《水工钢结构》课程设计指导书

《钢结构B》课程设计指导书课程名称：钢结构B学时数：《露顶式平面钢闸门》分散一周；开课系（部）教研室：结构工程系编制时间：2014年6月一、设计目的为了使学生更好地掌握水工钢结构的基本理论与设计方法，同时更好地锻炼学生综合运用已经学过的专业基础知识解决工程实际问题的能力。二、设计资料及设计内容（一）、设计资料I．闸门型式：船闸上闸首工作门，采用露顶式焊接平面钢闸门。2．闸门孔口尺寸孔口净宽：12.00m门顶高程：+28.700m门底高程：+21.700m3．设计水位上游水位：+28.500m下游水位：+24.250m4．材料钢材：Q235焊条：E43，手工电焊，普通方法检查；止水：侧止水采用P型橡皮；底止水采用条型橡皮。支承用压合胶木：MCS—25．规范水利水电工程钢闸门设计规范SL74—95．（二）、闸门结构的形式及布置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0.2m，故可确定闸门的荷载跨度为两侧止水的间距L0：闸门的计算跨度：L=L0+2d。2．主梁的形式主梁的形式应根据水头和跨度大小而定，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．主梁的布置根据闸门的高跨比，决定采用双主梁或多主梁。为使主梁在设计水位时所受的水压力相等，如为双主梁则两个主梁的位置应对称于水压力合力的作用线并要求上下悬臂符合构造要求。4．梁格的布置和形式梁格采用复式布置和等高连接，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，其间距应上疏下密，使面板各区格需要的厚度大致相等，梁格布置的具体尺寸详见平面钢闸门设计指示书。5．联结系的布置和形式(1)横向联结系根据主梁的跨度，布置三道横隔板，其间距为3.1m(2)纵向联结系设在两个主梁下翼缘的竖平面内，采用斜杆式桁架。6．边梁与行走支承边梁可采用单腹式，行走支承采用胶木滑道。（三）、面板设计根据《钢闸门设计规范SL74—95》关于面板的计算，先估算面板厚度，在主梁截面选择之后再验算面板的局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力。1．估算面板厚度根据指示书所给定的梁格布置尺寸，面板厚度按式(7—4)计算：并将各区格计算情况列表计算，最后确定选用的面板厚度，2．面板与梁格的连接计算面板局部挠曲时产生的垂直于焊缝长度方向的横拉力按（7-6）式算，已知面板厚度，并且近似地取板中最大弯应力，则面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力由式(7—7)计算面板与主梁连接的焊缝厚度。（四）、水平次梁、顶梁和底梁的设计1．荷载与内力计算水平次梁和顶、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式（7—8)计算，并将个水平梁计算情况列表。本次设计水平次梁可将支座简化为为四跨连续梁，根据计算情况确定水平次梁的计算荷载，在此基础是计算出水平次梁弯曲时的边跨中弯矩和支座负弯矩。2．水平次梁截面选择考虑利用面板作为次梁截面的一部分，可选择比计算抵抗矩W小一号的槽钢，由附录三表4查得。面板参加次梁工作有效宽度分别按式(7—11)及式(7—12)计算，然后取其中较小值。3．水平次梁的强度验算根据支座处和边跨弯矩值，以及支座和跨中截面模量，需验算支座处截面和跨中截面的抗弯强度，4．中间水平次梁的挠度验算受均布荷载的等跨连续梁，最大挠度发生在边跨，则可只对边跨挠度进行计算。5．顶梁和底梁顶梁所受荷载较小，但考虑水面漂浮物的撞击等影响，必须加强顶梁刚度，所以也采用与中间水平次梁相同的型钢。为了便于施工底梁也采用与中间水平次梁相同的型钢。（五）、主梁设计，主梁设计内容：①截面选择；②梁高改变；③翼缘焊缝；④腹板局部稳定验算：⑤面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力验算。1．截面选择(1)弯矩与剪力弯矩与剪力计算(2)需要的截面抵抗矩(3)腹板高度选择按刚度要求的最小梁高(按变截面梁考虑)；(4)腹板厚度选择(5)翼缘截面选择上翼缘的部分截面积可利用面板，故只须设置较小的上翼缘板同面板相连，：(6)弯应力强度验算先进行主梁跨中截面的几何特性计算，然后作弯应力强度验算；(?)整体稳定性与挠度验算因主梁上翼缘直接同钢面板相连，按规范规定可不必验算整体稳定性。如所选梁高大于按刚度要求的最小梁高，故梁的挠度也不必验算。2．截面改变因主梁跨度较大，为减小门槽宽度和支承边梁高度(节省钢材)，有必要将主梁支承端腹板高度减小为。1）梁高开始改变的位置可取在邻近支承端的横向隔板下翼缘的外侧。2）改变后的截面需进行剪切强度验算：验算取主梁支承端截面的几何特性。3．翼缘焊缝翼缘和腹板间的连接焊缝厚度按受力最大的支承端截面计算。即取支承端截面最大剪力和支承端截面截面惯性矩。4．腹板的加劲肋和局部稳定验算因闸门上已布置横向隔板可兼作横加劲肋，其间距为3100cm，故应通过计算看每个在横隔板之间是否还要增设横加劲肋。5．面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力的验算选取所需要的板厚较大的区格，计算该区格的长边中点的折算应力。（六）、纵向联结系设计1．荷载和内力计算纵向联结系承受闸门自重。露顶式平面钢闸门门叶自重G按附录十一附式(1)计算。下游纵向联结系承受0.4G。纵向联结系视作简支的平面桁架，画出其桁架腹杆布置图，确定其其节点荷载2．斜杆截面计算计算出斜杆承受最大的拉力，同时考虑闸门偶然扭曲时可能承受压力，长细比的限制值应与压杆相同。计算杆件的截面面积、回转半径、斜杆计算长度、长细比及验算拉杆强度。（七）、边粱设计边梁的截面型式采用单腹式，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；为了便于安装压合胶木滑块，下翼缘宽度不宜小于300mm。此次设计边粱只按构造要求确定进行截面尺寸确定。三、设计成果要求1、手写设计计算书一份。2、手绘施工图一张（2#或3#或图纸），包括平面钢闸门的立面图、平面图、侧面图；主梁位置图、主梁的跨中截面和支座截面图；必要的说明。3、图标形式8××学院8课程设计8学生8图名专业班级258成绩258252525图号2525258080四、考核内容与方式完成课程设计的态度（认真程度、是否独立完成等），20％设计计算书的内容要求完整，概念清晰，计算正确，设计合理，字迹工整，40％施工图完整，构造合理正确、线条清晰匀称、尺寸与符号标注齐全，字迹工整，40％。成绩计入本课程最终的成绩中。五、设计参考资料设计需要的标准及有关规范学生可以到图书馆借阅，有关参考图由教师提供。参考书目：1、《钢闸门设计规范SL74—95》2、武汉水利电力大学范崇仁主编《水工