水工钢结构课程设计-高利华.docx

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1、露顶式平面闸门设计1、设计资料闸门形式：露顶式平面闸门设计；空口净宽：8.00m；设计水头：5.2m；结构材料：Q235BF；焊条：焊条采用E43型手工焊；止水橡皮：侧止水用P型橡皮，底止水用条形橡皮；行走支撑：采用胶木滑道，压合胶木为MCS-2；启闭方式：电机固定启闭机；混凝土强度等级：C20；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执行标准：水利水电工程钢闸门设计标准(SL74-1995)o2、闸门结构的形式及布置(1)闸门尺寸确实定(图1)。1)闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为02m,故闸门高度=5.2+0.2=5.4(m);2)闸门的和在跨度为两侧止水

2、的间距：L=8m;3)闸门计算跨度：L=L0+2d=8+20.2=8.40(m)0(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，本闸门属于中等跨度，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。根据闸门的高跨比，决定采用双主梁。为使两个主梁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的作用线9=H3=1.73m(图1)并要求下悬臂a0.12H和a0.4m上悬臂c0.45H,今取：a=0.12H=0.67(m)主梁间距：2B=2(y-a)=21.13=2.26(m)那么(4)梁格的布置和形式。梁格采用复式布置和高等连接，水平次梁穿过横隔板上的预留孔并

3、被横隔板所支撑。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图2所示。(5)连接系的布置和形式。I)横向连接系，跟据主梁的跨度，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。(6)边梁与行走支撑。边梁采用单腹式，行走支撑采用胶木滑道。3、面板设计根据钢闸门设计标准(SL7495)及2006修订送审稿，关于板面的计算，西安估算板面厚度，在主梁截面选择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。假定梁格布置尺寸如图2所示。面板厚度计算公式如下t=a0.94当 b

4、a3 时，a=1.5,那么 t=0.91.5160=0.68a yl当 ba3 时,a=l.4,那么 t=0.91.4i60=0.07a yi现列表1进行计算。面板厚度的估算区格a(mm)b(mm)b/akp(Nmm2)廊t(mm)I143120901.460.4470.0050.0475.27II88220902.370.5000.0160.0896.12III68420903.060.5000.0230.1076.42IV61220903.420.5000.0300.1226.57V60320903.470.5000.0360.1346.47VI40520905.160.750.0410.

5、1756.49注12面板边长ab都从面板与梁格的连接焊缝算起，主梁上黑绿宽为140mmoI、Vl中系数k由三边固定一边简支板查得。根据表1.1计算，选用面板厚度l=7mm(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向拉力计算，面板厚度l=7mm,并且近似的取板中最大弯应力OmaX=b=160Nmr112,那么面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力为=72N卜 WnTVS3081035408264T=2o21023106计算面板与主梁连接的焊缝厚度为面板与主梁连接焊缝取其最小厚度hfu6mm4、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、底梁都是支撑在

6、横隔板上的连续梁，作用在它们上面的水平压力按下式计算，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p(kNm2)梁间距(m)4上十下2(m)a1.+下q=P;(kNm)备注1(顶梁)顶梁荷载按下列图计算171.7351.735Rl=Z2-=4.52(KNIm)1.8851.49215.41.38021.950.993(上主梁)26.11.01026.360.83435.20.86530.450.735（下主梁）43.10.80034.480.71650.90.68034.610.15-1,1.735-Rp0.517（底梁）56.60.33518.9611,885根据上表计算，水平次梁

7、计算荷载取34.61KNm,水平次梁为四跨连续梁，跨度为2.1m（图3）。水平次梁弯曲时的边跨中弯矩为：支座B处的负弯矩为：（2）截面选择。W=M/=16.33106/160=102071W考虑利用面板作为次梁截面的一局部，初选16a,由表查得23I4h=AA=2200ww,W=1083OoAwW,=8660000ww,763mm,=6.5mm0面板参加次梁工作有效宽度按下式计算，然后取其中较小值。按5号梁计算，设梁间距8=SI+3）/2=（790+810）/2=800（相机）确定上式中面板的有效宽度系数G时，需要知道梁弯矩零点之间的距离/0与梁间距b之比值。对于第一跨中正弯矩段取4=0.8/

8、=0.8x2100=1680加力对于支座负弯矩段取4=0.4/=0.4x2100=840加根据/0/力查表得对于%=1680800=2.1,得。=0.716,那么B=g也=573mm；对于4/=84%.05,得及二0.312,那么B=$人=250mm。对第一跨中选用B=543mm那么水平次梁组合截面面积（图4）为组合截面形心到槽钢中心线的距离为跨中组合截面的惯性矩及截面模量为：对支座段选用B=284mm.那么组合截面面积为=2200+2508=4200W组合截面形心到槽钢中心线的距离为支座处组合截面的惯性矩及截面模量为（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

9、需验算支座B处截面的抗弯强度，即：说明水平次梁选用16a满足要求。扎成梁的剪应力一般很小，可不必验算。（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期=30.9KNm那么边跨挠度可近似地计算为：（J）BqP八（”34.6121003or小t.I八八八ZI=0.632-=3.1610-=-0.004/100E1002.06105L598107/250故水平次梁选用16a满足强度和刚度要求。（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16a。底梁也采用16a。5、主梁设计（1）设计

10、资料。1）主梁跨度（图5）；净宽（孔口宽度）L0=8m,计算跨度L=8.4m,荷载跨度L=8m;2）主梁荷载q=84.2KNm.3）横向隔间距：2.1m。4）主梁容许挠度u=L600：（2）主梁设计。主梁设计包括：截面选择；梁高改变；翼缘焊接；腹板局部稳定验算；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。弯矩与剪力。弯矩与剪力计算如下：需要的截面模量。Q235钢的容许应力b=160N/板/考虑钢闸门自重引起的附加应力作用，取容许应力=0.9160N/相机2=i44Nzmz2,那么需要的截面模量为腹板高度选择。按刚度要求的最小梁高（变截面梁）为:min0.96 0.23-0.9Eco

11、= 0.96 0.23 144 8.4 IO22.06105x(16)经济梁高上C=3.IlV2z5=3.1x618102c11o由于钢闸门中的横向隔板重量将随主梁增高而增加，故主梁高度已选得比hec小,但不小于hmin。现选用腹板高度h0=100cm腹板厚度选择。按经验公式计算：Q=/11=J而ll=0.9k三,选用L=Icm翼豫截面选择。每个翼缘需要截面为:下翼缘选用4=2.0Cm（符合钢板规格）hh需要伪=A%=83/2.0=22cm,选用4二26CTn（在5yg=4020cm之间）上翼缘的局部截面可利用面板，故只需设置较小的上翼缘板同面板相连，选用=2.0cm,4=14cm弯应力强度验

12、算。主梁跨中截面（图6）的几何特性如下表表3主梁跨中截面的几何特性部位截面尺寸（cmcm）截面面积A（cm2）各形心离面板离y（Cm）Ay(Cm3)各形心离中合轴y=yx-y（cm）Ay2(cm4)面板局部620.849.60.419.8-46.6107709上翼缘板3O2.O6.1.8108-45.2122582腹板1001.010052.852805.83364下翼缘板40x2.080103.8830456.8258099合计289.613711.8491754截面形心矩截面惯性矩截面模量上翼缘顶边：下翼缘底边：弯应力：C _ MnaXu _Wmax144() .5 X I(X)10089

13、1.43 0.9 1.60 = 1.44(KNcm2)(平安)整体稳定性与挠度验算。因主梁上翼缘直接同钢板相连，按设计标准规定，可不必验算整体稳定性。又因梁高大于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，有必要将主梁支承段腹板高度宽度减小为%=0.6=60cm（图7）。梁高开始改变的位置取在临近支承段的横向隔板下翼缘的外侧（图8）,离开支承段的距离为260-10=250cmo剪切强度验算：考虑到主梁段部的腹板及翼缘局部分别同支承边梁的腹板及翼缘相焊接，故可按工字钢截面来验算剪应力强度。主梁支承端截面的几何特性截面形心矩截面惯性矩截面下半部中和轴的面积矩：剪应力：-3二3.30x105x2.8xia=553N/加m=95N皿(平安)Ixt1.473I41O91Olj3）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VmaX=330KN,截面惯性矩lo=147314Cm4。上翼缘对中和轴的面积矩下翼缘对中和轴的面积矩需要为3.OmniVS13.30IO5X2.180IO614vr;-1.41.47314109115角焊缝最小厚度hf1.5=1.520=6.7wzn全梁的上下翼缘焊都采用h尸8mm。4）腹板的加劲肋和局部稳定验算