钢闸门设计

朝阳水电站引水渠单孔露顶式平面钢闸门设计

一：设计资料

闸门形式：单孔露顶式平面钢闸门。

孔口净宽：9.00m;

设计水头：4.00m;

结构材料：平炉热轧碳素钢Q235;

焊条：E43;

止水橡皮：侧止水用P型橡皮，底止水用条形橡皮。

行走支承：采用胶木滑道，压合木为MCS-2.

混凝土强度等级：C25.

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=4+0.2=4.2M；

闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：L1=9m;

闸门的计算跨度：L=L0+2×0.2=9.4m; 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。

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=1.3m,并要求下悬臂a≥0.12H和a≥0.4m,上悬臂c≤0.45H,今取，

a=0.4m≈0.12H=0.48m

主梁间距：2b=2(y-a)=2*(1.3-0.4)=1.8m.

则c=H-2b-a=4-1.8-0.4=1.8m=0.45H并小于3.6m.满足要求。

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，其间应上疏下密，使面板各区格所需要的厚度大致相等，梁布置的具体尺寸详见下图

5.连接系的布置和形式

（1）横向联接系 根据主梁的跨度决定布置三道隔板，其间距为2.25m,横隔板兼作竖直次梁。

（2）纵向联接系 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

边梁采用单腹式，行走支承采用胶木滑道。

三．面板设计

1.估算面板厚度

假定梁格布置如图1所示。面板厚度按t=a92.0kp

当b/a≤3时，=1.65，则t=a160*65.1*9.0kp=0.065akp

当b/a≥3时，=1.55,则t=a160*55.1*09kp=0.067akp

现列表计算如下

区格 a(mm) b(mm) b/a k P(2mmN) kp t(mm)

Ⅰ 1070 2240 2.09 0.497 0.005 0.05 3.5

Ⅱ 710 2240 3.15 0.500 0.014 0.08 3.85

Ⅲ 590 2240 3.80 0.500 0.021 0.102 4.03

Ⅳ 520 2240 4.31 0.500 0.026 0.114 3.3

Ⅴ 450 2240 4.98 0.500 0.031 0.124 3.7 Ⅵ 240 2240 9.33 0.500 0.034 0.130

2.1

根据上表计算，选用面板厚度t=6mm.

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拉力P，已知面板厚度t=6mm,并且近似地取板中最大弯应力max==1602mmN 则

P=0.07tmax=0.07*6*160=67.2

面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力

T=02IVS

计算面板与主梁连接的焊缝厚度：

hf=2)22.1(p

面板与梁格连接焊缝最小厚度hf=

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隔板上的连续梁，作用在它们上面的水压力按 q=P2下上aa

现列表计算如下：

q=80.3

梁号 梁轴线水压强度（2mmkN） 梁间距

(mm) 2下上aa(m) q=p*2下上aa(m) 备注：

顶梁荷载按图计算

1R=

1（顶梁） 1.54

1.13

2 9.6 0.975 9.36

0.82

3（上主梁） 17.64 0.74 13.05

0.66

4 24.11 0.62 14.95

0.58

5 29.80 0.57 17.00

0.56

6（下主梁） 35.28 0.43 15.17

0.3

7（底梁） 38.22 0.25 9.56

根据上表计算，水平次梁计算荷载取17KN/m, 水平次梁为四跨连续梁，跨度为2.25m.如图2所示。水平次梁弯曲时的边跨跨中弯矩为：

次中M=0.077qL=0.077*17*225.2=6.63KNm

支座B处的负弯矩为： BM次=0.107qL=0.107*17*225.2=9.21KNm

2.截面选择

M=16010*21.96=575633mm

考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选槽14a.由表查得：

A=18512mm； XW=805003mm; XI=56370004mm；1b=60mm; d=8.0mm

面板参加次梁工作有效宽度按下式计算，然后取最小值。

B≤1b+60t=60+60*6=420mm

B=ξ1b( 对跨间正弯矩段）；

B=ξ2b(对支座负弯矩段）；

按5号梁计算，设梁间距b=(b1+b2)/2=(580+570)/2=570mm.确定上式中面板的有效宽度系数ξ时，需要知道梁弯矩零点之间的距离L0与梁间距b之比值。对于第一跨中正弯矩段取L0=0.8L=0.8*2250=1800mm;对于支座负弯矩段取L0=0.4L=0.4*2250=900mm.根据L0/b查表2-1得：

对于L0/b=1800/570=3.158得ξ1=0.841则B=ξ1b=0.841*570=479mm

对于L0/b=900/570=1.579得ξ2=0.676则 B=ξ2b=0.676*570=385mm 对于第一跨中弯矩选用B=420mm，则水平次梁组合截面面积：

A=1851+420*6=4371mm2

组合截面形心到槽钢中心线的距离：

e=(420*6*73)/4371=42mm

跨中组合截面的惯性矩及截面模量为：

I次中=5637000+185*422+420*6*313=1132388mm4

Wmin=1132388/112=101101mm2

对支座段选用B=385mm.则组合截面面积：A=1851+385*6=4161mm2

组合截面形心到槽钢中心线的距离：e=(385*6*73)/4161=41mm.

支座处组合截面的惯性矩及截面模量：

I次B=5637000+1851*412+385*6*442=13220691mm4

Wmin=13220691/111=119105mm2

3.水平次梁的强度验算

由于支座处B弯矩最大，而截面模量较小，故只需验算支座B处截面的抗弯强度，即：

次=minWMB次=6.21*106/119105=77.33N/mm2 说明水平次梁选用14b槽钢满足要求。

扎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，由于水平次梁在B支座处，截面的弯矩已经求得M次B=9.21KNm,则边跨挠度可近似地按下式计算：

Lw=3845*次EIqL3-次次EILMB16

=35311323884*10*06.2*38410*25.2*17*5-11323884*10*06.2*1610*25.2*10*21.9536

=0.0005257≤Lw=2501=0.004

故水平次梁选用14槽钢满足强度和刚度要求。

5.顶梁和底梁

顶梁所受荷载较小，但考虑水面漂浮物的撞击等影响，必须加强顶梁刚度，所以也采用14b槽钢。

五．主梁设计

（一）设计资料

1.主梁跨度净宽L0=9.00m;计算跨度L=9.4m；荷载跨度L1=9m.

2.主梁荷载q=39.2KN/m.

3.横向隔间距：2.25m。

4.主梁容许挠度：w=1/600

（二）主梁设计

1.截面选择

（1）弯矩与剪力 弯矩与剪力计算如下：

Mmax=)4924.9(*22.39=432.2kN

(2)需要的截面抵抗矩已知Q235钢的容许应力=160KN/mm2

考虑钢闸门自重引起的附加应力作用，取容许应力=0.9*160=144N/mm2,则需要的截面抵抗矩为

W=maxM=1.0*144100*2.432=3002cm2.

(3)腹板高度选择按刚度要求的最小梁高（变截面梁）：

Hmin=1.1*245*ELwL/

=1.1*245*)600/1(*10*06.210*4.9*10*144722=90cm

对于变截面梁的经济梁高，he=2.8w2/5=2.8*30022/5=70cm.现选用腹板高度h0=90cm.

(4)腹板厚度选择按经验公式计算：

tw=11/h=11/90=0.86cm,选用 tw=1.0cm.