水工钢结构潜孔式平面钢闸门设计和拦污栅设计

1、目录一小型潜孔式平面钢闸门 1、设计资料及有关规定·····················2 2、闸门结构的形式及布置····················2 3、面板设计·&

2、#183;························3 4、水平次梁、顶梁和底梁地设计·················4 5、主梁设计····

3、······················6 6、横隔板设计·························9 7、纵向连接系

4、·························10 8、边梁设计·······················

5、83;··11 9、行走支承设计························12 10、 轨道设计····················

6、;·····13 11、止水布置方式 ·······················14 12、埋固构件 ··················

7、;·······14 13、闸门启闭力 ························14 14、闸门的启闭机械 ··············

8、83;·······16二固定式平面拦污栅 1、基本资料··························19 2、拦污栅的结构布置···········&#

9、183;··········19 3、栅面结构··························19 4、梁格设计··········&#

10、183;···············20一、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×高）：7.0m×4.0m3、上游水位：64m4、下游水位：0m5、闸底高程：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，满足级焊缝质量检验标准。9、规范：水利

11、水电工程钢闸门设计规范SL 1974-2005二、闸门结构的形式及布置1、闸门尺寸的确定闸门高度：4.2m闸门的荷载跨度为两止水的间距：7.0m闸门计算跨度：7+2×0.22=7.44 m设计水头：64m 6442、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=7m,闸门高度H=4m,L1.5H。所以闸门采用2根主梁。本闸门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。 4、梁格的布置及形式梁格采用复式布置与等高连接，水平次

12、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S7495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 当b/a3时，a=1.5,则 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/mm2t(mm)192012301

13、.340.4220.5940.50131.34291012301.350.4240.6040.50631.31391012301.350.4240.6130.51031.56491012301.350.4240.6330.51832.05根据上表计算，选用面板厚度t=33mm2、面板与梁格的连接计算已知面板厚度t=33mm ,并且近似地取板中最大弯应力max=160N/mm2,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： 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： 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

14、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，即现列表2计算如下表2梁号梁轴线处水压力强度P（kN/mm2）梁间距（m）（m）(kN/m)1(顶梁)5880.529412（主梁）598.91598.913（水平次梁）608.61608.614（主梁）618.41618.415（底梁）627.21627.2由列表计算后得根据上表计算，水平次梁计算荷载取608.6kN/m，水平次梁为6跨连续梁，跨度为1.24m，水平次梁弯曲时的边跨弯距为: 608.6kN/m支座B处的负弯距： 2、截面选择 考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选32b,由附录查得：A=5510mm2

15、； Wx=509012mm3； Ix=81442000mm4； b1=90mm； d=10mm 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=1b (对跨间正弯距段) B=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 ：l0=0.8l=0.8×1240=992(mm)对于支座负弯距段：l0=0.4l0.4×1240496(mm) 根据l0/b查表7-1：对于l0/b992/10000.992 得10.40， 得B=1b400(mm)对于l0/b496/10000.496 得20.16， 得B=2b160(mm)对第一跨中选用B40

16、0mm,则水平次梁组合截面面积（如图）:A=5510+400×33=18710(mm2)组合截面形心到槽钢中心线得距离: 跨中组合截面的惯性距及截面模量为：I81442000+5510×124.52+400×33×522202541177.5(mm4)对支座段选用B160mm，则组合截面面:A=5510+16033=10790(mm2)组合截面形心到槽钢中心线得距离： 支座初组合截面的惯性距及截面模量为：惯性距：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: 说明水平次梁选用32b满足要求

17、。 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=77.7kNm,则边跨挠度可近似地按下式计算： 故水平次梁选用32b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）L07.0m ；计算跨度L7.44m；荷载跨度L1=7m；（2）主梁荷载： （3）横向隔板间距：1.24m （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）需要的截面抵抗距：已知Q235钢的容许应力=160N/mm2，考虑钢闸门自重

18、引起附加应力的影响，取容许应力=0.9×160=144N/mm2 ，则需要的截面模量为：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h0240cm 。（4）腹板厚度选择 选用tw4cm（5） 翼缘截面选择：每个翼缘需要截面为 下翼缘采用 t1=2cm（符合钢板规格） 需要，选用b1=60cm（在h/2.5h/5=9648之间）。 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t12cm， b114cm， 面板兼作主梁上翼缘的

19、有效高度为 Bb1+6014+60×3.3212(cm) 上翼缘截面面积 A1=14×2.0+212×3.3=727.6(cm2 ) (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212×3.3699.61.651154上翼缘14×2284.3120腹板240×4960125.3120288下翼缘60×2120

20、246.329556合计151118（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12410=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212×3.

21、3699.61.65上翼缘14×2284.3腹板144×457677.3下翼缘60×2120150.3合计截面形心距：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。Vmax4253.2kN。I0=4113703.6cm4，上翼缘对中和轴的面积距： S1=699.5×43.1528×40.5=31317.4(cm3)下翼缘对中和轴的面积距： S2=120×105.512660(cm3)S1 需要 角焊缝最小厚度 全梁的上下翼缘焊缝都采用 hf21mm 。6、 横隔板设计1、荷

22、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×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B2b确定其中b=1240mm,按l0/b=2×1/1.24=1.61,查表得20.46 ，则B=0.46×1240=570mm，取B570mm 。计算如图所示截面几何特性。截面型心到腹板中心线距离 截面惯性距： 截面模量： 验算应力： 由于横隔板截面高度

23、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hf8mm。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=229.4KN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 斜杆承受的最大的拉力为，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。 选用单角钢L100×8，由附录三表2查得： 截面面积 回转半径 斜杆计算长度 长细比 验算拉杆强度 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。 3.斜杆与结点板的连接计算（略）。八、边梁设计边梁的截面形式采用双

24、腹式，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，为了便于腹板的焊接两腹板间距为300400mm，闸门每侧边梁上各设两个滚轮。边梁是闸门重要受力构件，由于受力情况复杂，故在设计时可容许应力值降低20%作为考虑受扭影响的安全储备。1、 荷载和内力计算 滚轮采用等荷载布置，在每个边梁上分别布置2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2126.6kN。具体计算根据结构力学求解器。最大弯矩Mmax=2126.6kN/m最大剪力Vmax=4253.2kN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=23

25、00-4253.2×0.1=1874.68kN2、边梁强度验算截面面积A=490×35+150×20×2+40×1460×2=140020(mm2) y1=700mm上半部分对中和轴的面积矩 S1=35×490×(70017.5)+40×(70035)2=29393875 mm3    下半部分对中和轴的面积矩 S2=2×150×20× 1490700+10 +2×(1490700)2×40÷2

26、=30111000 mm3截面惯性距： I=3.31176×1010 mm4 截面模量： 截面边缘最大应力验算： 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b1=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： Pl：一个轮子的计算压力，N ；b、R：轮缘宽度和轮半径，mm；E：材料的弹性模量，N/mm2；fy：屈服强度，N/mm2。轴和轴套间接触应力： d：轴的直径，mm；b1：轴套的工作长度，mm；cg：滑动轴套的

27、容许应力，N/mm2。轮轴与轴承板间局部承压应力 N：轴承板所受的压力（N=Pl/2），N；t：轴承板叠总厚度，mm；cj：容许应力，N/mm2。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h=9N/mm。轨道材料为35Mn2,轨道选I56c,由附录三表4查得：Wx=2551100mm3； Ix=714300000mm4； b=170mm； tw=16.5mm ；h=560mm1、轨道底板混凝土承压应力： 2、轨道局部承压应力： 故满足要求。 十一、止水布置方式侧向止水采用P型橡皮，顶止水采用P型橡皮，底止水采用条形橡皮，布置方式如图十二、埋固构件门槽

28、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。 侧止水座 底止水座 十三、闸门启闭力和吊座计算 1、启门力、闭门力计算闸门自重G=573.5kN 滚动摩擦阻力: 止水摩阻力 上托力Pt=0KN闭门力 下吸力 则启门力为：r=80R=190VVP吊轴吊耳 板轴承板160Ø 30 50 302、吊轴和吊耳板验算（1） 吊轴采用Q235钢，查得，采用双吊点，每边起吊力为吊轴每边剪力 需要吊轴截面积 又故吊轴直径 （取d=160mm）（2） 吊耳板强度验算按局部紧接承压条件，吊耳板需要厚度按式计算，查得Q235钢的，故，取

29、t=50mm轴承采用正方形，其边长取为，取b=380mm吊耳孔壁强度验算：吊耳孔壁拉应力按式其中，吊耳板半径，轴孔半径，所以孔壁拉应力：故满足要求。十四、闸门的启闭机械 由于启门力为1455.2kN，选用江苏龙城宏力液压设备有限公司生产的QPKY-3200/1600-12型号的启闭机。 QPKY系列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 Q P K Y / 液压缸支承型式或 行程

30、（m） 启门力（kN） 持住力（kN） 液压传动 快速关闭 平面闸门 启闭机表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（mm）活塞杆直径d(mm）缸内计算压力Fg/ Fq（MPa）速度Vg/Vq（m/min）1QPKY-60/60-8*60608.0100509.99/9.99Vg=3.08.5Vq=0.251.02QPKY-80/80-8*80808.01106010.39/10.393QPKY-100/100-8*1001008.01256310.7/10.74QPKY-125/125-8*1251258.014

31、07010.6/10.65QPKY-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*40040011.525011010.0/10.010QPKY-500/250-11.5*50025011.530012010.39/5.2811QPKY-630/320-11.5*63032011.530012010.39/5.2812QPKY-800/400-11.5*80040011.532014012.1/6