钢闸门设计

一、设计资料孔口净宽（m ）9正常挡水位（m ）417闸门底高程（

m ）411.5设计水头（m ） 5.5148.23

钢闸门形式：采用露顶式平面钢闸门结构材料：平炉热轧碳素钢A3焊条：

E43

止水橡皮：侧止水采用P 型橡皮，底止水用条形橡皮。行走支撑：采用滚轮。砼标号：

C25

二、闸门结构的形式及布置1、闸门尺寸的确定1）闸门高度：

5.90闸门挡水时，考虑一定的安全超高

2）闸门的荷载跨度为两侧止水

的间距：

9.00

3）闸门的计算跨

度为：

L=L0+2d

9.40

2、主梁的形式

因本主梁属中等跨度，采用实腹式组合梁3、主梁的布置1）为使两个主梁在设计水位时所承受的水平压力相等，两个主梁的位置应对称布于水压力合力的作用线

y=H/3 1.83 1.8

2）下悬臂

a>=0.12H 0.660.6

3）主梁间距：

2b=2*(y-a) 1.20 1.2

4）上悬臂

c=H-2b-a 2.50c<=0.45H 2.66 2.5

4、梁格的布置形式

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并横隔板所支撑，水平次梁为连续梁。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，横隔板兼作竖直次梁。

其间距为：2350.00mm 2）纵向连接系，不设置纵向连结系

6、边梁与行走支撑

边梁采用双腹式，行走支撑采用悬臂式主轮并兼反轮。

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3所示，面板厚度按下式计算：

式中：

k---弹塑性薄板支撑长边中点弯应力系数，按附录表G1~G3采用а---弹塑性调整系数，b/a>3时，а=1.4;b/a<=3时，а=1.5;

[]

()

mm kp

a

σαδ=

p----面板计算区格中心的水压力强度，N/mm 2;

a 、b---面板计算区格的短边和长边长度，mm ，从面板与主次梁的连接焊缝算起；〔σ〕---钢材的抗弯容许应力，按表4.2-1-2采用

1）当b/a>3时，

2）b/a<=3时，

2、Ⅴ区格中系数k 由三边固定一边简支板算得

根据上表计算，选用面板厚度t 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的横拉力p 按式《水工钢结构第三版》（6-6）计算，并

hf 6mm

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、底梁都是支撑在横隔板上的连续梁，作用在它们上面的水压力可按下式计算;

注：1、采用

现列表计算：

梁号梁轴线处的水压强

度

p (kN/mm ２)

梁间距（mm ）

（a 上+a 下）/２（mm ）

q=p*（a 上+a 下）

/２（kN/m ）

5750M 次中(KN*m)q （kN/m ）

L （m ）k 13.1931.01

2.350.0770

3.872

支座B M 次B(KN*m)q （kN/m ）

L （m ）k 18.3231.01

2.35

0.107

2、截面选择

W(mm 3)M max (N*mm)〔σ〕（N/mm ２）114517.873518322859.76160

考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选［16，由附录三表4查得：

A 2515mm 2Wx

116800

mm 3

Ix 9350000mm 4b165mm d 8.5mm h 160mm

1）B ≤b 1+2C 式（6-11）

式中：

3.84

1720

2次梁13.4

142519.101130

1（顶梁）0.0

24.62880

4次梁33.1

83027.477（底梁）

53.9

300３（上主梁）24.5

100516.17

6（下主梁）48.0

64030.72500

5次梁780

740

40.8

76031.01[]

σM

W =

C---对三号钢C=30t(t 为面板厚度)，对16锰钢C=25t;

2）B=ξ

1b 或B=ξ2b

式（6-12）式中：

b=(b1+b2)/2---b1

和b2分别为次梁与两侧相邻梁的间距；

ξ1，

ξ2----有效宽度系数，可按表G41查得。

ξ1适用于梁的正弯矩图为抛物线的梁段，如在均布荷载作用下的简支梁或连续梁的跨中部分；

ξ2适用于负弯矩图可近似的取为三角形的梁段，如连续梁的支座部分或悬臂梁的悬臂部分。按5号梁计算

确定上式中面板的有效宽度系数是，需要知道梁弯矩零点之间的距离L 0与梁间距b 之比值。

对于第一跨中正弯矩段取L0=0.8L 1880对于支座负弯矩段取L0=0.4L 940

B 485mm 取B 485e 48.00

3、水平次梁的强度验算：第一跨跨中：

支座C 处：

轧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，则边跨跨中挠度可近似的按下式计算：

w/l q （N/mm

）L （mm ）E （N/mm2）I 次（mm4）

0.00082555631.0082350.0020600019423108.750.00073230931.0082350.0020600016894600.25

故水平次梁选用［5、顶梁和底梁

顶梁所受荷载较小，但考虑水平漂浮物的撞击等影响，必须加强顶梁刚度，所以也采用［16。五、主梁设计1.设计资料

1）主梁跨度：

净宽L09m 计算跨度L 9.40m 荷载跨度L19m 2）主梁荷载：

p(kN/m)H(m)q(kN/m)148.23

5.50

74.10

3）横向隔板间距：

2350.00mm

4）主梁允许挠度

(w/l)=1/600

0.001666667

2.主梁设计

主梁设计内容：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

1）截面选择

①弯矩与剪力，弯矩与剪力计算如下：

次

次次EI l EI ql l w 16M 3845B 3

-?=??

? ??-?=

222

11max L L qL M 2

1max qL V =

M max (kN*m)

L(m)L 1(m)q(kN/m)

V max (kN)817.009.409.0074.10333.45

σ=0.9〔σ〕144N/mm2则需要的截面模量为： 5673.61cm3

③腹板高度选择按刚度要求的最小梁高（变截面梁）为：

h min (cm)

σ（N/mm ２）

L(m)E [v/l]87.05144.00

9.40

206000.00

0.0017

98.38cm

由于钢闸门中的横向隔板质量将随主梁增高而增加，故主梁高度宜选得比h BC 小，但不小于h min 。现选用腹h090.00cm ④腹板厚度选择。按经验公式计算：

0.8620.90cm

⑤翼缘截面选择。每个翼缘需要截面为：

A1(mm2)W(mm3)h0(mm)tw(mm)4954.015673611.11900.009.00下翼缘选用:t120.00mm 需要b1247.70300.00mm h0/2.5360.00mm h0/5180.00mm

上翼缘的部分截面可利用面板，故只需设置较小的上翼缘板同面板相连，选用t120.00mm b1140.00mm 面板兼作主梁上翼缘的有效宽度取为：

560.00mm ⑥弯应力强度验算

面板部分560.739.20.35上翼缘板14228 1.7腹 板

90.00

0.90

81

47.7

各形心离面板表面距离(cm)

截面尺寸(cm)部位截面面积A(cm2)

?

?

?

??-?=22211max L L qL M 2

1max qL V =

[]

σm ax M W =[][]

L E L h /23

.096.0min νσ?=5

/21.3W h ec =11

/h t w =001h t W

A ω-

=δ

601+=b B

下翼缘30.002

6093.7

合计208.2

截面形心矩：

45.86cm

截面惯性矩：

328061.60cm4

截面模量：上翼缘顶边：

7154.32cm3

下翼缘底边：

6716.39cm3

弯应力：

121.64（N/mm ２）

⑦整体稳定性与挠度验算。因主梁上翼缘直接同钢板相连，按《设计规范>规定可不必验算整体稳定性。又因

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（节省钢材），有必要将主梁支承段腹0.4h0=

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，离开支承段的距离为:235-10=225cm 。剪切强度验算：

考虑到主梁段部的腹板及翼缘部分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面板部分560.739.20.35上翼缘板14228 1.7腹 板54.000.948.629.7下翼缘30.00

2

6057.7

合计175.8

截面形心矩：

28.25cm

截面惯性矩：

114201.07cm4

各形心离面板表面距离(cm)

部位截面尺寸(cm)截面面积

A(cm2)

∑+=2

3012

Ay h t I ω∑∑=

A

Ay y '

1

1

min y I W =

2

min y I W =

min

max W M =

σ∑∑=

A

Ay y '

1

截面下半部中和轴的面积矩：S

2131.04cm3

6.91

3、翼缘焊缝

翼缘焊缝厚度hf （焊脚尺寸）按受力最大的支承端截面计算。上翼缘对中和轴的面积矩：S11837.23cm3下翼缘对中和轴的面积矩：S21766.87cm3需要

hf （mm ）

V （N ）

S1（mm3）I0（mm4）〔τtw 〕（N/mm2）3.33

333450.00

1837229.08

1142010726.35115.00

hf

8.00

6.71

mm

六、横隔板设计1、荷载和内力计算

横隔板同时兼作竖直次梁，它主要承受水平次梁，顶梁和底梁传来的集中荷载和面板传来的分布荷载，计算M(KN*m)h(m)b(m)h0(m)59.97 2.50 2.350.83

2其腹板选用与主梁腹板同高，采用:

腹板

900.00mm 7.00mm 后翼缘

200.00mm 7.00mm

上翼缘可利用面板的宽度按式：B=ξ2b 确定，

其中

b 2350mm 按式L0/b

2.13mm ξ20.53

则B

1245.5mm 取B

1250mm 7mm

L0/b ξ2b B M(KN*m)2.130.532350125059.97

截面形心到腹

板中心线的距离e 截面惯性矩I(mm 4)

σ(N/mm2)W min (mm 3)［σ］202.631837318256.9121.532785386.92160.00

f ω

τt I S V 0max =

t

h f 5.1≥

七、纵向连接系设计1、荷载和内力计算

纵向连接系承受闸门自重。露顶式平面钢闸门叶自重G 按附录十一附式（1）计算：

式中：Kz--滚轮式支撑，取Kz=1.0 Kc--普通碳素钢，Kc=1.0

八、边梁设计

边梁的截面型式采用双腹式，边梁的截面尺寸按构造要求确定，即截面高度与主梁端部高度相同；腹板厚度与与主梁腹板厚度

截面高度540.00mm 截面厚度9.00mm 翼缘厚度20.00mm 翼缘宽度300.00mm

1、边梁的受力分析

（

1）水平荷载，主要是主梁传里的水平荷载。还有水平次梁和顶、底梁传来的水平荷载。为了简化了起见每个主梁作用在边梁的荷载为R 333.45KN (2)竖向荷载，有闸门自重、滚轮摩阻力、止水摩阻力、起吊力。上滚轮所受的压力：R1282.93

200KN (详细计算见后

)

在最大弯矩作用截面上的轴向力，等于起吊力减去上滚轮的摩阻力，该轴向力

N 166.05KN

2、边梁的强度验算

N/mm2N/mm2