4cm(5) 翼缘截面选择：每个翼缘需要截面为F翼缘采用ti=2cm

13、 (符合钢板规格)需要上翼缘的部分截面积可利用面板,，选用 bi=60cm(在 h/2.5h/5=9648 之间)。故只需设置较小的翼缘板同面板相连，选用ti= 2cm, b i=14cm，面板兼作主梁上翼缘的有效高度为B= bi+60 S = 14+60X 3.5 = 224(cm)2上翼缘截面面积 A=14X 2.0+224 X 3.5=812(cm )(6)弯应力强度验算 截面形心距：截面惯性距:截面抵抗距：上翼缘顶边弯应力:(T(T表3部位截面尺寸(cmcm)截面面积A(cnf)各型心离面 板表面距离 y(cmAy (亦)各型心离中和 轴距离y=y，-y1(cm)Ay2 (cm4)面板

14、部分224X 3.57841.751372-78.354812758上翼缘14X 228 4.5126-75.6P 160030 1腹板240 X 4960125.512048045.41978714(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。2、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。梁高开始改变的位置取在邻近支承端的横向隔板下翼缘的外侧，离 开支承端的距离为124- 10=114cm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

15、示：224X3.5xTr144X4SOX 2下翼缘60 X 2120246.529580166.43322675合计1892 :151558P10274177 J主梁支承端截面表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 (cH)各型心离中 和轴距离y=y-y 1 (cm)Ay2 (cm4)面板部分224X 3.5 H7841.75P 1372-40.8513082781上翼缘14X 2284.5126-38.140645腹板144X 457677.54464043.9701573下翼缘60 X 2120150.518060107.91397089合计

16、1508641983447585截面形心距:截面惯性距:截面下半部对中和轴的面积距:剪应力:3、翼缘焊缝 翼缘焊缝厚度hf按受力最大的支承端截面计算。Vma尸4184.6kN。I o=4442913cm,上翼缘对中和轴的面积距： Si=784X 40.85 + 28X 38.1=33093(cm)下翼缘对中和轴的面积距： S=120X 107.9 = 12948(cm3) S需要3T角焊缝最小厚度-全梁的上下翼缘焊缝都采用 hf = 21mm。4、腹板的加劲肋加劲肋的布置：因3，故不需要设置横向加劲肋5、面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力的验算取面板区格12验算其长边中点的折算应力计算CT

17、面板区格12的长边中点的主梁弯矩和弯应力(T该区格长边中点的折算应力CTCTCTCTCTCCT(T故面板厚度选用35mm满足强度要求。六、横隔板设计1、荷载和内力计算横隔板同时兼作竖直次粱，主要承受水平次粱、底梁和顶梁传来的集中荷载以及面板传来 的分布荷载，则每片横隔板在上悬臂的最大负弯矩为：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2400mm x 20mm上翼缘利用面板，下翼缘采用 200mM 10mm的扁钢，上翼缘可利用面板的 宽度公式按式B=E 2b确定其中b=1240mm, 按 I 0/b=2 x 1.015/1.24=1.64, 查表得 E 2 =0.46，贝U B

18、=0.46x 1240=570mm 取 B= 570m m。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Y;1-H13r200X10、1 、 1|2400X20570X358871“1513横隔板截面图（单位：um）截面惯性距:截面模量:验算应力:(T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，选取 hf = 8mm七、纵向连接系1、荷载和内力计算纵向连接系承受闸门自重。潜孔式平面钢闸门门叶自重按下式计算则下游纵向连接系承受0.4G=464KN纵向连接系视作平面简支桁架，其结点荷载为2、斜杆截面计算232kN232kN6X124038.67kN77,33

19、kN77. 33kN77. 33kK77.33kN77, 33kN38.67kN纽叵连接系计算團（单位；佃）斜杆承受的最大的拉力为 305KN,同时考虑闸门偶然扭矩时可能造成的压力，故细长比的限制应该与压杆相同。即入入选用单角钢L110X 12，由附录三表2查得：截面面积 A=25.2cm 回转半径iy =21.5cm斜杆计算长度长细比入入验算拉杆强度(T(T八、边梁设计由于深孔大孔口，行走支承采用滚轮式。所以这里用双腹式组合边梁。边梁的截面尺寸按构造要求确定，梁高1460mm上翼缘直接采用面板，下翼缘用150mmX 20mnil勺扁钢做成。腹板厚度40mm边梁是闸门的重要受力构件，由于受力情

20、况复杂，做设 计时将容许应力值降低20%乍为考虑受扭影响的安全储备。1、荷载和内力计算滚轮采用等荷载布置，在每个边梁上分别布置6个大小相等的主轮。每个主轮位于主梁后 面。每个主轮受力为2092.3kN。具体计算根据结构力学求解器。最大弯矩 Mk=2092.3kN/m最大剪力Vna=4184.6kN最大轴向力为作用在边梁上的一个起吊力，估为2300kN在最大弯矩作用截面上轴向力为：N=2300-4184.6X 0.仁1881.5kN490X35-1& -.06150X20300190150边梁截面图（单位：mm）血401318.951313.95-I：:.-：6jI P02、边梁强度验算截面面积

21、yi=700mm上半部分对中和轴的面积矩下半部分对中和轴的面积矩截面惯性距:截面模量：1=3.31176 X 1010伸吊）截面边缘最大应力验算:(TCT腹板最大剪应力验算：均满足强度要求九、行走支承设计采用滑动式滚轮支承，轴孔采用滑动轴承，轮径D=900mm宽度b=150mm轮轴直径d=200mm, 轴套工作长度bi=250mm；轮子材料用ZG35GrlMo.滚轮验算圆柱形滚轮与平面轨道接触应力:(TP :个轮子的计算压力，N ； b、R轮缘宽度和轮半径，mm2 . 2 E:材料的弹性模量，N/mm； fy：屈服强度，N/mm。轴和轴套间接触应力：CT CTd:轴的直径，mm bi：轴套的工

22、作长度，mm(7 eg:滑动轴套的容许应力，N/mrK轮轴与轴承板间局部承压应力(T(TN:轴承板所受的压力（N=P/2 ）, N;刀t :轴承板叠总厚度，mm ca:容许应力，N/mrK 以上计算均满足强度要求。十、轨道设计滚轮荷载R=2092.3kN,混凝土为C25, 其c h=9N/mmf。轨道材料为35Mn2,轨 道选156c,由附录三表4查得：W=2551400mm I x=714300000mib=170mm t w=16.5mm ; h=560mm1、轨道底板混凝土承压应力：c2、轨道局部承压应力:主轮安放示意團(Tc C故满足要求。卜一、止水布置方式侧向止水采用P型橡皮，顶止水

23、采用P型橡皮，底止水采用条形橡皮, 布置方式如图P形檢皮顶止水十二、埋固构件门槽的埋固构件主要有：行走支承的轨道、与止水 橡皮相接触的型钢、为保护门槽和孔口边棱处的混凝土 免遭破坏所设置的加固角钢等。J I侧止水座底止水座十三、闸门启闭力闸门自重G=1160kN滚动摩擦阻力隔板潜?L闸门胸墙护面板形式止水摩阻力上托力Pt=0KN闭门力闭起门力计算下吸力 则启门力为：启十四、闸门的启闭机械由于启门力为2352kN,选用江苏龙城宏力液压设备有限公司生产的QPKY-4500/2500-15型号 的启闭机。QPKY系列一一平面快速闸门液压启闭机QPKY系列液压启闭机共 14种规格，适用于水利水电工程水

24、轮发电机机组进口、调压井下游快速事故 闸门的启闭，也可用于一般平面事故闸门启闭，本系列液压缸按闸门利用水柱压力或部分加重可关闭孔口 而无需投运油泵电机组的条件进行设计。型号表示方法液压缸支承型式I或n 行程(m) 启门力(kN) 持住力(kN)液压传动快速关闭平面闸门启闭机QPKY系列快速闸门液压启闭机基本参数序号参数型号、持住力Fg ( KN启门力Fq ( KN最大行程Lman(m)缸内径D(mr)活塞杆直径d(mm)缸内计算压力Fg/ F q(MPa速度Vg/Vq(m/min)1QPKY-60/60-8*60608.0100509.99/9.992QPKY-80/80-8*80808.01

25、106010.39/10.393QPKY-100/100-8*1001008.01256310.7/10.74QPKY-125/125-8*1251258.01407010.6/10.65QPKY-160/160-8*1601608.0160709.7/9.76QPKY-200/200-8*2002008.01809010.29/10.297QPKY-250/250-8*2502508.020010010.4/10.48QPKY-320/320-11.5*32032011.522010010.33/10.339QPKY-400/400-11.5*40040011.525011010.0/10.0Vg=3.0 8.5Vq=0.25 1