弧形钢闸门计算实例
一、基本资料和结构布置
1．基本参数
孔口形式：露顶式；
孔口宽度：12.0m；
底槛高程：323.865m；
检修平台高程：337.0m；
正常高水位（设计水位）：335.0m；
设计水头：11.135m；
闸门高度：11.5m；
孔口数量：3孔；
操作条件：动水启闭；
吊点间距：11.2m；
启闭机：后拉式固定卷扬机。
2．基本结构布置
闸门采用斜支臂双主横梁式焊接结构，其结构布置见图3-31。孤门半径R=15.0m，支铰高度H2=5m。垂直向设置五道实腹板式隔板及两道边梁，区格间距为1.9m，边梁距闸墩边线为0.3m；水平向除上、下主梁及顶、底次梁外，还设置了11根水平次梁，其中上主梁以上布置4根，两主梁之间布置7根。支铰采用圆柱铰，侧水封为“L”形
橡皮水封，底水封为“刀”形橡皮水封。在闸门底主梁靠近边梁的位置设置两个吊耳，与启闭机吊具通过吊轴相连接。采用2×500KN 固定式卷扬机操作。
本闸门结构设计按SL74-95《水利水电工程钢闸门设计规范》进行。门叶结构材料采用Q235，支铰材料为铸钢ZG310-570。材料容许应力（应力调整系数0.95）：
Q235第1组：[б]=150MPa ，[τ]=90 MPa ； 第2组：[б]=140MPa ，[τ]=85 MPa ； ZG310-570：[б]=150MPa ，[τ]=105 MPa 。 3．荷载计算
闸门在关闭位置的静水压力，由水平压力和垂直水压力组成，如图1所示：
水平水压力：
()kN B H P s s 3.74390.12135.11102
1
2122=⨯⨯⨯==γ
垂直水压力：
()()⎭⎬⎫⎩
⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-----=212212221sin sin 2sin 2sin 180/21φφφφφφπφγB R V s
式中：
()
471.19,3333333.015
5sin 14224,409.0155135.11sin 22
211
1======-==
φφφφ所以所以R H 。R H
()()()041.03355.2sin 21sin 690
.0613.43sin sin 0815
.0671.4sin sin 629
.0942.38sin 2sin 761
.0180/613.432121221==⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡-====-====+= φφφφφφπφφφφ
故
()
()kN V 7.649041.0690.020815.0629.0761.01215102
1
222=⨯⨯---⨯⨯⨯⨯=
总水压力：
()kN V P P s s 6.74677.6493.74392222=+=+=
总水压力作用方向：
08734.03
.74397
.6490===
s
s
P V tg φ
所以 991.40=φ
4．面板弧长
闸门门叶垂直高度为11.5m ，支铰中心水平线以上弧形面板包角
1'φ为
()[] 679.2515/55.11sin 11'=-=-φ 总水压力作用线上、下的弧长L 上、L 下分别为：
()
()()m r L 028.8991.4679.250.1501745.001745.00'1'=+⨯⨯=+=φφ上
()
()()m r L 79.3991.4471.190.1501745.001745.00'2'=-⨯⨯=-=φφ下
面板总弧长为L 总为
L 总=L 上+L 下=8.028+3.79=11.818(m) 5．主框架位置
根据等荷载原则，闸门上、下主梁与支臂组成的主框架平面布置应与总水压力作用线对称，使两框架受力均匀。两主梁之间的弧长为6.0m ，上、下主框架之间的夹角为2θ，即
()
918.2215
6
296.571802=⨯=⨯=R l
πθ
所以 θ=11.459°
上、下框架与水平线的夹角（负号表示位于水平线的上方）为
45.16459.11991.4468.6459.11991.400=+-+=-=-=-=θϕφθφφ下上
二、结构计算 （一）面板
面板厚度按下列公式选，并按表1计算。 []
σαδq
k a
y =
表1 面板厚度计算表
注主梁前翼缘宽度取100mm，次梁前翼缘宽度取70mm
根据上有的计算结果，面板厚度选定为δ=10mm
（二）水平次梁
1．荷载及内力
水平次梁荷载按“近次取相邻间距和之半法”计算单位宽度荷载，见表2。
表2 水平次梁荷载计算表
全部次梁及顶、底次梁采用同一截面，按其中最大荷载的一根次梁（次梁11）进行计算。水平次梁按受均布荷载的六跨连续梁计算，其计算简图见图2。
水平次梁参数为：q=63.4kN/m ， l =1.9m 。 最大支座弯钜：
()m kN ql M B •=⨯⨯==3.249.14.63106.0106.022
最大跨中弯距：
()m kN ql M •=⨯⨯==9.179.14.63078.0078.0221
最大剪力：
()kN ql Q BZ 0.739.14.63606.0606.0=⨯⨯==
2．次梁支座处截面特性
次梁选用[20a ，参数如下：A 0=28.83cm 2；d=0.7cm ；I0=1780.4cm 3，b=7.3cm ，t=1.1cm 。
面板参数与次梁作用的有效宽度B=b 2ζ：
()()()17.165
1904.04.06565652
121
021=⨯===+⨯=+=
b l b l mm b b b
根据b l 0查得2ζ=0.34，则 B=0.34×65=22.2(cm)
次梁截面如图3所示，其截面特性为： A=1×22.2+28.83=51.03(cm 2) Ay=1×22.2×0.5+28.83×(10+1) =328.23(cm 2)
