闸门计算书(修改)

钢闸门计算书-1-一、基本资料（1）孔口尺寸（宽×高）：4.0×4.0m（2）底槛高程（八五高程，下同）：-0.300m（3）启闭机平台高程：10.200m（4）设计外江水位（20年一遇）：6.845m（5）设计最不利运行水头差：2.800m（6）启闭方式：单吊点螺杆启闭机（7）行走支撑：滑动支撑（8）主要构件采用材料及容许值①钢材Q235AA：门体梁系及其容许应力如下：抗拉、抗压、抗弯容许应力[σ]=160N/mm2抗剪[τ]=95N/mm2局部紧接承压[σcj]=120N/mm2B：零部件容许应力如下：抗拉、抗压、抗弯容许应力[σ]=100N/mm2抗剪[τ]=65N/mm2局部紧接承压[σcj]=80N/mm2孔壁抗拉[σk]=120N/mm2②铸件:选用ZG45,其容许应力如下:抗拉、抗压、抗弯容许应力[σ]=140N/mm2钢闸门计算书-2-抗剪[τ]=105N/mm2③锻件:选用45#钢,其容许应力如下:抗拉、抗压、抗弯容许应力[σ]=145N/mm2抗剪[τ]=95N/mm2④电焊条:门槽轨道表面采用不锈钢焊条堆焊,焊条型号采用E0-19-10Nb-16，其余构件均采用E43型焊条。⑤砼：二期砼采用C30细石砼。⑥梁系容许挠度：主梁7501l次梁2501l⑦止水：顶、侧止水采用P45×120型橡皮，底止水采用20×110条形橡皮。⑧制造条件：专业金属结构制造厂家制造，手工电弧焊。⑨执行规范：《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74-95）《水利水电工程钢闸门制造安装及验收规范》（DL/T5018-94）。二、布置本闸门为潜孔式平面闸门，闸门面板设于迎水侧，梁格布置采用多主梁齐平连接，因闸门高宽比为1：1，且闸门跨度不大，故采用单吊点；为控制闸门反向、侧向移动，分别于闸门闸门反、侧向设置反滑块及限位块。钢闸门计算书-3-三、结构计算按闸门门体结构布置：（一）闸门支撑跨度mdll3.415.020.420式中：0l—闸门孔口宽度；d—闸门主行走支撑至闸墩侧面距离。（二）顶止水中心至底槛高度：4+0.05=4.05m（三）闸门荷载跨度（即两侧止水宽度）：4.0+2×0.05=4.1m（四）门槽门槽宽度W=660mm，门槽深度D=250mm。（五）闸门总水压力计算十三围窦建筑物等级为4级，设计防洪标准为20年一遇设计洪水位，因此，本闸门防洪标准同主体建筑物，即设计防洪水位为6.845m，相应内涌水位2.0m。钢闸门计算书-4-总水压力P可按如下公式计算：ZSXsBHhhHP2221式中：P—总水压力，KN；γ—水的重度，取10KN/m3；Hs—上游水头，m；h—闸门高度（计算至顶止水），m；HX—下游水头，m；BZS—两侧止水间距，m。则，总水压力1.43.205.405.4145.72102121P=768.2KN根据运行条件，本闸门在静水中启闭，其动力系数为1.0，所以，总水压力P=1.0×P1=1.0×768.2钢闸门计算书-5-=768.2KNP力作用点位置：22322323632663hhHHhhHhHHHHHSXSSXXSC=223223205.4305.4145.762305.4205.4145.7605.4145.7622145.73=4.38m（六）闸门结构尺寸拟定1、主梁间距的布置及其荷载分配主梁间距的布置及其荷载分配采用近似取相邻间距和之半法（详见《水电站机电设计手册·金属结构一》P197主梁荷载分配方法3），即主梁所分配的荷载基本上以主梁为中心，上下两相邻梁距离一半的范围，主梁间距及其所分配的荷载见表3-1。表3—1主梁荷载试算表梁号距水面距离yk(m)各梁间距(m)受力梯形上底(kN/m)受力梯形上底(kN/m)梁轴荷载(kN/m)备注顶梁3.12529.84137.09324.766距门顶0.08m1.321#主梁4.44537.09349.44154.5161.22#主梁5.64549.44160.22160.31413#主梁6.64560.22167.08144.5560.4底梁7.04567.08171.00127.616距门底0.1m钢闸门计算书-6-2、闸门结构布置(七)面板厚度计算按公式pkay计算式中：δ—面板厚度，mm；yk—四边固定的矩形弹塑性薄板在支承长边中点处的弯曲应力系数；—弹塑性调整系数，3ab时，＝1.4；3ab时，＝1.5；其中a，b分别为面板计算区格的短边和长边的长度，mm；p—面板计算区格中心的水压强度，N/mm2；钢闸门计算书-7-—钢材二抗弯容许应力，并考虑0.9的调整系数。现列表计算如下：表3－2面板厚度计算表区格a(mm)b(mm)b/akyp(N/mm2)(kyp)0.5δ(mm)Ⅰ66010751.6290.4710.0340.1275.71Ⅱ66010751.6290.4710.0400.1386.20Ⅲ60010751.7920.4860.0470.1516.15Ⅳ60010751.7920.4860.0530.1606.54Ⅴ50010752.1500.4980.0580.1705.79Ⅵ50010752.1500.4980.0630.1776.03Ⅶ40010752.6880.5000.0680.1845.01根据表中计算结果，取δ=10mm。（八）主梁计算1、主梁荷载及内力计算根据表3－1计算结果，取最大荷载（即2#主梁），q＝60.4KN/m。因面板布置在上游，止水布置在下游，主梁除承受均布荷载外，还承受侧向水压力作用在边梁腹板上引起的轴向力。主梁按简支梁计算，其计算简图如下：钢闸门计算书-8-q作用下的最大弯矩，剪力分别为：41.423.421.44.60422maxaallplM＝139.3KN.mKNqlQa9.1231.44.60212max侧向水压力产生的轴向力N为：KNqhN8.35062.053.04.602、主梁设计所需截面抵抗矩36max9673621609.0103.1399.0mmMW最小梁高mmcmlfElh5166.517501101.2430016021.021.06min经济梁高mmWhec7699673621.31.34.04.0钢闸门计算书-9-综上，取梁高h=520mm，其中腹板高度h0=500mm横梁腹板厚度mmhf5.87100050037100030，实取10mm。所以每个翼缘板所需截面积：2001102500106150096736261mmhhWAfi因为翼缘宽度bi选取时应符合2005.2510000hbhi，bi＝150mm翼缘厚度mmbAiii4.71501102实取mmi1026235261510150yiifb所以符合要求。3、主梁截面特性面板参与主梁作用的有效宽度B（按2#主梁）bBmbbb550250060022182.755043000bl查得97.0mmbB53055097.0又mmbB7501501060600取二者小值mmB530根据主梁设计计算成果，绘制主梁截面如下图所示：钢闸门计算书-10-截面积2143005001015010210530mmA全截面对前翼缘的面积距：3218650052515010270500101515010553010mmyAii中性轴到面板距mmAyAyii9.1521430021865001对形心轴的惯性矩：ixixAaII232310150121105302109.15210530121105009.152101025005001012110150210109.152232101509.15210105002101015012123481025.5mm形心轴以上面积对形心轴的面积距钢闸门计算书-11-iixyAS上210109.152150102109.15253010210109.1522110361008.1mm中性轴与前后翼缘的截面模量36811043.39.1521025.51mmyIWxy36821040.19.1525301025.52mmyIWxy4、主梁强度校核主梁属偏心受力构件：xxWMAN轴向力N产生的偏心弯矩mkNeNM29.18.3526.02/062.0530.01则mkNMMMx01.13829.13.1391max所以前后翼缘正应力：MpaMpa1449.08.421043.31001.13814300108.35663前MpaMpa1449.01.96104.11001.13814300108.35663后剪应力MpaMpaISQxfx5.859.05.251025.5101008.1109.123..863maxmax所以强度满足要求。钢闸门计算书-12-5、主梁刚度校核为简化计算，可视为在计算跨度的全跨内均布水压力。挠度mmEIqlfx26.01025.51006.238443004.605384586447501165381430026.0lf所以刚度满足要求。6、主梁稳定验算主梁腹板的高厚比802358050105000yffh所以腹板不需加肋。翼缘宽厚比26235261510150yiifb所以符合要求。7、主梁翼缘焊缝验算翼缘焊缝厚度fh按受力最大的支承端截面积算，公式如下：wfxxfISQh4.1.max式中wf—焊缝的容许应力，此处为角焊缝，取115N/mm2；其余符号同前。mmhf6.11151025.54.11008.1109.123863又因为角焊缝最小厚度mmthf8.4105.15.11综上主梁上、下翼缘焊缝全长均取mmhf0.8。钢闸门计算书-13-8、顶梁设计本闸门不采用变截面，顶梁截面设计同主梁，因顶梁所受荷载（24.77KN/m）均远小于主梁所受荷载（60.4KN/m），所以不需验算，只计算顶梁腹板在水柱作用下的强度。按四边固结计算，a＝500mm，b＝1075mm，f＝10mm，腹板上水压强度q＝3.125×0.01=0.032N/mm2，b/a=2.15，＝1.5，查表得yk＝0.498则MpaMpaqakfymy1449.084.3910500032.0498.02222所以符合要求钢闸门计算书-14-（九）水平次梁(底梁)计算1、荷载及内力计算水平次梁是支撑在纵梁上的连续梁，根据梁格布置，按相邻间距和元半法计算每根梁上的线荷载，结果见表。表3-3横梁荷载内力计算表梁号距水面距离(m)梁间距(m)梁轴线处水压强度P(kN/m2)(a上+a下)/2(m)q=p*(a上+a下)/2(kN/m)备注门顶3.0450.081(顶梁)3.12530.6250.412.25计算不同0.662(1#次梁)3.78537.0930.6624.480.663(1#主梁)4.44543.5610.6327.440.64(2#次梁)5.04549.4410.629.660.65(2#主梁)5.64555.3210.5530.430.56(3#次梁)6.14560.2210.530.110.57(3