露顶式钢闸门课程设计计算书6.5×3.5

挡洪闸工作闸门计算书（6.5m×3.5m）2016.7.10一．设计资料(1)闸门型式：提升式平面钢闸门（露顶式）(2)孔口尺寸（宽×高）：6.50×3.50m2(3)上游水位：▽35.81m(4)下游水位：无(5)闸底高程：▽32.5m(6)启闭设备：QPQ2x10(7)闸门所用材料：门叶承重钢结构：Q235.B钢焊条：E43型行走支承：采用滚轮，材料为铸钢ZG45止水橡皮：侧止水——P形橡皮；底止水——条形橡皮(9)制造条件：金属结构制造厂制造，手工电焊，满足Ⅲ级焊缝质量检验标准。(10)采用的规范：《水利水电工程钢闸门设计规范SL74—95》二．闸门结构的型式及布置(1)闸门尺寸的确定闸门总宽：bLdLBa20L0——孔口宽度d——行走支承到闸墙边缘的距离(0.135m)La——边梁两腹板中到孔中距离(0.16m)b——边梁下翼缘宽度(0.19m))(12.716.019.0135.025.6mB闸门高度：H=校核洪水位+超高△H）)(5.319.05.3281.35mH闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：)(58.604.025.604.020mLLq闸门的计算跨度：)(77.6135.025.620mdLL(2)主梁的数目型式及位置。2.186.15.3/5.6/0HL主梁数目：采用双主梁主梁形式：单轴对称工字形截面焊接组合梁主梁位置：根据等荷载原则，两根主梁的位置应对称于水压力合力的作用线，且应满足：Ha12.0且m4.0且mmmD66.060Hc45.0且m6.3（式中H取闸门止水压力作用高度，取孔口高度+100mm）数解法。露顶闸门第K根主梁到水面的距离ky按下式确定：5.15.11n32KKHykm02.3122235.32m65.1111235.325.15.125.15.11yy式中：n为主梁根数；K为由门顶算起的主梁根数；H为水面至门底的距离。(3)梁格的连接型式及布置(3)梁格的连接型式及布置梁格采用复式布置和齐平连接，水平次梁为连续梁，梁格布置具体尺寸如图4所示：(4)联结系的布置和形式横向联结系。根据主梁的跨度，决定布置3道横隔板，其间距为1.645m，横隔板兼作竖直次梁。(5)边梁与行走支承边梁选用双腹板型式，行走支承采用滚轮式，且D=500mm，滚轮采用筒支定轮。三、面板设计根据《水利水电工程钢闸门设计规范SL74—95》关于版面的计算，先估算面板厚度，在主（次）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.估算版面的厚度。初步布置梁格尺寸如图3所示，面板厚度按下式计算kpat当3/ab时，5.1，则kpat068.0当3/ab时，4.1，则kpat07.0现将计算结果列于下表1：区格)(mma)(mmbab/k)/(2mmNpkp)(mmtⅠ63016452.610.730.00190.0210.6Ⅱ105016451.570.4640.0100.0624.4Ⅲ125016451.320.4120.0210.0917.7Ⅳ40016454.110.750.0290.1474.00注：1.面板边长a，b都从面板与梁格的连接焊缝算起；2.区格Ⅰ、Ⅲ系数按三边固定一边简支查得。根据表1计算结果，面板计算厚度mmt8，本工程取mmt10。2.面板与梁格的连接焊缝计算面板局部弯曲时产生的垂直于焊缝长度方向的横拉力Nt按下式计算max07.0tNt已知mmt10，并且近似取板中最大弯应力max，2/160mmN，则：mmNNt/1121601007.0面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力为（主梁的最大剪力及相应的截面特性S及I见后）四．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，作用在它们上的水压力的计算式为：q=p(a上a下)/2计算列于表2.梁号轴线水压PkPa梁间距(m)(a上+a下)/2Q=p(a上+a下)/2(KN/m)备注1（顶梁）0.34顶梁荷载按下图计算mmNR/34.063.0351.02551.010.632（次横梁）5.000.8404.21.053（主梁）15.291.15017.591.254（主梁）27.540.82522.720.45（底梁）31.360.26.28根据表2计算结果，底梁荷载取6.28kN/m，底梁为四跨连续梁，跨度为1.645m，如图4所示底梁的跨中的正弯矩为M底中=0.077ql²=1.31kN·m支座B处的负弯矩为：MB底=0.107ql²=1.82kN·m2.截面选择3611375160/1082.1/mmMW选[14b，查得：mmdmmbmmImmWmmAcxx8,60,6094000,87100,31314323.底梁强度验算因支座B处弯矩最大，而截面模量较小，故只需验算支座B处截面的抗弯强度，即：22x/160/8.20/mmNmmNWMB满足强度要求。轧成梁的剪应力一般很小，故不再验算。4.底梁的挠度验算底梁为受均布荷载的四跨连续梁，最大挠度发生在边跨，可按式(8-14)计算。004.0104.96094001006.2100164565.2632.01004533EIqll满足刚度要求。4.顶梁设计顶梁初选用Ⅰ40b五．主梁设计（一）已知条件(1)主梁跨度额计算跨度mL77.6荷载跨度mLq58.6(2)主梁荷载：mkNpq/6.252/(3)横隔板间距：1.645m主梁容许挠度：6001Lw（二）主梁设计1.截面选择(1)主梁的内力计算，计算式为：mkNLLLqMqq78.1502/)4/58.62/77.6(77.66.25)42(2maxkNqLVq3.842/58.66.252/max(2)需要的截面抵抗矩，已知钢材Q235B的容许应力2/160mmN，初估翼缘厚度为第一组钢材，考虑闸门自重引起的附加应力影响，取容许应力为2/1449.0mmN，则所需的截面抵抗矩为：33max1048144/1078.1509.0/cmMW(3)腹板高度h0选择。为减小门槽宽度，主梁采取变梁高形式，则按刚度要求的最小梁高为：cmLwELh7.62/9.023.096.0min经济两高为：cmWhec5010481.31.34.05/2选用cmh630(4)腹板的厚度选择。由经验公式：cmhtw73.011/0，选用cmtw8.0（实际取1cm）(5)翼缘截面的选择。每个翼缘所需截面积为：20012.86//cmhthWAw下翼缘选用cmt0.11，则需要cmtAb5.7/111选用cmb151（在12.6~25.2cm之间）上翼缘的部分面积可利用面板，故只需设置较小的上翼缘板同面板相连，选用cmt0.11cmb151。面板兼作主梁上翼缘的有效宽度B可按下列二者计算，然后取其较小值。cmtbB75601下主梁与底梁的间距较小，其值为cmb40由925.1640/677/bL，查表8-1得0.11，则cmbB401故面板可利用的有效宽度为40cm，则主梁上翼缘总面积为2155140115cmA(6)弯应力强度验算：主跨中截面如图所示，截面形心矩为：cmy54.221158.0631151405.651155.338.0635.11155.01401截面惯性矩为：42207648412/cmyAhtIiiw截面抵抗矩为：32min31max176046.43/76484/339354.22/76484/cmyIWcmyIW弯应力：223minmax/1449.0/7.851760/1078.150/mmNmmNWM满足要求(7)整体稳定与挠度验算，因主梁上翼缘直接同钢面板相连，按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）规定可不必验算其整体稳定性，又因梁高大于按刚度要求的最小梁高，故梁的挠度也不必验算。2.截面改变因主梁跨度较大，为节约钢材，同时为减小门槽宽度，决定降低主梁端部高度，如图所示，取主梁支承端腹板高度为：mmhhd3786.000，取mmhd3900梁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，若隔板的下翼缘宽取为150mm，则梁高改变位置离开支承的距离为1645-150/2=1570mm剪切强度验算：若主梁端部的腹板及翼缘都分别与支承边梁的腹板及翼缘焊接，可按工字型截面来验算剪切应力强度。主梁支承端的截面参数计算如下：截面形距：cmAyAyiii2.13/1截面惯性矩：42302267512/cmyAhtIiidwx截面上半部分对中和轴的面积矩：3734cmS则22max/95/1.34/mmNmmNtISVx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，最大剪力kNV3.84max截面惯性矩4734cmIx上翼缘对中和轴的面积矩：215.683cmS下翼缘对中和轴的面积矩：1225.424ScmS需要mmIVShwfxf6.1)4.1/(1角焊缝的最小厚度mmthf7.45.11则主梁上下翼缘焊缝全长均取mmhf8。4.腹板的加劲肋和局部稳定验算加劲肋的布置：因为ywfth/2358075.788.0/63/0＜，故不需要设置横向加劲肋，就可以保证腹板的局部稳定性。六、面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力验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Ⅱ所需的板厚度较大，这意味着该区格长边中点应力也较大，所以选取区格Ⅲ（图4）按式2-12验算其长边中点的折算应力。面板区格Ⅳ在长边中点的局部弯应力为：222222/9.633.2113.0/3.21118/1250021.0412.0/mmNmmNtkpamymxmy对应于面板区格Ⅲ的长边中点的主梁弯矩和弯应力为：mkNM3672/46.26.252/56.277.66.252236/108103393/10366/mmNWMox面板区格Ⅲ的长边中点的折算应力为：2222/4.2461.1/194)()(mmNmmNoxmxmyoxmxmyzh故面板厚选用10mm，满足强度要求。七．横隔板设计横隔板同时兼作竖直次梁，主要承受水平次梁、顶梁和底梁传递的集中荷载和面板传递的分布荷载，计算时可把这些荷载以梯形分布的水压力来代替，横隔板按支承在主梁上的双悬臂梁计算，则每道横隔板在悬臂的最大弯矩为：mkNM2.836.125.1229.156.1横隔板的腹板选用与主梁腹板相同，采用mm10640。上翼缘利用面板，下翼缘采用mmmm10150的扁钢。上翼缘可以利用的面板宽度按式bB2计算。其中横隔板平均间距mmb1645，按76.01645/1250/0bl查表8-1得252.02则mmbB4151645252.02，取mmB400验算，如图12所示，截面参数为：截面形心到腹板中心线的距离：mme13510640101501040064510150645104004222378209333318010400460101501351064012/10640mmI3maxmin1718886/mmyIW弯应力验算：22min160/7.4/mmmmNWM由于横隔板的截面高度较大，剪应力强度不必验算。横隔板翼缘焊缝采用最小焊缝厚度mmhf6