露顶式平面钢闸门设计答案

1、(11)规范：水利水电工程钢闸门设计规范(SL 74-1995 )露顶式平面钢闸门设计说明书、设计资料闸门型式:露顶式平面钢闸门孔口净宽：8.0 m设计水头:7.0m235qaF结构材料：E43型手工焊 焊条：焊条采用 P型橡皮，底止水用条形橡皮;行走支承：采用胶木滑道，压止水橡皮：侧止水用MCS 2合胶木为混泥土强度等级：C20纵向联结系主梁面雯硕严水戈次诿尊間隔板边梁图8-1 平面钢闸门门叶结构立体示意禺二、闸门结构的型式及布置1. 闸门尺寸的确定：闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为0.2 m，故闸门高度5.2+0.2=5.4 m闸门的荷载跨度为两侧止水间的间距L=8.0 m。闸门计算跨

2、度 L=L0.3=8.6 m+2d=8+2o-gOJLTD2. 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=510)，为了便于制造和维护，采用实腹式组合梁，焊接组合截面。3. 主梁的布置L8.6根据闸门的高垮比=1.65>1.55，决定采用双主梁，为使两根主梁在设计水位时所受_-H5.2H5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 = =1.67 m，并要求下悬33臂a> 0.12H和a> 0.4 m，上悬臂c< 0.45H和cv 3.6 m。且使底主梁到底止水的距离尽量符合底缘布置要求(即a>30 °)，先取a=

3、0.12H=0.6 m，则主梁间距：2b=2(y-a)=2 X(1.67-0.6)=2.14 m4. 梁格的布置和形式水平次梁格采用复式布置和高等连接，三根水平次梁穿过横隔板上的预留孔并被横隔板所支承。为连/横向隔板、co、顶梁'1;111O品1 1O吕L 11主梁1111S0V/I UD g1/ !S91A/主梁/ |OO§VI/腿 1飞2150 12150L 215012150LSKr )0r1续梁，其间距上疏下密，面板各区格所需要的厚度大致相等。梁格的布置及具体尺寸如下图所示：联结系5.的布置和形 式)横向1 (道横隔板，横隔板兼作竖直次梁，其横向联3联结系：根据主梁的

4、跨度，采用布置8.6 =2.15 m结间距为L= 4根等4:2 ()纵向联结系采用斜杆式桁架，布置在两根主梁下翼缘的竖平面内，并设有肢角钢的斜杆。边梁与行走支承 6.采用单腹式边梁，行走支承采用双股式滚动行走支承。三、面板设计估算面板厚度1.kpa2 mm，且假定梁格布置如图所示，面板厚度由公式t=t-t < minmax 92.0kpakp冬3时，则t=0.068aa =1.5 当 b/a160 1.05.9kpa kpt=，则时，a 0.07a=1.4 当 b/a > 31604 0.9 1 现列表计算 如下：格区a(mm)b(mm)b/a(mm)k(mm)= P(N/mm)k

5、pt(mm)I150021501.430.5370.00760.0646.53n96021502.240.4910.0200.0996.46川85021502.530.5000.0280.1186.82IV66021503.260.5000.0360.1346.19V63021503.410.5000.0420.1456.3960021503.580.7500.0480.1907.98注：区格i,w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=8 mm四、水平次梁、顶梁和底梁的设计1.荷载与内力计算a a下上计算q=p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

6、压力按1梁号梁轴线 水压强度 p 2 KN/m（）梁间距（m）aa下上2)(maa下上q=p2(m)备注：顶梁荷载按下图下 式计算1（顶梁）214.701.2302.7618.081.30 14.71.30 23 R=11.50?=2.76KN/m1.500.960.850.660.630.603 （上主梁）24.110.90521.82432.440.75524.49538.910.64525.10（下主梁）6 （底梁）745.0850.960.6150.30027.7215.29据表中结果，水平次梁计算荷载取最大值25.10 KN/m,水平次梁为四跨连续梁，跨度为 2.15m水平次梁计算结

7、构简图及弯矩图如下：q=25. LOKN/m%2 =8.93 KN/mX 25.10 X 2.15水平次梁边跨中的正弯矩为：M=0.077qL=0.077次中2KN/m2.15 =12.42 =0.107ql=0.107 X 25.10 X支座 B 处的负弯矩为：M次61042 12.M3mm =776252、截面选择160 2mm； A=1851槽钢14a由附表查得：考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选24mmmmbIW =58 mm; d=6 mm=5637000 ; =80500 ; 1xx面板参加次梁翼缘工作的有效宽度按下式计算，然后取最小值。b+60t=58+60 X B<

8、8=538 mm B= E b（对跨间正弯矩段）；1 B= E b（对支座负弯矩段）；2(b1+b2)660+630按5号梁进行计算，设该梁平均间距b= = =645 mm，对于第一跨中正弯矩22l 0.8l 0.8 2150 1720mm,对于支座负弯矩段取：段，零点之间的距离:0l 0.4l 0.4 2150 860mm，根据 L/b 查表 2 1;0。117200 2.667 得 E =0.80，贝U B=E b=0.80 X 645=516 mm 由 ” 645b860b3331 . 645=245 mm b=0.380 X 由=0.380，则 B= E 得 E 22 645b8=59

9、78mmx B=516 mm，则水平次梁的组合截面积：A=1851+516对于第一跨中，选用组合截面形心到槽钢中心线的距离：748 X 516=51 mme=5978跨中组合截面的惯性矩及截面模量为：422, 23=12635136mmXX 51+5168 X =5637000+1851 I 次中126351362mm =104423=Wmm 121 .组合截面形心到槽钢中心线的距离：516 X 8 X 74e=51 mm597828=3811 mnX,则水平次梁的组合截面积：A=1851+245对于支座段，选用B=245 mm7XX 8245 =38mm6 =组合截面形心到槽钢中心线的距离：

10、 381 1 224=10850004 mmX 8X 36支座处截面的惯性矩及截面模量为：I =5637000+1851 X 38+245b次10850004?W=100463 mm 108 2.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需要验算。M610 8.93 次中22 =160 N/mm< =85.52 N/ mm 次中 104423WminM 610 11.78 次 B 22 V=160 N/mm =123.63 N/ mm b次 100463minW 满足弯应力强度要求。综上可知水平次梁选用14a 3.水平次梁的扰度验算，水平次梁为

11、受均布荷载的四跨连续梁，其最大扰度发生在边跨，已求得M=12.42 KN/mB次1w ”0063 0k=0.004=I =10850004 mm，四跨连续梁，B次 _ L250 335ql102.15 25.10 WW ”ok=O.OO63 X=0.0007 v =0.004，满足挠度要求。 _ 5LL004. 10852.06 10Eb 次4.顶梁和底梁q二 15. 29 KM/ffi底梁计算简图和弯矩图2Mlq2 =7.56 KN m15.29=0.107 X 2.15 x =0.107 支座 M610 .567 支座 33cm.mm25 47 47250W = 需16033W47.cm2

12、5cm =62.13712 选用=> W需底梁弯应力强度验算：M31056 7. 支座 22 cmmm 121.67N/,满足弯应力要求。=v =160 N/62.W137y底梁刚度验算：3ql5310.15 15.29 2ww ”k=0.0063 x =0.00119 v =0.004=满足刚度要求。一 一 5LE L466.10 3912.06b次顶梁采用和底梁相同的槽钢即12顶梁弯应力强度验算：2Mbq=1.37 kn-x 2.15m =0.107 x =0.1072.76 支座 M310 1.37 支座22 cmmm05N/22 .满足应力强度要求。=160 N/ v =62.W

13、137y顶梁的刚度验算：3ql5310 76 2.152.Ww "k=0.0063 x =0.00021 v =0.004 满足刚度要求。 = 5L EL466. 10 391062. b次五、主梁设计（一）已知条件ll=8.0m L=8.6m主梁跨度：净跨度，荷载跨度=8.0m，计算跨度(1) "1p 22q=, 5.0=61.25 KN/mH=122.5 KN/m=主梁荷载：（2） P= X 9.8 X_ 222 （ 3）横隔板间隔：2.15m1w 。主梁容许绕度：=(4) d=0. Stil 1/2L600(二)主梁设计 截面选择1.)主梁内力分析如图：(1主梁简支于

14、边梁上，最大弯矩在跨中,大剪力在支承处 qll61.25 88M(L ) (8.6 ) 563.5 KN =maxm4264211Vql 61.25 8 245 KN=max22 ( 2)需要的截面抵抗矩(考虑闸门自重引起的附加应力的影响)3M10 5 63.53maxWcm 3828 =0.92 1600.92 (3)腹板高度 h选择（刚度条件求得最小梁高h） mino 2 010.92160 8.6 Lh 73.62cm xx x x 0.960.208 min5L/WE 600/1 10 06.2.52/2/5hcm.W05 843828 x =3.1 =3.1 echh。一般应大于稍小

15、，故应选取但比h=80 cm经济梁高选取的梁高hecmin80h 0.81tt=1.0cm=，选（4）腹板厚度选择：腹板厚度= ww1111（ 5）翼缘截面选择：th38281.0 80W20Wcm每个翼缘所需截面为：A=34.52 h68060A34.52117.26cmt 2.0cm,b cmb 25 下翼缘选用（在，因此需要选用。 m2t1hh 32 16cm之间）上翼缘的部分截面面积可利用面板，故只需设置较小的上翼缘，2.55t 2.0cm,b 14cm。板同面板相连，选用nb+5t=14+50 x B=0.8=54cm 面板兼做主梁上翼缘的有效宽度12cm.2.8 71 2.0 54

16、 014A 上翼缘截面面积1 6 ）弯应力强度验算：（主梁跨中截面的几何特性如下表；1部位截面尺寸2 cm截面面积2cm各形心离面板 表面距离y /'Ay各形心离中心-yy=y /轴距离2Ay面板部分x 0.8 5443.20.417.28-37.7861660.59上翼缘板x 142.028.01.850.4-36.3837058.12腹板1.0 80 x8042.834244.621707.55下翼缘板2.0 x 255083.8419045.62104059.22合计201.27681.68204485.48'Ay58.7681 38.18cm =y=主梁跨中截面形心距面

17、板表面的距离1A2201区格划分如图:CM截面惯性矩为33ht80.0 1 42owcm48 247152Ay 204485.I :截面抵抗矩为 1212247152l2cmW 6473 上翼缘顶边 maxi8y38.i247152l2 cmW 5910 下翼缘底边min82.y4l2M100.5 56322max cm/ 9. 53KN cm 23=21.16 KN/ v 0.92 x弯应力，安全5910Mmin 7 )主梁支承端剪应力强度验算(3561120.8. 2 41.82 1S 14cm34 17898 .41.82 0.4 S54 0.，123cm 2909.9 1789.34

18、1120.56SS S2133SV102909.9245 1022max mm95N/ mm/.85N28 v4|t0.10 1247152 w ( 8)整体稳定与刚度验算。规定 可不必验算一2003)因主梁上翼缘直接同钢面板相连，按钢结构设计规范(GB50017其整体稳定性。又因梁高大于按刚度要求的最小梁高，故梁的刚度也不必验算。2.翼缘焊缝3cm.7436.38 2650 Ay 43.2 37.7828 S 上翼缘对中和轴的面积矩 上3cm 2281 45.62 S50S 下翼缘对中和轴的面积矩v 下上33SV10 2650. 2451074 max上cm67 0. 35cm1.5t 2

19、h.需要焊缝厚度 maxf4w 8010 2471521.4 1.4 fmm9h 。因此全梁上、下翼缘焊缝均取f腹板的加劲肋和局部稳定验算3. h235800 668080加劲肋的布置：，因此需设置横加劲肋，以保证腹板345t1.0w的局部稳定性。因闸门上已布置横向隔板可兼作横向加劲肋，其间据a=2150mm腹板KN 245v左边及右边的截面剪力分别为区格I左IKN.69131 ) 052 - 245v61.25 (.1-.3 I，区格右I截面平均剪力为2 v)/(v2.69)/(245 1312右ii左mm/5N23.左边及右边截面上的弯矩I区格0. 1ht8Ow02) .3-0(2.15M

20、5421.9.15-61.25245 20M , m分别为 KN- 左 i右i2M M5421.90 右左8M 210.9 m区格I的平均弯矩：KN - i226yM10 210.98 353.82oi 30.21N/mm 的平均弯应力：区格 Iv b0235177 1.235t177w 2 mmN/ 160 cr 1.0由区格长短边之比为2.15/1.15=1.87 计算crft/h8O/1.O235ywo 0. 8 v 1.2s23523®2)4 (h/a)215115/34 4 (.41 5.415341.1 951.1 mm/ N 55.68 0 ; ccr22 1.37S2

21、225.212330c 0.2130满足局稳要求,1.0 在区v 6816055.crcrcrc .格 I 的横隔板之间不必再增设加劲肋。区格II左边及右边的截面剪力分别为v 245-61.25 (4-2.15) 131.688KNv 0 , 右 ii 左 ii 区格 II 截面平均剪力为(v v)/2(131.688 0)/222右左 iiii mm/.8282KN/cmN . 0ht80 1.0w0区格II左边及右边截面上的弯矩分别为2/2 )421.95 .25(4 2.15M2452.1561 KN - m,左 iiM M 563.5 KN - mmax右 iiM M563.5 421

22、.95右 ii 左 ii 492.M725 KNII 区格的平均弯矩：m ii22.6yM108 492.725 353.2°ii I4I10247152 2221.0 vmm 70.53N/的平均弯应力：II区格一270.538.c 2070.057.16072crcrc.cr的横隔板之间不必再增设加劲肋。故在区段II六、面板参加主（次）梁工作的折算应力验算）验算面板局部弯曲与主次8-4 （ !.与曲的折算应力。因水平次梁 聞要小的多，故只需验算面板参加 应力。由前文的面板计算可见，直接与 验算其长边中点的折算应8-4这意味着该梁整体弯p2761.主（次）梁截面选定后，还需要按式

23、的截面很不对称，面板参加水平次梁翼缘整体弯曲的应力 主梁工作是的折算其参加主梁翼缘工作的整体弯曲应力 主梁相邻的面板区格，只有区格W所需要的板厚较大，25区格的场边中点应力也较大，所以选取区格W按式3k4Lu0.32. 925面板区格w在长边中点的局部弯曲应力为22600 kpa00470.752 mmN/ 198.3 my228t2mm/N198.3 59. 5 0.3 mymx 对应于面板区格w的长边中点的主梁弯矩和弯应力为2925.61.25 2528 4 3.225M 61.25mKN 2610M528 2 mm 81.57N/cr6473W22)()面板区格W的长边中点的折算应力为o

24、xmxzhmymymxox222 mm/ .57)176.78N59.(59.5 8157) 198.3(.5 813198. =22N/mm=176.78N/mm故面板厚度选用x 1.4 x 160=246.48mm,满足强度要求。v 1.1 zh 2 面板与梁格连接焊缝计算并且近似地取已知面板厚度t=8mm,P面板局部挠曲时产生的垂直于焊缝长度方向的横拉力，N mm/.6N807 160 89t p0.070 . =160 =板中最大弯应力则 2maxmmmax面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力38.377 8 VS24510540 2 mmN/80 .89 42110 247152

25、222 22 p89 680.89.mm.08h1面板与主梁连接焊缝厚度 f 1607 00.7.wmm 6h故面板与梁格的连接焊缝取其最小厚度f -横隔板(竖向次梁)设计七、横向连接系20mm 800mm隔板厚度与主梁腹板厚度一致取隔板高度取与主梁相同的高度定为， 即规定b=140mm厚度t=10 12mm的扁钢，上翼缘利用面板不设，下翼缘采用b=100200mmt=10mm的扁钢。由构造要求确定的尺寸其横隔板的应力很小，故可以不进行强度验算。八、纵向联结系设计 G按下式计算1、纵向联结系承受闸门自重，露顶式平面钢闸门的自重88043BHk.8kkG 90.,B 813,H 5.0.k 1.

26、0,k 10,k 0.即，式中BkkHG5 9 8.8k 79.339.81.0 1.00.13 则 KN gc27331.937. 73Gg 0.4 31.，纵向联结系按KN下游面纵向联结承受，则节点荷载为KN 4支承在边梁上的简支平面桁纵向连接系计算图 2.斜杆截面计算 斜杆计算长度8816.965) N2(15.9 3同时考虑闸门偶然扭曲时可能承受KN斜杆承受的最大拉力，=200< 入的压力，故长细比的限制值应与压杆相同，即入mm6 19.iL A=1930mm，回转半径根据附录三：选用角钢，截面面积 y1010022m74 .152. l 0.92.15 20l .9斜杆计算长度

27、：0311074 2.0139.80v 长细比：入=200 i19.6y»31088 16. 75 8严(拉杆强度验算 0.85=136 N/mm0.85 N/mmv满足强度要求。1930为考虑单角钢受力偏心影响的容许应力折减系数)九、边梁设计.边梁的截面形式采用双腹式，边梁的截面尺寸按构造要求确定，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。为了便于腹板的焊接两腹板间距为300 400mm闸门每侧边梁上各设两个滚轮。边梁是闸门的重要受力构件，由于受力情况复杂，故在设计时可将容许应力值降低20%作为考虑受扭影响安全储备。1.荷载和内力计算(1 )水平荷载：边梁所受的水平荷

28、载主要是主梁传来的支座反力及水平次梁、顶梁传来的水平 荷载、为了简化计算，可假设这些荷载完全是由主梁传给边梁。nr2, 14jn1122 P.05 H122 9.8 5 闸门所受荷载：KN 225P122.25 61.q KN主梁作用于边梁的集中荷载 2225q61.245 8 pp 8 KN边梁所受荷载2122 (2)竖直荷载：边梁所受的竖向荷载：闸门自重、滑道摩擦力、止水摩擦力、起吊力等。142.2.45 61184. R KN:如图所示，可计算岀上滑块所受的压力 170.2.14 19305.16 R 245 2 184R (p p) KN下滑块所受压力：122161.R 184 129

29、.23V .M 18461 0.7，最大剪力：KN边梁最大弯矩：KN- mmaxmaxW (1.G pT ) 2T T 1.1)frT (f，对于滑动轴承的滚轮：启门力：一 xzszdk1zd启R10.25,f f 0.R=D/2=300mmD=600mm，初定滚轮直径查附录十二得k11122 980 88 9. w H5l r=50mm1641.1) 50 T (0.25 0 KN zd30065 f0.fT p，查附录十二得止水摩擦力：3zs3Es 58 H9.5 p. 24? KM/m ，s22752. . .p2086001622 KM/mx5.5 73 0.6 5 24p bHp K

30、N szs55.5 95 2 0.65 73T 2fp KNzs3zsp 1.1G ( 2T T) T 1.79.33+2.752=254.07 KNX 41.16+95.55 ) +1.1=1.2 X( xzdzs启 T254.07/2=152.4 KNXX /2=1.2 单根边梁受到的启门力:N=1.2启边梁强度验算 2.20=34200mmX 10 X 2+460 截面面积： A=450X 20 + 800 XAy830 20 2 420 460450 20 10 800 104. 422e34200A截面上半部 分对中和轴的面积矩I23mr610 5249257. 2 (820 422

31、.4) S 460 20 (830422.4)_2123)4420 ( 42210I 2 800. 2 20 800 截面惯性矩一124mm)830 422.10)4 460 20 (422 450 20 (.4 =3912648885 39 1 26 4 8 8 853mm23 w 7139870.截面惯性模量 548.4840 422截面边缘最大应力验算R61.184191.) 142 .2550 0.1r(f f) 152.4 N' N (0 KNk1245R6'M10.23 142.91129N2max mmN/ 18.1 x 0.8 © =0.8 vmax2

32、3342007139870.Aw2230=184N/mm20%为考虑到边梁为闸门的重要受力构件，且受力复杂，故将容许应力降低 (计算式中，0.8作为考虑受妞等影响的安全储备。以下计算相同。)腹板最大剪应力验算：3sv10 61 7016700.11842maxmax 2mm.96N/24 x 0.8 © =o.895=76 N/mm v10 It3912648883腹板与下翼缘连接处折算应力验算：6'M40023 10y'142.91N129.2max mmN/ 17.24 420.23Awy3420071398703sv410 450 61184. 102Sax m

33、m/.41N17It3912648885 10w22222以上验算均满足强度要求。1.滚轮尺寸一单曲率圆柱形滚轮是否b、d, b=100mm d=100mm并验算D、初定D=600mm满足，满足要求。要求。滚轮与轨道的接触应力35p1010 .392.06 305tE 418.418 0 0. max300 2 100bR=428.02 N/mm v 2.5=587.5 N/mm y 45 # 碳钢2.轮轴尺寸设计一|L=300mm b=100mma=100mm， =100mm尺寸弯应力:3) 100 10 )152.695(4 1004p(a l 26.97 < 22 100 3.143d3t=20mm取b=250mm(2.42.6 )d=240260mm,方形轴承板：b=验算轮轴与轴承板之间的紧