下载文档原格式
水工金属结构设计水工金属结构设计是指在水工建筑中，针对所需的结构，使用金属材料进行设计和构造的过程。
金属结构设计在水工建筑中具有很大的应用价值，因为金属材料具有强度高、重量轻、抗风压能力强等优点。
下面将详细介绍水工金属结构设计的相关内容。
水工金属结构设计的基本原则是以满足设计要求为基础，考虑结构的安全性、经济性、美观性等方面的因素。
在设计过程中需要进行结构分析，包括受力分析、变形计算和稳定性分析等。
同时需要考虑到金属材料的性能和特点，如强度、刚度、可焊性等，以确保设计的可行性和可靠性。
在水工金属结构设计中，需要根据具体的工程要求和使用环境选择合适的金属材料。
常见的金属材料有钢材、铝材、铜材等。
钢材通常用于承受大荷载的结构，具有高强度和耐腐蚀性；铝材重量轻、可抗强风荷载，适用于轻型结构；铜材具有良好的抗腐蚀性和导热性能，适用于一些特殊环境下的结构。
水工金属结构设计的工作内容包括梁柱的选型和尺寸计算、节点设计与连接方式的确定、板材的选择与厚度计算等。
针对不同类型的水工建筑，还需要考虑水力特性和水动力荷载对金属结构的影响。
同时也需要对设计方案进行全面评估，包括结构的可施工性、维护保养的难易程度等方面的考虑。
在水工金属结构设计中，需要应用一些工程软件或计算方法进行分析和计算。
常用的软件有有限元分析软件、结构建模软件等。
这些软件可以辅助进行受力分析、变形计算和稳定性分析等工作，提高设计的准确性和效率。
在设计过程中，需要遵循相应的设计规范和标准，如国家建筑标准、水利水电工程金属结构设计规范等。
这些规范和标准对结构的安全性和可靠性有着具体的要求，设计人员需要遵守并参考这些规范和标准。
总而言之，水工金属结构设计是一项复杂的工作，需要综合考虑多个因素和要求。
设计人员需要具备扎实的结构和力学知识，熟悉金属材料的性能和特点，应用适当的工程软件进行分析和计算。
通过科学严谨的设计，可以确保金属结构在水工建筑中的安全性、经济性和美观性。
水工金属结构制造与安装施工方案
一、前言
水利工程建设中，水工金属结构的制造与安装是至关重要的环节。
本文将从实
际施工的角度出发，探讨水工金属结构的制造和安装方案，以确保工程质量和安全。
二、材料准备
1. 选材
水工金属结构的制造需要选用高质量材料，常见的有钢材、铝材等。
根据工程
要求和环境特点，选择合适的金属材料。
2. 材料检测
在使用金属材料前，需要对其进行检测，确保其质量符合标准要求。
包括金属
材料的强度、硬度、延展性等参数的检测。
三、结构制造
1. 切割加工
根据设计图纸，对金属材料进行切割加工，制作出所需形状和尺寸的零部件。
在切割加工过程中，注意安全，确保精准度和质量。
2. 焊接组装
将切割好的零部件进行焊接组装，构成水工金属结构。
在焊接过程中，要注意
焊接技术和参数的控制，确保焊缝质量达标。
四、安装施工
1. 基础施工
在进行水工金属结构安装之前，需要先进行基础施工。
确保基础牢固、平整，
符合金属结构的承载要求。
2. 结构安装
按照设计要求，将制造完成的金属结构进行安装。
在安装过程中，需要注意吊
装和固定的安全，保证结构稳定。
3. 检测验收
安装完成后，对水工金属结构进行检测验收。
包括外观质量、尺寸精度、连接牢固度等方面的检测，确保结构符合设计要求。
五、总结
水工金属结构制造与安装施工方案的实施需要严格按照设计要求和标准操作，保证工程质量和安全。
只有在各个环节都严谨把关，才能确保水工金属结构的稳定性和可靠性。
水工金属结构制造与安装施工方案1. 引言本文档旨在提供水工金属结构的制造与安装施工方案，以确保项目的顺利进行和高质量的完成。
水工金属结构广泛应用于桥梁、码头、船坞等场所，承载重量大、抗风抗倾覆性能好，具有较长的使用寿命。
为了确保水工金属结构的安全性和可靠性，在制造与安装施工过程中需要严格按照规范和标准执行。
2. 材料准备2.1 钢材•钢材的选择应符合设计要求，并具备足够的强度和耐久性。
常用的钢材包括碳素结构钢、低合金钢和合金结构钢。
•钢材的规格应根据设计要求进行选择，确保满足强度、刚度和稳定性等要求。
•钢材应进行质量检测，包括化学成分、力学性能和无损检测等。
2.2 螺栓和连接件•螺栓和连接件的选择应符合相关标准，并具备足够的强度和耐久性。
•螺栓和连接件应进行质量检测，包括化学成分、力学性能和无损检测等。
•螺栓的紧固力应符合设计要求，使用力矩扳手进行紧固，并定期进行检查和维护。
3. 制造工艺3.1 钢材切割•钢材切割应使用机械切割或手工气割等设备进行，确保切割面平整并无严重变形。
•手工气割时应注意安全，佩戴防护设备，并确保切割点附近无易燃物。
•切割后的钢材应进行打磨、除锈等处理，以减少焊接缺陷的发生。
3.2 钢材焊接•钢材焊接应使用符合标准的焊接方法和操作规程。
•焊接前应对接头进行清洁和除锈处理，以提高焊接质量。
•焊接过程中应注意焊接参数的控制，包括电流、电压和焊接速度等。
•焊接后应进行焊缝的表面处理，以提高抗腐蚀性能。
3.3 钢材加工•钢材加工包括钻孔、弯曲、冷冲压等工艺。
•加工过程中应使用合适的工具和设备，并按照设计要求进行加工。
•加工后的钢材应进行检查，确保尺寸和形状满足要求。
4. 安装施工4.1 基础准备•安装前应清理基础，确保基础表面平整、无浮土和杂物。
•根据设计要求，应进行基础验收和检测，确保符合承载能力和稳定性等要求。
•在基础上设置标线，以便进行正确的定位和安装。
4.2 构件安装•构件安装应按照施工图纸和工艺要求进行，保证安装位置和方向正确。
6 金属结构设计6.3 金属结构设计计算6.3.1 设计资料（1）闸门型式：露顶式平面钢闸门 （2）孔口尺寸（宽×高）：6m×3m （3）设计水头:3.16m （4）结构材料：Q235钢 （5）焊条：E43（6）止水橡皮：侧止水型号采用P45-A ，底止水型号采用I110-16 （7）行走支承：采用胶木滑道，压合胶木为MCS-2 （8）混凝土强度等级：C25（9）规范：《利水电工程钢闸门设计规范》（SL74-95）6.3.2 闸门结构的形式及布置 6.3.2.1 闸门尺寸的确定1.闸门高度:考虑风浪产生的水位超高，将闸门的高度确定为3m 。
2.闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：L 0=6.0m3.闸门计算跨度：L=L 0+2d=6.0+2×0.15=6.3m6.3.2.2静水总压力闸门在关闭位置的静水总压力如图6.1所示，其计算公式为：229.8344.1/22gh P kN mρ⨯===图6.1 闸门静水总压力计算简图P6.3.2.3 主梁的形式主梁的形式应根据水头的大小和跨度大小而定，本设计中主梁采用实腹式组合梁。
6.3.2.4主梁的布置根据主梁的高跨比，决定采用双主梁。
两根主梁应布置在静水压力合力线上下等距离的位置上，并要求两主梁的距离值要尽量大些，且上主梁到闸门顶缘的距离c小于0.45H，且不宜大于3.6m，底主梁到底止水的距离应符合底缘布置的要求。
故主梁的布置如图6.2所示图6.2 主梁及梁格布置图6.3.2.5 梁格的布置和形式梁格采用复式布置并等高连接，并使用实腹式竖向隔板兼作竖直次梁，使水平次梁穿过隔板上的预留孔而成为连续梁，其间距上疏下密，面板各区格需要的厚度大致相等，具体布置尺寸如图6.2所示。
6.3.3 面板设计根据《利水电工程钢闸门设计规范》（SL74-95），关于面板的计算，先估算面板厚度，在主梁截面选择之后再计算面板的局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力。
6 金属结构设计6。
3 金属结构设计计算6.3.1 设计资料（1）闸门型式:露顶式平面钢闸门 (2）孔口尺寸（宽×高):6m×3m （3)设计水头：3.16m （4）结构材料：Q235钢 (5)焊条：E43(6）止水橡皮：侧止水型号采用P45-A ，底止水型号采用I110-16 （7）行走支承：采用胶木滑道，压合胶木为MCS —2 （8）混凝土强度等级：C25 （9）规范：《利水电工程钢闸门设计规范》(SL74—95)6。
3.2 闸门结构的形式及布置 6。
3。
2.1 闸门尺寸的确定1.闸门高度:考虑风浪产生的水位超高，将闸门的高度确定为3m 。
2.闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：L 0=6。
0m 3。
闸门计算跨度：L=L 0+2d=6。
0+2×0.15=6。
3m6.3。
2。
2静水总压力闸门在关闭位置的静水总压力如图6。
1所示，其计算公式为：229.8344.1/22gh P kN mρ⨯===图6。
1 闸门静水总压力计算简图P6.3。
2。
3 主梁的形式主梁的形式应根据水头的大小和跨度大小而定，本设计中主梁采用实腹式组合梁.6。
3。
2。
4主梁的布置根据主梁的高跨比,决定采用双主梁.两根主梁应布置在静水压力合力线上下等距离的位置上,并要求两主梁的距离值要尽量大些,且上主梁到闸门顶缘的距离c小于0。
45H，且不宜大于3。
6m,底主梁到底止水的距离应符合底缘布置的要求.故主梁的布置如图6.2所示图6。
2 主梁及梁格布置图6。
3。
2。
5 梁格的布置和形式梁格采用复式布置并等高连接，并使用实腹式竖向隔板兼作竖直次梁，使水平次梁穿过隔板上的预留孔而成为连续梁，其间距上疏下密，面板各区格需要的厚度大致相等，具体布置尺寸如图6.2所示。
6。
3.3 面板设计根据《利水电工程钢闸门设计规范》（SL74-95），关于面板的计算，先估算面板厚度，在主梁截面选择之后再计算面板的局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力.初选面板厚度.面板厚度计算公式为:δ当b/a＞3时，α=1.4；当b/a≤3时,α=1。
基于Inventor的水工金属结构参数化设计及实际工程运用摘要：在运用BIM软件进行水工金属结构闸门设计、制图过程中，延用传统拼装设计理念，经常会出现零件在装配时不相匹配；方案变化时难以再对闸门模型尺寸进行小幅调整等问题，给设计人员增加了很大的工作量。
目前，在水利水电行业中，BIM软件设计还未广泛运用于实际工程中，基于BIM软件的参数化设计则更是鲜有人为。
本文以深圳机场4#调蓄池泵闸站拆除及新建工程中泵站内进、出水口闸门设计为例，采用Inventor软件尝试对其进行参数化设计、装配并绘制施工图。
实践证明，利用BIM软件来完成闸门施工图设计不仅可以更直观和方便的体现闸门设计过程，以及避免绘图时的笔误，而且在结合参数化设计的情况下，使闸门设计更高效。
关键词：BIM；水工金属结构；闸门；参数化伴随着21世纪我国经济和科技的飞速发展，以及数据革命的不断更新，BIM （Building Information Modeling）技术成了国内土木工程行业的热门话题。
深圳市水务规划设计院经过之前多次项目在BIM软件上的磨合，首次将BIM设计运用到实际工程的全阶段（可研、初设、施工图）设计中，从而使项目工程质量、进度、造价等均得到了有效控制。
笔者用BIM软件对水工金属结构设计、出图、交付模式进行了探索，并针对工程具体情况，对水工闸门进行了参数化设计的初步研究。
本文就以深圳机场4#调蓄池泵闸站拆除及新建工程中水工金属结构钢闸门施工图设计为例，运用Inventor软件对其进行设计，为日后类似用BIM软件进行水工金属结构的设计提供参考。
1、计算根据初步设计的条件，对闸门主体框架结构（梁系、面板）进行初步复核。
闸门采用潜孔式平面定轮钢闸门，结构形式为四主横梁，主梁截面形式为工字型焊接组合结构。
行走支承为简支定轮,侧水封为P型定型橡皮，底水封为刀型定型橡皮，闸门采用下游止水。
主轨为焊接组合截面，导向装置为侧向定轮。
2、建模闸门为潜孔式平面定轮钢闸门，尺寸为6.84×3.245×0.64m（宽×高×厚）。
为使两主梁在设计水位时所受的水压力相等，两个主梁的位置对称于水压力合力的作用线，如图9-1所示。
主梁位置还需要满足下列要求：①主梁的间距应尽量大些，以保证闸门的竖向刚度。
②闸门的上悬臂c不易过长，通常要求CO.45H ,以保证门顶悬臂部分有足够的刚度。
悬臂c 值也不宜超过3.5m。
③主梁间距应满足滚轮行走支承布置的要求。
④工作闸门的下主梁距平面闸槛的高度应不至于产生真空现象，并要求下悬臂a >0.12H 和a >0.4m，取：a=0.12 X6 M D.7m，c=0.45 X6=2.7m ;主梁间距：2b=H-c-a=6-2.7-0.7=2.6m ;一6000 一10出0 一一1430 GL 丄陋0 GL 阴0二匸690」也£CL :一100-T r_ /50 _ _ 巧20 1130 _；_ 95Q _ _ 840 亠8102700 —— 2 呦D ——700图9-1梁格布置尺寸4、 梁格的布置及型式梁格采用复式布置和等高连接，使水平次梁、竖直次梁和主梁的前翼缘都直接与 面板相连，以便于梁系与面板形成强固的整体，面板可与梁系共同受力，形成梁截面 的一部分，从而减少梁系的用钢量。
水平次梁穿过横隔板上的预留孔并被横隔板支承 成为连续梁，面板直接支承在梁格的上翼缘上。
水平次梁间距布置上疏下密，使面板需要的厚度大致相等。
具体数据见“面板设 计” 一节。
5、 联接系的型式及布置① 横向联接系为了简化闸门的制造、横向联接系采用横隔板式，其布置应和梁的设计跨度有关,本闸门根据主梁的跨度决定布置三道横隔板，间距为 2.18m 、2.18m 、2.175m ，隔板兼做竖直次梁。
2■:-»2180水平次梁底梁11 a1 11 ip r 鬥4!k h1 1< 13 1O5M上游面F 游而I I水半欢d 2180O I ■£]¥'・〕制I '21肓十60匚-------------------------- -I乂下主梁；■»，三］S'，占匸*s = 毒 左 左 #li因此作用在主梁上的最大剪力和弯矩分别为:②截面模量计算考虑钢闸门自重引起的应力影响，取容许弯应力为[o]=0.9x1600kg/cm 2，则需要的截面抵抗矩为:W仏26・92 1051869cm 3 o[]0.9 1600③ 腹板高度选择k=1.5，双向水压力作用在下主梁的均布荷载为：q1.94t / m ;Q maxqL i 11.942 2 10 9.70t ；M maxqLL 1 426.92 t m 。
总710003 1000 100010mm ；由于钢闸门中的横向隔板重量随主梁增高而增加, 故主梁高度宜选得比h j 小，但按刚度要求的最小梁高（变截面梁）为:腹板厚度近似地估计为:注：翼缘截面不改变的焊接梁 95.8cmo1 || 1 ||1 —H|| 1X图9-5 主梁支承端截面截面形心矩：y i =5866.2429.7cm ;197.6截面惯性矩：l=134722cm 4; 截面下半部对中和轴的面积矩： S 2595cm 3 ；剪应力：QmaxS165kg/cm <[ T =950kg/cm 2。
I 03、翼缘焊缝全梁上、下翼缘焊缝都采用 h f =6mm 4、腹板的加劲肋和局部稳定性验算翼缘焊缝厚度h f 按受力最大的支承端截面计算, 最大剪力 Q max =9.7t，截面惯性矩 b=152754cm 4。
上翼缘对中和轴的面积矩:S 1 349.6 29.3 28 27.92334cm F 翼缘对中和轴的面积矩:3S 260 34.12047cm ；需主I ifQS 11.41。
9.7 103 23341.4 152754 11500.03cm ；实用标准文案水平梁荷载计算表由表9-5得出，水平次梁计算荷载按2.255t/m ，水平次梁为四跨连续梁，跨度 为2.18m 。
水平次梁局部弯曲时的边跨中弯矩为：M 次中丄 0.077ql 2 0.83 t m ;支座的负弯矩为：2M 次 B = 0.107ql1.15 t m ;2、截面选择具体计算见表9-5 。
表9-5梁号梁轴线处水压强度 p （t/m 2）梁间距a （m ）(a 上 +a 下)/2 1.621.13 1.042.520.95 0.8952.52 0.84 0.8252.52 0.81 0.7052.520.600.4备注顶梁荷载按下式计算:1.5721.57q —21.72 3-=0.375t/mq (t/m 2)3 （上主梁）1.6852.2552.0796 （下主梁）1.7777 （底 1.008采用扁钢200 X8mm。
前翼缘可利用的面板宽度按下式计算：B= Z b式中横隔板间距b=218cm，按l o/b=2 X270/218=2.48 查表确定有效宽度系数Z 2=0.58，故B= Z b=0.58 X218=126cm。
图9-8 横隔板截面截面形心到腹板中心线的距离:1300.8 50.4200.85°.4 22.18cm ;130 0.8 20 0.8 100 0.8截面惯性矩:273130.87 cm4；由于横隔板截面高度较大，剪切强度更不必验算，横隔板翼缘焊缝采用最小焊缝厚度h f=6mm 。
3I0.8 1003120.8 1 00 22.182 0.8 2 0 72.5820.8 1 30 28.222抗弯截面模量:验算弯应力：273130.8772.983742.54cm3;191.1kg / cm2<[ o]。
Wmin7.15 1053742.540.13 t-0. 33 t |0. 1 \-0.44 t ]0. 26 10. 26 1 |V一■芒U ；0 1 \<33 t/X//X jF12175- 21802IKDl 2175 ----- ---------0.52 1--------- ------------------ ------------------ -----------------2、斜杆截面计算图9-9纵向联接系计算图斜杆受的最大拉力N=0.51t ,但考虑闸门偶然扭曲时可能受压力, 故长细比的限制值应与压杆相同，即入w ［乃=200 o选用单角钢/ 100 X8，查表得截面面积 A=15.6cm 2，回转半径r y0=1.98cm 。
斜杆计算长度：I。
09. 2.622.1823.05m ;长细比:lry03.05 100154 <[为=200 ;1.98按拉杆验算强度:-510 33kg / cm 2 <0.85[ o]=1360kg/cm29.1.1.6纵向联接系设计1、荷载与内力计算纵向联接系承受闸门的自重，露顶式平面钢闸门门叶自重G 按下式计算:G K z K c K y H 1.43B 0.88 0.81 1.0 0.13 6.01'43 100'88 10.36t ;下游纵向联接系承受0.4G=0.4 X 10.36=4.14t 。
4 14 纵向联接系视作简支的平面桁架，节点荷载为：4141.04t o 4计算杆件内力，如图9-9所示。
90” 52 I实用标准文案图9-12 轨道截面尺寸（单位：cm ）②轨道横截面弯曲应力3Ph k 8W k2 29.8N / mm [ ] 140N / mm ；③ 轨道颈部的局部承压应力2C2 2C d 3 hT 12・7N/mm [ ]140N/mm9.1.1.9闸门启门力和吊座计算1、 闸门启门力计算具体计算见“启闭机选型”一节其中：l k 3.5 20 7.452 3.5 15 9.0525 13 0.825 133 129142cm 4 ；W k9142 10.8846cm 3 ；3Ph k 8W kJD C实用标准文案① 吊轴采用3号钢，[T =650kg/cm 2,采用双吊点，每边起吊力为:② 吊耳板强度验算其直径取为3d=3 X8=24cm 。
吊耳板半径R=12cm ，周孔半径r=4cm , [ ok]=1200kg/cm 2，所以吊耳孔壁拉应力:2 2k a仁22945kg / cm 0.8[ k ]960kg / cm ；故满足强度要求。
9.1.2平面钢闸门防腐 9.1.2.1 腐蚀原因类型平面钢闸门腐蚀主要是化学过程，可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
1、 化学腐蚀化学腐蚀是金属表面的原子直接与反应物（如氧、水、酸）的分子相互作用，遵 循化学的多相实用标准文案 吊轴每边的剪力:需要吊轴截面积:「2「2竽碍；N 24.2 …19 2I 2 Q 12100[]650 4A4 18.64.9cm 。
按局部紧接承压条件,吊耳板采用A3钢板，其[o cj ]=800kg/cm 2 ,需要的厚度为:N 24.2 10 d[ cj ]8 .8cm ;800因此在边梁腹板端部的两侧各焊接一块厚度为2cm 的加强板。
加强板采用圆形,3N 24.2 10cjd2756 kg /cm ；122 42NQA2 18.6cm ;所以吊轴直径：d。
