水工平面钢闸门结构计算书

水工平面钢闸门结构计算书1一、设计资料工程名称：马尾区白眉供水工程输水道进口闸门闸门用途：该闸门设于输水道，作为输水道进口的工作事故闸门，当压力钢管发生事故时，应将闸门迅速下降，关闭进水口，另外定期检修输水道时，同样关闭此门。闸门型式：焊接平面钢闸门，其面板在上游，顶、侧止水亦在上游，另设加重块，满足起闭力。孔口数量：3孔。孔口尺寸：宽×高=8.00×6.00m2。设计水头Hr：5.40m。吊点中心距：4.0m。门叶结构：焊接钢结构。结构材料：Q235。焊条：E43。止水橡皮：侧止水用P45-A型，底止水用Ⅰ110-16型。行走支承：采用胶木滑道，压合胶木为MCS-2。起闭机型式：双吊点卷扬式。起闭机容量：2×25吨。混凝土强度等级：C20。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2.1闸门尺寸的确定（图1）闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为0.3m，故闸门高度H=5.4+0.3=5.7m。闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：L1=8.0m。闸门的计算跨度：m...dLL482020820式中L0—闸门孔口的净宽，m；d—行走支承中心线到闸墩侧壁的距离，取0.2m。水工平面钢闸门结构计算书2闸门的总水压力：NLHPk24.114484.581.92121212r图1闸门主要尺寸图(单位：mm)2.2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，为了方便制造与维护，决定采用实腹式组合梁。2.3主梁的布置根据闸门的高跨比68.04.87.5LH，决定采用双主梁。为使两个主梁在设计水位时所受的水压力相等，两个主梁的位置应对称于水压力合力P的作用线m800.134.53Hyr，且两主梁间的距离b值要尽量大些，并要求上主梁到闸门顶缘的距离Hc45.0，并不大于3.6m。另，底主梁到底止水的距离应符合底缘布置的要求。对于工作闸门和事故闸门下游倾角应不小于30°，当不能满足30°的要求时应采取适当补气措施。m565.27.545.045.0H，考虑到若c太小，则不能满足30°的要求。取c=2.565m，那么两主梁的间距m67.2565.28.17.52-y2bcH。2.4梁格的布置形式梁格采用复式和等高连接，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图2。水工平面钢闸门结构计算书32.5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3道横隔板，其间距为2.1m，横隔板兼作竖直次梁。[2]纵向连接系，设在两个主梁下翼缘的竖平面内，采用斜杆式桁架。2.6边梁与行走支承边梁采用单腹式，行走支承采用胶木滑道。三、面板设计根据SL74-95《水利水电工程钢闸门设计规范》，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。3.1估算面板厚度假定梁格布置如图2所示，面板估算厚度按式(3-1)计算：0.9qkay(3-1)式中ky—弹塑性薄板支承长边中点弯应力系数；α—弹塑性调整系数，3a/b时，41.；3a/b时，51.；q—面板计算区格中心的水压力强度，hq，2mm/N；—水的容重，9.81kN/m3；h—水头，m；a、b—面板计算区格的短边和长边长度，mm，从面板与主梁(次)梁的连接焊缝算起；—钢材的抗弯容许应力，假设面板厚度小于16mm，取160N/mm2。现列表1计算如下：表1面板厚度的估算水工平面钢闸门结构计算书4区格a(mm)b(mm)b/akyh(m)q(N/mm2)(mm)Ⅰ143520901.460.550.6180.00611.55.63Ⅱ89020902.350.4991.75000.01721.55.60Ⅲ75020902.790.52.7100.02661.55.88Ⅳ63020903.320.53.47000.03401.45.75Ⅴ58020903.600.54.14500.04071.45.79Ⅵ36020905.810.54.68500.04601.43.82Ⅶ29520907.080.745.15300.05061.43.99注1.面板边长a、b都从面板与梁格的连接焊缝算起，主梁上翼缘宽度为140mm、次梁上翼缘宽度为70mm、顶梁和底梁上翼缘宽度为70mm(详见于后)；2.区格Ⅰ、Ⅵ中系数ky由三边固定一边简支板查得。根据上表计算，选用面板厚度=6mm，满足面板厚度小于16mm的假定。3.2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P按下式计算，已知面板厚度=6mm，并且近似地取板中最大弯应力2160mm/Nmax，则mm/2.67160607.007.0maxNP面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力：mm/N.IVST1971092920262607550103652430式中V主梁的最大剪力，286.06kN；S主梁端部截面面板部分对组合截面的面积矩，参照表4计算，cm3；I0主梁端部截面的惯性矩cm4按下式计算面板与主梁连接的焊缝厚度：mm../../TPhwtf8211370197689702222面板与梁格连接焊缝取其最小厚度hf=6mm。四、水平次梁、顶梁和底梁的设计4.1荷载与内力计算水工平面钢闸门结构计算书5水平次梁和顶梁、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(3-2)计算，即2下上aapq(3-2)式中p——次梁轴线处的水压强，kN/m2；a上、a下——水平次梁轴线到上、下相邻梁间的距离，见图2。列表2计算后得m/62.128qkN根据表2计算结果，水平次梁计算荷载取q=22.62kN/m，水平次梁为四跨连续梁，跨度为2.1m(见图3)。图2水平次梁计算简图和弯矩图(单位：mm)水平次梁弯曲时的边跨中弯矩为mNMk68.71.262.22077.0ql077.022次中支座B处的负弯矩为：mNMBk67.101.262.22107.0ql107.022次所以，次梁的设计弯矩mk67.1067.1068.7axaxNMMMMMB次次中4.2截面选择水工钢闸门的水平次梁一般采用Q235热轧普通槽钢，假定所用槽钢属于第一组钢材，其强度设计值2160mm/N，所以次梁所需的截面模量水工平面钢闸门结构计算书636mm667111601067.10MW考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选12.6，查型钢表得：A=1569mm2；Wx=62137mm3；Ix=3914660mm4；b=53mm；t=5.5mm。面板参加次梁工作的有效宽度分别按式(3-3)及式(3-4)计算，然后取其中较小值。0bB1或0bB2(3-3)bB60(3-4)式中b0——主、次梁的间距，221bbb0，mm；b1、b2——次梁与两侧相邻梁的间距；1、2——有效宽度系数，查表，1用于正弯矩、2用于负弯矩；——面板厚度，6mm；b——梁胁宽度，即次梁上翼缘宽度，53mm。表2水平次梁、顶梁和底梁均布荷载的计算梁号h(m)梁轴线处水压强度p(kN/m2)梁间距(m)(a上+a下)/2(m)q(kN/m)1(顶梁)3.071.43521.26512.41.162514.410.893(上主梁)2.26522.20.82018.200.7543.11530.50.6921.060.6353.81537.40.60522.620.5864.46543.80.4720.570.367(下主梁)4.93548.40.327515.840.2958(底梁)5.351.90.247512.860.2选取荷载最大的5号梁进行计算，从表2可知b0=0.605m=605mm。确定式(3-3)水工平面钢闸门结构计算书7中面板的有效宽度系数时，需要知道梁弯矩零点之间的距离l0与梁间距b0之比值。对于第一跨中正弯矩段取mm.l.l1680210080800对于支座负弯矩段取mm.l.l840210040400当78.2605/1680b/l00，得814.01，则mm493605814.0b01B当388.1605/840b/l00，得393.02，则mm238605393.0b01B另外，mm41353660b60B。图3面板参加水平次梁工作后的组合截面(单位：mm)对于第一跨中选用B=413mm，则水平次梁组合截面面积(见图4)为2mm404764131569A组合截面形心到槽钢中心的距离为mm474047667413e跨中组合截面的惯性矩及截面模量为42mm7427663476664134715693914660次中I水工平面钢闸门结构计算书83minmm675241107427663W对于支座选用B=238mm，则水平次梁组合截面面积为2mm299762381569A组合截面形心到槽钢中心的距离为mm312997666238e跨中组合截面的惯性矩及截面模量为42mm5472449316662383115693914660次中I3minmm5884431625472449W4.3水平次梁的强度验算由于支座B(图3)处弯矩最大，而截面模量较小，故只需验算支座B处的截面的抗弯强度，即226minmm/16816005.105.1mm/32.181588441067.10NNWMB次次由上可知，水平次梁选用[14b不能满足要求。因此，改用14a。查型钢表得：A=1851mm2；Wx=80500mm3；Ix=5637000mm4；b=58mm；t=6mm。因为次梁所需的截面模量为3mm66711W，选择[14a足以抵抗而不必考虑利用面板强度。另外，轧成梁的剪应力一般很小，可必验算。4.4水平次梁的挠度计算受均布荷载的等跨连续梁，最大挠度发生在边跨，根据规范要求，次梁的最大挠度与计算跨度之比不应超过l/250。水平次梁在B支座处截面的弯矩mNMBk67.10次。边跨挠度可近似按下式计算：水工平面钢闸门结构计算书956370001006.21621001067.102501lw00114.056370001006.2384210062.22516lql3845lw56533次次次EIMEIB故水平次梁选用[14a满足强度和刚度要求。4.5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[14a。底梁也采用[14a。五、主梁设计5.1设计资料主梁跨度：净跨(孔口宽度)L0=8m，计算跨度L=8.4m，荷载跨度L1=8m。主梁荷载：根据等荷载原则，每根主梁：0-m/kN51.714.581.9414121q22rHP。横隔板间距：2.1m。主梁容许挠度：6001lw5.2截面选择1)弯矩与剪力。弯矩与剪力计算如下：mk29.6294824.82851.71maxNMNLVk06.2862851.712q1max2)需要的截面模量。假设组合梁的翼缘、腹板厚度均小于16mm。那么Q235钢的容许应力2mm/N160，考虑钢闸门自重引起的附加应力作用，取容许水工平面钢闸门结构计算书10应力为2mm/N.14416090则需要的截面模量为33607.4370mm43700691441029.629cmMW3)腹板高度选择。按刚度要求的最小梁高(变截面梁)为cm.mm..lwEL..h