水工钢结构钢闸门课程设计

水工程钢结构课程设计--潜孔式平面钢闸门设计
潜孔式平面钢闸门的设计是水利工程钢结构的一项重要课程设计。

这是一种细节设计
非常复杂的落水阀，其用途是控制水流量，引导水体流向特定方向。

该类落水阀采用潜孔式平面钢结构，可以实现水体狭小的开启和关闭，以及沿着水渠
或河道浮动控制管道。

其结构特征经过良好设计后，可以有效限制阀门的漂浮和旋转。

在设计中，潜孔式钢闸门的尺寸大小和参数定量化应该根据水体的性质及其与结构的
可承受应力和受力状况相结合，考虑到该类钢闸门在潜孔沟壑中受到局部流体力和水面波
动的影响，易受抗湍行为影响，要求对应力计算和水力性能计算稳健有效。

按照设计要求，结构参数应该满足要求，这里明确指出受力水平在概率变异限度，使用的材料符合用途的
性能需求，并符合抗腐蚀性能要求和安装要求。

在搭建钢结构时，必须采用有限元方法，以便得出结构的整体稳定性及构件的稳定性。

通过有限元分析，可以确定构件的稳定性及受力状态，并进行结构完整性计算，以保证设
计结构和构件能满足设计要求。

此外，还必须按设计要求处理各种涂层，以便防止潜孔式钢闸门构件在使用时受腐蚀，对符合要求的涂层、密封因素进行严格的检查，以保证构件的正常使用。

总之，潜孔式平面钢闸门的设计必须结合水体流动的特性、材料的受力能力、构件的
受力特性以及抗腐蚀涂层的质量，按照规范要求结合合理的结构形式和准确的计算方法，
才能保证设计方案的有效性和可行性。

课程设计说明书课程名称 :水利水电工程钢结构课程设计课程代码 :8203281题目 :某小型钢闸门设计及小型拦污栅的设计学生姓名 :学号 :年级/专业/班:学院(直属系):能源与环境学院指导教师 :徐良芳实验总成绩:水利水电钢闸门设计一、 设计资料：1、 露顶式平面钢闸门设计：①闸门形式：露顶式平面钢闸门 ②孔口尺寸（宽×高）：7.5m ×8.0m ③上游水位：7.8m ④下游水位：0.1m ⑤闸底高程：0m⑥启闭方式：电动固定式启闭机 ⑦材料 钢结构：Q235-A.F ； 焊条：E43型；行走支承：滚轮支承或胶木滑道止水橡皮：侧止水用P 型橡皮，底止水用条形橡皮⑧制造条件 金属结构制造厂制造，手工电弧焊，满足Ⅲ级焊缝强度质量检验标准⑨规范：《水利水电工程钢结构闸门设计规范 SL 1974-2005》 2、拦污栅设计： ①拦污栅型式：固定式平面拦污栅②尺寸（宽×高）：7.5m ×8.0m ③水头：4m二、 闸门结构的型式及布置1．闸门尺寸的确定：上游水面高度7.8，考虑风浪因素闸门应高出0.2m ，故闸门高度H=7.8+0.2=8m 闸门净高：8.0m 闸门高度：8.0m闸门的荷载跨度为两侧止水之间的间距：L=7.5m闸门的计算跨度：L= L 0+2d = 7.5+2×0.2 = 7.9m 2．主梁的形式:本闸门属于小跨度中水头闸门，所以主梁采用实腹式组合梁。

3．主梁的布置因为闸门跨度L 小于闸门高度H ，所以采用主梁式。

根据闸门的高跨比，决定采用3主梁。

水面至门底的距离为H ，主梁个数为3，设第K 根主梁至水面的距离为Y k 则根据以下公式求得：露顶式闸门：()[]5.15.1132--=K K nH y k计算结果及分布如下图所示：1.连接系的布置和形式（1）横线连接系，根据主梁的跨度，决定布置3道横隔板，其间距为中央三隔板间距2m，隔板与边梁间距1.95m，横隔板兼做竖直次梁。

水工钢结构课程设计任务书（平面钢闸门设计）班级：农业水利工程12-1、2一、设计任务为某水库溢洪道设计平面钢闸门一面，作为主要工作闸门。

二、设计资料1、 孔口净宽：12米。

2、 计算水头：6米。

3、 材料：门叶结构 Q235，侧止水用P －60A 型橡皮，底止水用I110—16条型橡皮，焊条 E43型，砼等级C20，采用普通螺栓。

4、参考资料：《水工钢结构》范崇仁主编，《水利水电工程钢闸门设计规范》。

三、设计要求1、 编写设计书，参照“设计计算参考提纲”的内容，对原则问题应有简略的论证并附必要的简图。

用A4打印，用铅笔绘制简图。

2、 手工绘制施工图，图幅为A2图2张（或A3图4张）。

图中包括：门叶结构总图、侧视图、俯视图、必要的大样图，闸槽尺寸及埋固构件。

比例根据布图需要自定。

3、 作出闸门的材料表附在设计图上。

四、设计参考提纲1、 根据闸门工作条件，初步拟出闸门的构造形式及其总体布置⑴ 选择闸门的基本尺寸门高：6＋0.3（门的超高，高出孔口净高）=6.3ｍ。

门宽：为了布置侧止水和行走支承闸门宽度等于孔口净宽＋2×0.3ｍ。

⑵ 选择梁格布置方案主梁根数和布置，为简化设计和制造方便，又能保持闸门的整体刚度。

对与跨度远大于门高平面闸门，宜采用双主梁的复式梁格。

主梁位置按等水压力的原则布置，上下主梁应放置在离水压合力作用线相等的位置，并要求门的下悬臂≥0.12门高，上悬臂≤0.45门高。

水平次梁的间距，根据水压力的变化，应布置上疏下密，使各区格的面板厚度大致相同。

次梁可采用槽钢（包括顶梁和底梁）。

底梁不到底，布置底止水。

设置横隔板三道，等间距。

边梁采用单腹式。

⑶ 梁格采用齐平连接水平次梁穿过横隔板成连续梁。

纵向联结系，两主梁的下翼缘设斜杆，形成纵向桁架。

将所选择的梁格布置方式、行走支承的位置绘出简图。

2、 面板设计根据梁格布置，进行面板设计。

列表估算面板厚度，结合构造要求选择面板厚度。

对底梁下的面板悬出段，应按悬臂板进行验算。

《水工钢结构》暨露顶式平面钢闸门课程设计一、设计资料某水库溢洪道工作闸门，孔口净宽8.0m，设计水头H=5m，采用直升式露顶平面钢闸门，门顶超高取0.2m，试设计闸门门叶结构、门槽埋件、选择启闭机设备。

闸门门叶采用Q235钢，焊条E43 。

侧止水选用P60A型，底止水选用I110—16型。

行走支承（学号为单号者，采用胶木滑道，压合胶木为MCS—2。

学号为双号者，采用滚轮支承）。

闸墩混凝土强度等级C20。

依照《水利水电工程钢闸门设计规范》SL74—95设计。

二、设计内容及步骤1、闸门结构的形式及布置整个设计过程的关键，应综合考虑各方面因素。

内容包括：闸门尺寸确定，门叶上需要的各种构件、数目及所在位置，梁格的形式及连接方式，联结系的布置和形式及边梁与行走支承。

首先确定主梁形式、数目、位置，然后确定水平次梁及竖直次梁的形式、数目和位置。

2、面板设计在满足强度要求的基础上，设计出一经济合理的面板厚度。

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、水平次梁、顶梁和底梁设计水平次梁采用不等肢角钢（单学号），槽钢（双学号）。

顶、底梁宜采用槽钢。

在计算出各构件的内力后，选择各梁的截面，考虑利用部分面板抗弯，将所选截面适当缩小。

之后，进行强度、刚度验算。

4、主梁设计采用焊接组合截面，面板兼作主梁上翼缘的有效宽度按教材（7—11）式确定。

内容包括：截面选择、（梁高改变）、翼缘焊缝、腹板局部稳定验算、面板局部弯曲与主、（次）梁整体弯曲的折算应W要求，可不改变梁高。

力验算。

若主梁高度满足门槽宽深比D5、竖直次梁及横向联结系设计横向联结系用横隔板，并兼作竖直次梁。

按构造要求确定其尺寸，即截面高度、腹板厚度与主梁相同，横隔板可不设上翼缘，其下翼缘用宽度100~200mm厚度10~12mm的扁钢做成。

因横隔截面尺寸大，应力很小，可不进行强度验算。

6、纵向联结系设计闸门自重G按教材附录十一附式（1）计算。

课程设计说明书课程名称:水工钢结构课程代码:题目:露顶式钢闸门平面设计及拦污栅设计学生姓名:学号:年级/专业/班:学院(直属系) :指导教师:目录摘要 .............................................................................................................................................................. - 4 -引言 ................................................................................................................................................................ - 5 -任务与分析 ........................................................................................................................................................ - 6 -1 工程概况 ........................................................................................................................................................ - 7 -露顶式平面钢闸门设计 (7)拦污栅设计 (7)3闸门的结构形式及布置 .................................................................................................................................. - 7 -闸门尺寸的肯定. (7)主梁的形式 (8)主梁的布置 (8)梁格的布置和形式 (9)连接系的布置和形式 (9)边梁与行走支承 (9)4面板设计 ....................................................................................................................................................... - 10 -估算面板厚度 (10)面板与梁格的连接计算 (10)5水平次梁、顶梁和底梁的设计 ..................................................................................................................... - 11 -荷载与内力计算 (11)截面选择 (12)水平次梁的强度验算 (13)水平次梁的挠度验算 (14)顶梁和底梁 (14)6主梁设计 ....................................................................................................................................................... - 14 -设计资料.. (14)主梁设计 (14)7横隔板设计.................................................................................................................................................... - 18 -荷载和内力计算。

设计目录：（1）设计资料及有关规定。

1（2）闸门结构的形式及布置。

1<1>闸门尺寸的确定。

1<2>主梁的布置。

1 （3）面板设计。

2 （4）水平次梁、顶梁和底梁地设计。

3 （5）主梁设计。

6 （6）横隔板设计。

8 （7）边梁设计。

9 （8）行走支承设计。

10 （9）胶木滑块轨道设计。

11 （10）闸门启闭力和吊座验算。

11一、设计资料及有关规定：1.闸门形式：潜孔式焊接平面钢闸门。

2.孔的性质：深孔形式。

3.材料：钢材：Q235焊条：E43；手工电焊；普通方法检查。

止水：侧止水用P型橡皮，底止水用条型橡皮。

行走支承：采用胶木滑道，压合胶布用MCS—2。

砼强度等级：C20。

启闭机械：卷扬式启闭机。

4.规范：水利水电工程刚闸门设计规范（SL74-95），中国水利水电出版社1998.8二、闸门结构的形式及布置（一）闸门尺寸的确定（图1示）1.闸门孔口尺寸：孔口净跨：3.50m。

孔口净高：3.50m。

闸门高度：3.66m。

闸门宽度：4.20m。

荷载跨度：3.66m。

计算跨度：3.90m。

2.计算水头：50.00m。

（二）主梁的布置1.主梁的数目及形式主梁是闸门的主要受力构件，其数目主要取决于闸门的尺寸。

因为闸门跨度L=3.50m,闸门高度h=3.66m,L<h。

所以闸门采用4根主梁。

本闸门属中等跨度，为了便于制造和维护，决定采用实腹式组合梁。

2.主梁的布置本闸门为高水头的深孔闸门，孔口尺寸较小，门顶与门底的水压强度差值相对较小。

所以，主梁的位置按等间距来布置。

设计时按最下面的那根受力最大的主梁来设计，各主梁采用相同的截面尺寸。

3.梁格的布置及形式梁格采用复式布置与等高连接，水平次梁穿过横隔板所支承。

水平梁为连续梁，间距应上疏下密，使面板个区格需要的厚度大致相等，布置图2示三、面板设计根据《钢闸门设计规范SDJ —78（试行）》关于面板的设计，先估算面板厚度，在主梁截面选择以后再验算面板的局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力。

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:Q 2 3 5 B — F ；焊 条：焊条采用E 4 3 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：C 2 0；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 执行规范：《水利水电工程钢闸门设计规范》(SL74-1995）。

2、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：考虑风浪所产生的水位超高为0.2m ，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的间距：L 1=8m;3） 闸门计算跨度：L=L 0+2d=8+2 0.2=8。

40(m).1（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ӯ=H/3=1。

73m(图1）并要求下悬臂a ≥0。

12H 和a ≥0.4m 、上悬臂c ≤0.45H ，今取：a=0.12H=0。

67(m) 主梁间距：2B=2（ӯ－a)＝2⨯1.13=2.26(m)则H a b H c 45.067.061.252.22.52 =--=--=（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。

1）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。

三峡大学水工钢结构课程设计----露顶式平面刚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)；图1闸门的主要尺寸图（单位：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 ≈1.83 (图1) 并要求下臂梁H a 12.0≥和≥a 0.4 。

上臂梁H c 45.0≤,今取)(66.012.064.0m H a =≈=主梁间距)(38.219.12)(2m a y b =?=-=-则H m b H c 45.0)(48.264.038.25.52≈=--=-=（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。

图2 梁格布置尺寸图（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。

一、设计资料闸门形式：溢洪道露顶式平面钢闸门孔口净宽：10.00m设计水头：6.00m结构材料：Q235止水橡皮：侧止水采用P型橡皮，底止水采用条形橡皮行走支承：采用胶木滑道，压合胶木为MCS-2混凝土标号：C20二、课程设计(综合实验)的目的与要求1.熟悉钢结构设计原理及钢闸门设计计算方法，设计成果包括：设计说明书1份、大图1张。

2.设计说明书应内容完整、条理清楚、表达规范，书写工整。

应包括封面、目录、设计任务和设计资料、设计计算过程（包含必要的图表）、参考文献等内容，如有必要，尚应包括有附录。

3.设计说明书主要记录全部的设计计算过程，引用数据应有依据．．．．．．．．．．，计算结果应与．．．．．．．．，计算中应有必要的说明图纸表达一致。

设计说明书中应绘出钢闸门布置图、相应的计算简图和截面图等。

4.按制图标准绘图，图面布置合理，线条清楚，文字规范，表达正确。

5.每组组长请于最后一天下午4:00前将本组成员的设计成果收齐上交。

三、设计（实验）正文1、闸门结构的形式及布置1.1 闸门尺寸的确定(例图7-1)。

闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为0.2m,故闸门高度=6+0.2=6.2m；闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：L1=10m;闸门的计算跨度：L=L0+2×0.2=10+0.4=10.4m;1.2主梁的形式主梁的形式根据水头合跨度大小而定，本闸门属中等跨度为了便于制造和维护，决定采用实腹式组合梁。

1.3 主梁的布置根据闸门的高跨比，决定采用双主梁。

为使两个主梁在设计水位时所承受的水压力相等，两个主梁的位置应对称于水压力合力的作用线y=H/3=2.0m（例图7-1）,并要求下悬臂a≥0.12H和a≥0.4m,上悬臂、c≤0.45H,今取，a=0.7m≈0.12H=0.72m则主梁间距：)⨯b==-y=23.1(6.2)(22ma则H m a b H c 45.0)(7.27.06.262==--=--=（满足要求） 1.4 梁格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并被横隔板所支承。

水工刚结构露顶式焊接平面钢闸门设计计算书一、设计资料闸门形式：炉鼎是平面钢闸门；空口尺寸(宽×高): 26m×12m上游水位：11.8m下游水位：0.1m闸底高程：0m启闭方式：电动固定式启闭机材料：钢结构Q235-A.F；焊条：E43型；行走支承：滚轮支承；止水橡皮：侧止水用P型橡皮，底止水用条形橡皮。

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规范：水利水电工程钢闸门设计规范SL 1974-2005二、闸门结构的形式及布置1.闸门尺寸的确定闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为0.2m，故闸门高度H=11.8+0.2=12m；闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：L1=26m；闸门计算跨度：L=L0+2d=22+2×0.2=26.40m。

2.主梁的形式主梁的形式应根据水头和跨度大小而定，本闸门应用实腹式组合梁。

3.主梁的布置因为L=26.40＞1.5H=1.5×12=18所以采取双主梁。

为使两根主梁在设计水位时所受的水压力相等，两根主梁的位置应对称与水压力合力的作用线y=H/3=4.0m,并要求下旋臂a≧0.12H和a≧0.4m、上悬臂c≦0.45H，现取a=1.5m ≈0.12H=1.44（m）主梁间距： 2b=2（y﹣a）=2×2.5=5（m）则 c=H-2b-a=12-5-1.5=5.5（m）=0.458H (满足要求)(单位：m)4梁格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，使面板各区格所需要的厚度大致相等，梁格的布置具体尺寸见下页图。

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16道横隔板，其间距为1.65m ，横隔板兼做竖直次梁。

（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.边梁与行走支承。

边梁采用单复试，行走支承采用胶木滑道。