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文档简介
1、河北工程大学课程设计目录1设计资料32闸门结构的型式及布置32.1 闸门尺寸的确定:32.2主梁的型式32.3主梁的布置32.4梁格的布置和形式42.5连接系的布置和形式42.5.1横向连接系42.5.2纵向连接系52.5.3边梁与行走支承53面板设计53.1估算面板厚度54水平次梁、顶梁和底梁的设计64.1荷载与内力计算64.2截面选择64.3. 水平次梁的强度验算74.4水平次梁的扰度验算84.5顶底梁的截面选择以及弯应力刚度验算85主梁设计85.1设计资料85.2截面选择:焊接组合截面梁95.2.1 弯矩与剪力计算95.2.2需要的截面模量95.2.3腹板梁高h选择95.2.4经济梁高9
2、5.2.5腹板厚度选择105.2.6翼缘板截面选择105.2.7主梁应力强度验算115.2.8支撑端强度验算125.2.9整体稳定性与挠度验算125.3截面改变125.4主梁翼缘焊缝设计125.5主梁的腹板加劲肋和局部稳定性验算135.6面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力计算135.7面板与主梁的连接焊缝hf计算146纵向连接系146.1结点荷载与斜杆内力146.2斜杆截面计算156.3斜杆与节点板连接焊缝计算167边梁设计167.1边梁的截面形式采用双腹式167.2荷载与内力计算167.3.边梁强度验算178滚动支撑滚轮与轨道的设计189止水、侧止水、门槽护角、导向装置及轨道1810闸门启
3、闭力计算1811启闭机的选择19露顶式平面钢闸门设计说明书 1设计资料 闸门型式:溢洪道露顶式平面钢闸门 孔口净宽:8.0m 设计水头:5.0m 结构材料:Q235镇定钢焊条:E43型 行走支承:采用滚轮行走支撑 止水橡皮:侧止水用P60A型橡皮,底止水用110-16型条形橡皮混泥土强度等级:C20 规范:水利水电工程钢闸门设计规范(SL 74-1995)2闸门结构的型式及布置 2.1 闸门尺寸的确定: 闸门高度:考虑风浪所产生的水位超高为0.2m,故闸门高度H=5.0+0.2=5.2m闸门的荷载跨度为两侧止水间的间距L1=8.0m闸门计算跨度L=L1+2d=8+20.3=8.6m 图1 闸门
4、主要尺寸图(单位:m)2.2主梁的型式主梁的型式应根据水头和跨度大小而定,本闸门属于中等跨度(L=5-10),为了便于制造和维护,采用实腹式组合梁,焊接组合截面。2.3主梁的布置根据闸门的高垮比L/H=8.6/5.2=1.651.55决定采用双主梁为使两根主梁在设计水位时所受水压力相等两根主梁的位置应对称于水压力合力的作用线y=H/3=5/3=1.67m并要求下悬臂a0.12H和a0.4m上悬臂c0.45H和c3.6m且使底主梁到底止水的距离尽量符合底缘布置要求即30先取a=0.12H=0.6 m则主梁间距2b=2(y-a)=2(1.67-0.6)=2.14m 则c=H-2b=5-2.14-0
5、.6=2.26m0.45H=2.25m3时,=1.4,则t=kp0.91.4160=0.07akp现列表计算如下:表1 面板厚度估算区格a(mm)b(mm)b/a(mm)k(mm)P(N/mm2)(kp)0.5t(mm)152021501.410.5280.0070.0616.3194021502.280.5000.0180.0956.0880021502.690.5000.0260.1146.20269021503.120.5000.0330.1296.23065021503.310.5000.0400.1426.46060021503.580.7500.0460.1867.810注:区格,
6、中系数k按三边固定一边简支查表得,根据计算结果,选用面板厚度t=8mm4水平次梁、顶梁和底梁的设计4.1荷载与内力计算 水平次梁和顶、底梁都是支承横隔板的连续梁,作用在上面的水压力按如下公式计算q=a上+a下2计算列表如下:据表中结果,水平次梁计算荷载取最大值25.10KN/m,水平次梁为四跨连续梁,跨度为2.15m。 水平次梁计算结构简图及弯矩图如下:表2 荷载计算梁号梁轴线水压强度P(kN/m2)梁间距(m)a上+a下2q=pa上+a下2备注:顶梁荷载按下式计算1(顶)02.47R1=2.47KN/m212.941.521.2315.92 3(上主)22.150.940.8719.2742
7、9.990.80.74522.34536.750.690.6724.636(下主)43.120.650.62526.957(底)490.60.314.7图3 水平次梁计算简图及弯矩图水平次梁边跨中的正弯矩为:M次中=0.077qL=0.07724.632.152=8.77KN/m支座B处的负弯矩为:M次B=0.107ql=0.10724.632.152=12.18KN/m4.2截面选择W选=M=12.18106160=76125mm3考虑利用面板作为次梁截面的一部分,初选槽126由附表查得:A=1569mm2W=62137mm2x=391.4660mm4b1=53mmd=5.5mm面板参加次梁
8、翼缘工作的有效宽度按下式计算,然后取最小值。B=1b( 对跨间正弯矩段)B=2b( 对跨间负弯矩段)按5号梁进行计算设该梁平均间距b=(b1+b2)/2=(690+650)/2=670mm对于支座负弯矩段取:l0=0.4l=0.42150=860mm根据L0/b查表: 由l0b=860670=1.284得2=0.368则B=2b=0.368670=246.7mm选用B=247mm则水平次梁的组合截面积A=1569+2478=3545mm2组合截面形心到槽钢中心线的距离: e= 2478673545=37mm跨中组合截面的惯性矩及截面模量为:Iy=3914660+1569372+2478900=
9、7841021mm4W肢尖=Iyx上=784102134=230619mm3W肢背=Iyx下=7841021100=78410mm3Wmin=minW肢尖,W肢背=78410mm24.3. 水平次梁的强度验算 支座B处弯矩最大,截面模量也较大,跨中弯矩小,故两处截面的抗弯强度都要验算。次中=M次BWmin=12.1810678410=155N/mm2=160N/mm2说明水平次梁选择该型号钢满足要求,轧成钢的剪应力一般很小,可以不演算。4.4水平次梁的扰度验算 受均布荷载的等跨连续梁,最大挠度发生在边跨,已求得M次B=12.18KN/m四跨连续梁k=0.0063wL=1250=0.004wL=
10、kql03EI次B=0.006324.63215032.061053914660=1523wL=0.004满足挠度要求。4.5顶底梁的截面选择以及弯应力刚度验算不考虑面板作为上翼缘W需=M支B=12.18106160=76125mm2选槽钢126验算根据=MW强度可以不验算对于刚度wL=kql03EI次=0.006314.7215032.061053914660=1876wL=0.004底梁刚度也满足要求5主梁设计5.1设计资料主梁跨度净跨度L0=8.0m计算跨度L=8.6m荷载跨度L1=8.0m主梁荷载:q=p2=1212H2=0.5122.5=61.25KN/m横向隔板间隔:l=2.15m
11、主梁容许绕度:w=l/6005.2截面选择:焊接组合截面梁5.2.1 弯矩与剪力计算Mmax=ql14L-l12=61.25848.6-82=563.5KNmVmax=12ql1=1261.258=245KN图4 计算简图5.2.2需要的截面模量W需=Mmax0.9=563.51060.9160=3913194mm35.2.3腹板梁高h选择按照刚度要求的最小梁高为hmin=0.960.208LEWL=0.960.2081608.61032.061061/600=80cm5.2.4经济梁高hec=3.1w2.5=3.139131942.5=84.80cm由于闸门中的横向隔板重量将随着主梁增高而增
12、加,故主梁高度宜选的比hec小,但不小于hmin,现选用腹板高度h0=80cm。5.2.5腹板厚度选择tw=h11=8011=0.81cm选用tw=1cm5.2.6翼缘板截面选择按4-32式A1=wh0=twh06=35.6cm2下翼缘t1=20mmb1=A1t1=17.8cm选用b1=18cm(在h/2.5-h/5=3.2-16cm之间)上翼缘选的部分截面面积可利用面板,故只需要设置较小的上翼缘板同面板相连选用t1=20mm,b1=18cm面板兼作主梁上的有效宽度按7-11式取为Bb1+2c=58cm上翼缘面积A1=580.8+102=66.4cm2图5 主梁支撑端截面5.2.7主梁应力强度
13、验算表3 主梁跨中截面的几何特征截面形心矩y1=AyA=35.6cm截面惯性矩I=twh0312+Ay2=210790.7627cm4截面模量上翼缘顶边wmax=Iy1=5921.1cm3下翼缘顶边wmin=Iy2=4284.4cm3弯应力=MmaxWmin=131.50.9=144N/mm2安全5.2.8支撑端强度验算S1=18020492-10=1735200mm3S2=(490-20)/210492-20=113920mm3S=S1+S2=2849120mm3=VmaxSIxtw=33.12N/mm20.8=76N/mm35.2.9整体稳定性与挠度验算因主梁上翼缘直接同面板连接,按规范规
14、定可不必进行整体稳定性验算,又因为梁高大于按刚度要求的最小梁高,故刚度也不必验算。5.3截面改变因为闸门门槽宽深比W/D需要在1.4-2.5范围之内而D=0.6m时W需要在0.84m-1.5m之间我们所选梁高h0=800mm=0.8m再加上上翼缘板、上翼缘板厚度等超过0.84m,在w要求范围内,所以无截面改变。5.4主梁翼缘焊缝设计翼缘焊缝厚度hf按受力最大的支撑端截面计算最大剪力Vmax=245KN截面惯性矩I0=210790.8cm4上翼缘对中和轴的面积矩S1=46.435.2+2033.8=2309.28cm3上翼缘对中和轴的面积矩S2=182+48.2=1735.2cm3需要hf=Vm
15、axS11,4Lw=0.17cm角焊缝最小厚度hfmin=1.5tmax=1.520=6.7mm全梁上下翼缘焊缝都采用hf=8mm5.5主梁的腹板加劲肋和局部稳定性验算h0tw=80010=8080故不需要设加劲肋5.6面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力计算从上述的面板计算可见,直接与主梁相邻的面板区格,只有区格所需要的板厚较大,这意味着该区格的长边中点应力也较大,所以选择区格,按式7-4验算其长边中点的折算应力。面板区格VI在长边中点的局部弯应力my=kpa2t2=0.75*0.046*600282=194.06Nmm2mx=my=0.3*194.06Nmm2=58.22Nmm2对应于面板
16、区格VI在长边中点的主梁弯矩和弯应力M=61.25*4*3.225-0.5*61.25*2.9252=52.8KN*MOX=MX=528*1065921.1*103=89.2Nmm2面板区格VI的长边中点的折算应力2n=my2+mx+ox2-mymx+ox=194.062+58.22-89.22-194.06*59.22-89.2=211Nmm21.12=1.1*1.4*160=246.4Nmm2上式中my,mx,ox的取值均以拉应力为正号,压应力为负号,故面板厚度选用8mm,满足强度要求 5.7面板与主梁的连接焊缝hf计算P=0.07max=0.07*8*160=89.6Nmm面板与主梁格的
17、连接焊缝方向单位长度内的剪力TT=VS2I=245*103*580*8*3522*210790.8*104=95Nmm因此计算面板与梁格连接焊缝厚度hfhf=P2+T20.7=89.62+9520.7*115=1.6mmhfmin6mm,因此取焊缝hf=6mm横向连接系横隔板设计按构造要求取隔板高:与主梁截面高度相同。定为800mm隔板厚:与主梁腹板厚度相同,定为10mm上翼缘利用面板,不用设置,下翼缘采用宽度100mm,厚度10mm的扁钢由构造要求确定的尺寸使横隔板的应力很小,可不比进行强度验算。6纵向连接系6.1结点荷载与斜杆内力纵向连接系承受门自重,露顶式平面钢闸门门叶自重G,按附录十一
18、式(111)计算G=KzKcKgH1.43B0.88*9.8=1.0*1.0*0.13*51.43*80.88*9.8=79.33KN下游纵向连接系承受g=0.4G=0.4*79.33=31.732(KN)其结点荷载为35.74=7.93(KN)纵向连接系视作向支的平面桁架,其桁架腹杆布置如图96.2斜杆截面计算斜杆承受最大拉力N拉=115.87-3.87*21402+215022140=66.89KN同时考虑闸门偶然扭曲时可能承受压力,故长细比的限制应与拉杆相同即取=200斜杆计算长度l0=0.9*2.142+2.152=2.73回转半径iy0=l0=16.89*103200=13.65mm
19、A=N=16.89*103200=84.45mm2查附录三选L70*7 A=9.42cm2=942mm2 iy0=1.38cm此时长细比iy0=l0=2.73*10313.7=199.3=200验算拉杆强度=N拉A=16.83*1039.42*102=17.9(Nmm2) 0.85=136Nmm2考虑单角钢受力偏心的影响,将容许应力降低15%进行强度验算6.3斜杆与节点板连接焊缝计算按构造要求取hf=6mm7边梁设计7.1边梁的截面形式采用双腹式边梁的截面尺寸按照构造要求确定,即截面高度与主梁高度相同,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用宽度为150mm的扁钢做成,边梁是重
20、要的受力构件由于受力情况复杂,故边界强度值0.807.2荷载与内力计算水平荷载: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,假定这些荷载由主梁传给边梁边梁荷载:P=p2*8q=P全2=1212rH2=14*9.8*52=61.25KNmP=p2*8=12*61.25*8=245KNR1=P*bb+0.8=245*2.142.14+0.8=178.3(KN)R2=P上+P下-R1=245+245-178.3=311.7(KN)水平荷载在边梁中产生的Mmax,VmaxMmax=R1*0.8=173.1*0.8=142.6KN*mVmax=R1=178.3KN竖向荷载闸门自重G,行走
21、支承摩阻力Tzd,止水摩阻力Tzs,启门力F启,行走支撑摩阻力Tzd=WRf1r+fkW=12rH2*L1=12*9.8*52*8=980KNR=60mm, R=300mm, 查附录十二,f1=0.3, fk=0.1cmTzd=980*103300*0.3*60+1=62KN止水摩阻力Tzs=f3*Pzs, Pzs=6HP,查附录表十二f3*=0.7b=2R=600mmPZS作用在侧止水上的总压力 PZS=bHPb侧止水的受压宽度 b=2R=600mmP侧止水的平均压强 P平=12P=1249=24.5KNm2PZS=0.06x5x24.5=7.35kNTZS=2f3PZS=2x0.7x7.3
22、5=10.29kw下吸力PX通过排气孔消除,现不计,排气孔直径为=300mm则闸门启门力T启=1.1G+1.2+(Tzd+Tzs)=1.179.33+1.2(62+10.9)=173.98Kn单根边梁所受启门力为:N=1.2T启2=104.4Kn7.3.边梁强度验算验算截面为主梁与边界相交处对滚轮支撑N=N-R1R(f1r+fR)=104.4-178.331033000.360+1=90.1kN截面面积:A=410202+800102=32400mm2面积矩:S=41020410+80010200=4962000mm2截面惯性矩:I=211210+8003+2112410203+204102=
23、3610720000mm2截面模量:W=Iy=3610720000420=8596952.381mm3截面边缘最大应力验算=NA+Mmaxw=93.110332400+142671068596952.381=19.47Kn/mm20.8=128Nmm2腹板最大件应力验算I= VmaxSmaxI边ZW=178.3310349620036107200000=24.5Nmm20.8I=0.8115=92Nmm2腹板下翼缘连接处折算应力验算=NA+Mmaxwyy=93.110332400+142.671068596952.381400420=2.87+15.81=18.68Nmm2I=VmaxS上Itw=178.3310341020410236107200000=33.21Nmm22h=18.682+333.212=60.48Nmm21.10.8=140.8Nmm2以上验算均满足强度要求8滚动支撑滚轮与轨道的设计9止水、侧止水、门槽护角、导向装置及轨道1. 侧止水,P60A 固定于面板上游,止水座由上游护角兼止水座2. 底止水,I110-16型 布置在上游,不考虑上脱力3. 护角,一般较大,选用不等肢角钢2200125184. 导向装置及轨道橡皮条尺寸图门槽
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