露顶式平面钢闸门设计

露顶式平面钢闸门设计露顶式平面钢闸门设计一、设计资料闸门形式：溢洪道露顶式平面钢闸门孔口净宽：16.00m孔口净高：15.00m结构材料：Q235-A.F焊条：E43型行走支承：胶木滑道或者是滚轮支承止水橡皮：侧止水用p形橡皮，底止水用条形橡皮制造条件：金属结构制造厂制造，手工电弧焊，满足III级焊缝质量检验标准规范：《水利水电工程钢闸门设计规范SL1974-2005》二、闸门结构的形式及布置1.闸门尺寸的确定闸门高度：考虑到风浪产生的水位超高为0.2m，故设计水头高度=15-0.2=14.8（m）闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：L1=16m闸门的计算跨度：L=L0+2d=16+2×0.2=16.4(m)图一闸门主要尺寸（单位：m）2.主梁的形式。主梁的形式应根据水头的大小和跨度的大小而定，本闸门属于大跨度，为了方便制造和维护，决定采用实腹式组合梁。3.主梁的布置因为L=16m＜1.5H=1.5×15=22.5m所以是选择7根主梁根据公式计算得到每一根主梁距水面的距离，然后可取值为y1=4.00m；y2=7.00m;y3=9.00m;y4=11.00m;y5=12.00m;y6=13.00m;y7=14.00m其具体布置如下图：图二主梁的布置单位（m）4.梁的布置和形式。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冰被横隔板所支承。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，梁格布置具体尺寸如下图所示。（单位：dm）5.连接系的布置和形式。（1）横向连接系，根据主梁的跨度，决定布置7道横隔板，其间距为2m，横隔板兼作竖直次梁。（2）纵向连接系，设在两个主梁下的翼缘的竖平面内。采用斜杆式桁架。6.边梁与行走支承。边梁采用单复式，行走支承采用滚轮支承。三、面板设计根据《水利水电工程钢闸门设计规范SL1974-2005》，关于面板的计算，先估算面板的厚度，在主梁截面选择之后再验算面板的局部弯曲与主梁弯曲的折算应力。1.估算面板厚度。假定梁格布置尺寸图2所示。面板厚度按式计算9.0________kpt当b/a3时，α=1.5，则kpakpat068.01604.19.0_________当b/a3时，α=1.4，则kpakpat07.01604.19.0_________现列表1进行计算。表一：面板厚度的估算区格a(mm)b(mm)b/akP(N/mm)kpt(mm)1128019901.550.5800.0070.0645.572125019901.590.4680.0200.0978.253113019901.760.4830.0330.1269.68495019902.090.4970.0440.1489.56592019902.160.4980.0540.16410.26690019902.210.4980.0640.17910.95760019903.320.5000.0720.1907.98859019903.370.5000.0780.1978.14948019904.140.5000.0830.2046.851064019903.110.5000.0910.2139.541162019903.210.5000.0980.2219.591244019904.520.5000.1030.2276.991342019904.740.5000.1040.2286.701441019904.850.5000.1100.2356.741541019904.850.5000.1200.2457.031641019904.850.5000.1240.2497.151740019904.980.5000.1300.2557.141839019905.100.5000.1350.2607.101931019906.420.5000.1390.2655.752024019908.300.7500.1430.3305.54根据上表计算，选用面板厚度t=11mm。2.面板与梁格的连接计算。面板局部绕曲时产生的垂直于焊缝长度方向的横向拉力P，按式tP07.0max计算。已知面板厚度t=11mm，并且近似地取板中最大弯应力σmax=【σ】=160N/mm2，则：tP07.0max=0.07×11×160=123.2（N/mm）面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力：T=VS/2I0=441000×620×11×306/2×1617000000=204(N/mm)由式)7.0/(22ffTPh计算面板与主梁连接的焊缝厚度为fh=((p/1.22)2+T2)^(1/2)/(0.7f)=√123.22×2042/0.7×115=3.0(mm)面板与梁格的连接焊缝应采用连续焊缝，面板与梁格连接焊缝取其最小厚度fh=8mm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平压力可按式2_____下上aapq计算，即列表2计算后得Σq=996.86kN/m表2水平次梁、顶梁和底梁均布荷载的计算梁号梁轴线处水压强度2/mkNp梁间距（m）2_______下上aa（m）2_______p下上aaq（KN/m）1顶梁1.961.2211.761.26514.881.33324.791.30032.231.274（主梁）37.241.13542.271547.041.00047.0411656.841.00056.8417（主梁）66.640.85056.640.7873.500.70051.450.7980.360.65052.230.610（主梁）86.240.65056.060.71193.100.70065.170.71299.960.65064.970.613（主梁）105.840.55058.210.514110.740.50055.370.515（主梁）115.640.50057.820.516120.540.50060.270.517（主梁）125.440.50062.720.518130.340.50065.170.519（主梁）135.240.45060.860.420139.160.35048.710.321（底梁）142.10.30042.63顶梁荷载按下图计算：根据表2计算，水平次梁计算荷载取65.17kN/m,水平次梁为十跨连续梁，跨度为2m。如下图所示。水平次梁弯曲时的边跨中弯矩为M次中=0.077ql2=0.077×65.17×2×2=20.07(KN﹒m)支座B处的弯矩为M次B==0.107ql2=0.107×65.17×2×2=27.89(KN﹒m)图三水平次梁计算简图和弯矩图2.截面选择。W=M/[σ]=27.89×106/160=174312.5mm3考虑到利用面板作为次梁截面的一部分，初选[20a，由附录三表4查得：A=28833mm；3178000mmWx；417804000mmIx；1b=73mm；d=7mm。面板参加次梁工作有效宽度分别按式cbBl2及式bB1或bB2（其中2/21bbb）计算，然后取其其中较小值。B≤b1+60t=73+60×11=733(mm)bB1（对胯间正弯矩段）bB2（对支座负弯矩段）按18号梁计算，设梁间距2/21bbb(500+500)/2=500(mm)。确定式中面板的有效宽度系数时，需要知道梁弯矩零点之间的间距0l与梁间距b比值。对于第一跨中正弯矩段取0l=0.8l=0.8×2000=1600(mm)。对于支座负弯矩段取0l=0.4l×2000=800(mm)。根据0l/b查下面表3可得：表3面板有效宽度系数1和2bL/00.51.01.52.02.534568101210.200.400.580.700.780.840.900.940.950.970.981.0020.160.300.420.510.580.640.710.770.780.830.860.92对于0l/b=1600/500=3.2得1=0.852则B=1b=0.852×500=426（mm）对于0l/b=800/500=1.6得2=0.429则B=2b=0.429×500=215（mm）图四面板参加水平次梁工作后的组合界面（单位：mm）对第一跨中选用B=426mm，则水平次梁组合截面面积（图四）为A=2883+426×11=7569（mm2）组合截面形心到槽钢中心线的距离为e=（426×11×105.5）/7569=65（mm）跨中组合截面的惯性矩及截面模量为I次中=17804000+2883×652+426×11×40.52=37670887（mm4）Wmin=37670887/165=228308（mm2）对支座段选用B=215mm，则组合截面面积为A=2883+215×11=5248（mm2）组合截面形心到槽钢中心线的距离为e=215×11×105.5/5248=48(mm)支座处组合截面的惯性矩及截面模量为I次B=17804000+2883×482+260×8×57.52=31323432（mm4）Wmin=31323432/148=211645（mm2）3.水平次梁的强度验算。由支座B（图三）处弯矩最大，而截面模量最小，故只需验算支座B处的截面的抗弯强度，即σ次=M次B/Wmin=27.89×106/211645=131.8N/mm2[σ]=160N/mm2说明水平次梁选用[20a满足要求。4.水平次梁的挠度验算。受均布荷载的等跨连续梁，最大挠度发生在边跨，由于水平次梁在B支座处截面的弯矩已经求得M次B=27.89kN.m,则边跨挠度可近似地计算为v/l=5/384×ql3/EI次-M次Bl/16EI次=5×65.17×(2.0×103）3/384×2.06×105×37670887-27.89×106×2.0×103/16×2.06×105×37670887=0.000426[W/L]=1/250=0.004故水平次梁选用[20a满足强度和刚度要求。（5）顶梁和底梁。顶梁所受的荷载较小，但考虑水面漂浮物的撞击等影响，必须加强顶梁的刚度，所以也采用[20a。底梁也采用[20a。五、主梁设计（一）设计资料。1.主梁跨度（图五）；净跨（孔口宽度）0L16m，计算跨度mL4.16,荷载跨度mL161；2.主梁荷载：153.4KN/M；3.横向隔板间距：2m；4.主梁容许挠度[w]=L/600。（二）主梁设计。主梁设计包括：○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。弯矩与剪力计算如下Mmax=153.4×9/2×(9.4/2-9/4)=5154.24(KN﹒m)Vmax=qL1/2=1/2×153.4×16.0=1228(KN)图五平面钢闸门的主梁位置和计算简图○2需要的截面模量。已知Q235钢的容许应力2/160mmN，考虑钢闸门自重应力引起的附加应力作用，取容许应力为2/1441609.0mmN，则需要的截面模量为W=Mmax/[σ]=5154.24×100/（144×0.1）=35793cm2○3腹板的高度选择。按刚度要求的最小梁高（变截面梁）为Hmin=0.96×0.23×[σ]L/E[w/L]=0.96×0.23×144×100×16.4×100/（2.06×107×(1/600)）=151.9cm经济梁高he=3.1W2/5=3.1×357932/5=206cm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ech小，但不小于minh。现选用腹板高度cmh1800○4腹板厚度选择。按经验公式计算：cmht22.111/18011/，选用cmt0.2ω○5翼缘截面选择。每个翼缘截面为A1=W/h0-twh0