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：9.00m； 设计水头：5.50m； 结构材料：Q235钢； 焊条：E43；

止水橡皮：侧止水用p形橡皮；

行走支承：采用胶木滑道，压合胶木为MCS-2； 混凝土强度等级：C20。

规范：《水利水电工程钢闸门设计规范》 （SL 74-95）。

二、 闸门结构的形式及布置

（1）闸门尺寸的确定（图1）。

1）闸门高度：考虑到风浪产生的水位超高为0.2m，故闸门高度= 5.5 + 0.2 = 5.7（m）；

2）闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：L1 = 9m； 3）闸门的计算跨度：L = L0 + 2d =9+2×0.2=9.4(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的合力作用线y = H/3?1.83m(图1)并要求下臂梁a?0.12H和a?0.4 m。上臂梁 c?0.45H,今取

a=0.63≈0.12H=0.66(m)

主梁间距

2b=2(y~-a)=2×1.2=2.4(m) 则

c=H-2b-a=5.5-2.4-0.63=2.47≤0.45H（满足要求）

（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 图2 所示。

（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 道横隔板，其间距为 2.35 m，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，行走支承采用胶木滑道。

三、面板设计

根据《水利水电工程钢闸门设计规范》 （SL 74-95），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

kpt?________计算

0.9????kp_________?0.68akp 0.9?1.4?160kp_________?0.07akp 0.9?1.4?160 当b/a ? 3 时，a = 1.5 ，则t?a 当b/a> 3时，a = 1.4 ，则t?a现列 表 1 进行计算。

表1 面 板 厚 度 的 估 算

区格 a(mm) b(mm) b/a k P(N/mm) kp 0.059 0.097 0.118 0.134 0.147 0.192 t(mm) I II III IV V VI 1450 1060 680 650 590 580 2340 2340 2340 2340 2340 2340 1.62 2.22 3.46 3.62 3.98 4.05 0.584 0.500 0.500 0.500 0.500 0.750 0.006 0.019 0.028 0.036 0.043 0.049 5.81 6.99 5.61 6.09 6.07 7.79 注 1、面板边长a、b都从面板宇梁格的连接焊缝算起，主梁上翼缘宽为140mm (详见后面)

2、区格I、VI中的系数k由三边固定一边简支板查得。

根据表1计算，选用面板厚度 t = 8 mm。

（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P?0.07t?最大弯应力σ

max =【

max

计算，已知面板厚度t=8mm，并且近似地取板中

σ】=160 N/mm2 则

max

P?0.07t? = 0.07×8×160=89.6（N/mm）

面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力

T=VS/2I0 =441000×620×8×306/2×1617000000=207(N/mm) 由式hf?P2?T2/(0.7??f)计算面板与主梁连接的焊缝厚度为 hf=((p/1.22)2+T2)^(1/2)/(0.7[τ115=2.8(mm)

面板与梁格连接焊缝取其最小厚度hf=6 mm

ht

??)=√89.6×89.6+207×207/0.7×

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，

a上?a下作用在它们上面的水平压力可按式q?p______计算。

2列 表2 计算后得

εq=154.75kN/m

表2 水 平 次 梁 、 顶 梁 和 底 梁 均 布 荷 载 的 计 算

梁 号 强度梁轴 线处 水压 梁间距（m） 2 q?_______a上?a下2a上?a下2q?p_______ 备 注 pkN/m?? 1.52 （m） （kN/m） 1顶梁 顶梁荷载按下图计算 2 13.4 1.18 1.350 18.09 3上主梁 25.0 0.77 4 5 39.6 0.71 6下主梁 46.6 0.65 7底梁 52.9

32.5 0.72 0.975 24.38 0.745 24.21 0.715 28.31 0.680 0.425 31.69 22.48 根据 表2 计算，水平次梁计算荷载取28.31kN/m,水平次梁为四跨连续梁，跨度为2..35m（图3）。水平次梁弯曲时的边跨中弯矩为

M次中=0.077ql2=0.077×28.31×2.35×2..35=12.04(kN﹒m)

支座B处的弯矩为

M次B ==0.107ql2=0.107×28.31×2.35×2.35=15.63(kN﹒m) （2） 截面选择。

W=M/[σ]=×106/160=97688mm3

考虑到利用面板作为次梁截面的一部分，初选 [ 18 a 由附表6.3查的：A=2569mm3；Wx?141400mm4；b=68mm；d=7mm。 mm3；Ix?12727000面板参加次梁工作有效宽度分别按式B?bt?2c及式B??1b或B??2b（其中

b??b1?b2?/2）计算，然后取其其中较小值。

B≤b1+60t= 68+6×8=548mm

B??1b（对胯间正弯矩段）

B??2b（对支座负弯矩段）

按5号梁计算，设梁间距b??b1?b2?/2?(720+710)/2=715(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l0与梁间距b比值。对于第一跨中正弯矩段取l0= 0.8l=0.8×2350=1880 。对于支座负弯矩段取

l0=0.4×2350=940。

表3 面 板 有 效 宽 度 系 数 ?1 和

?2

5 6 8 10 12 L0/b 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3 4 ?1 0.20 0.40 0.58 0.70 0.78 0.84 0.90 0.94 0.95 0.97 0.98 1.00 ?2 0.16 0.30 0.42 0.51 0.58 0.64 0.71 0.77 0.78 0.83 0.86 0.92 根据L0/b查 表3，得

对于L0/b= 1880/715 = 2.63 ，得?1= 0.78 ，则B =0.78×715=558(mm) ; 对于L0/b= 940/715 = 1.31 ，得?1= 0.364 ，则B = 0.364×715=260(mm) ; 对第一跨中选用B=488mm ，则水平次梁组合截面面积 图3 为

A =2569+548×8=6953 mm2

组合截面形心到槽钢中心线的距离为

e=548×8×94/6953=59（mm） 跨中组合截面的惯性矩及截面模量为

I次中=12727000+2569×592+548×8×352=27040000mm4 Wmin=12727000/149=181500mm2

对支座B = 260 mm ，则组合截面面积为

A =2569+260×8=4649 mm2

组合截面形心到槽钢中心线的距离为 e=260×8×94/4694=42(mm)

支座处组合截面的惯性矩及截面模量为

I次B=12727000+2569×422+260×8×422=20970172mm4