潜孔式平面钢闸门设计

偌獭潜孔式平面钢闸门设计*工程概况:闸门是用来关闭、开启或者局部开启水工建筑物中过水孔口的活动 结构。其主要作用是控制水位、调节流量。闸门是水工建筑物的重要组成 局部，它的平安与适用，在很大程度影响着整个水工建筑物的原行效果。设计目录:1. 水工刚结构潜孔式焊接平面钢闸门设计计算书0 0 0 10 0 0 1, 0 0 0 0 1 ,0 0 0 0 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0 3 0 0 0 0 6 0 0 0 0 8 0 0 0 0 9 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 11设计资料及有关规定 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2闸门结构的形式及布置 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C 闸门尺寸确实定 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 主梁的布置 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3面板设计 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4水平次梁、顶梁和底梁地设计0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5主梁设计 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6横隔板设计 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7边梁设计 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8行走支承设计 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9胶木滑块轨道设计 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10闸门启闭力和吊座验算 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 02. 水工刚结构潜孔式焊接平面钢闸门设计图附图0 00000000 0水工刚结构潜孔式焊接平面钢闸门设计计算书一、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MCS2。砼强度等级：C20。启闭机械：卷扬式启闭机。4. 标准：二、闸门结构的形式及布置（一）闸门尺寸确实定图1示肌：前主默拥（卓何1. 闸门孔口尺寸：孔口净跨：0m。孔口净高：0m。闸门高度：。闸门宽度：。荷载跨度：。计算跨度：。2. 计算水头：。（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1=，闸 门高度h=,L3 时，a=1.55,那么 t=a0.9 x 1.55 x 160kp现列表1计算如下:表1区格a(mm)b(mm)b/akPN/mm21kPt(mm)I40596513.795II345965III345965根据上表计算，选用面板厚度t=14mm。2.面板与梁格的连接计算面板厚度t=14mm ,并且近似地取板中最大弯应力。max=。 = 160N/mm2,那么 x14x160=1.2N/mm ,面板与主梁连接焊缝方向单位长度内地应力：=398N / mm,而二 790 x 103 x 1000 x 14 x 2721T 2 x 37767700000面板与主梁连接的焊缝厚度：七=7P2 + T2 /0.7 x = 398/0.7 x 113 = 5mm ,面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度h = 6mm。f四、水平次梁，顶梁和底梁地设计1.荷载与内力地验算水平次梁和顶，底梁都时支承在横隔板上地连续梁，作用在它们上面的水压力可 按下式计算，即a + aqP 2现列表2计算如下：表2梁号梁轴线处水压力强 度PkN/mm2梁间距ma上+ a下m=a上+ a下(kN/m)1（顶梁）2主梁3水平次梁4主梁5水平次梁6主梁7水平次梁8主梁9底梁490E kN/m根据上表计算，水平次梁计算荷载取216.53kN/m，水平次梁为4跨连续梁，跨度为，水 平次梁弯曲时的边跨弯距为：M次中2x3x2mMTTTT VTTT Y1nnnnrv v v t t I v r i iAbaCADA.975m.9 恤. 扔通 .-975i l，匚顷加 /A A支座B处的负弯距:2.截面选择M 次 B2xx 2-mw M22.0248 x 106W=137655mm3g 160考虑利用面板作为次梁截面的一局部，初选18b，由附录三表四查得：A=2929mm2 ;W=152200mm3 ;I =13699000mm4 ; b1=70mm ; d=9mm。面板参加次梁工作的有效宽度分别按式611及式612计算，然后取其中较小值。式：611式：612梁间距b=-BWb1+60t=70+60X14=910mm ;B=Z b（对跨间正弯距段）B=Z：b对支座负弯距段。900+900 =900m m 。2对于第一跨中正弯距段l0=l=x975=780mm ;对于支座负弯距段 l0=l = X975 = 390mm。根据l0/b查表61：对于 l /b = 780/900 = 0.867 0得Z 1 = 0.40得 B=ZiX900 = 360mm ,对于 l /b = 390/900 = 0.430 0得 Z 2 = 0.16得 B= Z 2X900 = 144mm ,对第一跨中选用B = 360mm,那么水平次梁组合截面面积例图4:4592.2支座初组合截面的惯性距及截面模量为：I. =13 6 9 9 0 00+29 29 X 432+144X14X次8352 = 236803mm4m _ 23680365.8W = 189442.9mm 2min 1253.水平次梁的强度验算由于支座B处例图3处弯距最 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22.0248 x 1060 =次 189442.9A=2929+360X14=6961mm2 ;组合截面形心到槽钢中心线得距离：360 x 14 x 98 e=65mm ;8689跨中组合截面的惯性距及截面模量为：I. = 13699000+2929 X 652+360 X14X次中352 = 29662171mm4w _33130025W = 203165.6mm 2讪155对支座段选用B=144mm，那么组合截面面积：A=2929+144X14=4592mm2 ;组合截面形心到槽钢中心线得距离：118.8 x 14 x 98 ”e=35mm=116.24N / mm2 c = 160N / mm2,说明水平次梁选用18b满足要求。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，最大挠度发生在便跨，由于水平次梁在B支座处截面 的弯距已经求得M次B=m,那么边跨挠度可近似地按下式计算：w _ 5 v ql3M次Bl1 - 384 x E次16EI次5 x 216.53 x 975322.0248 x 106 x 975=384 x 2.06 x 105 x 29662171 16 x 2.06 x 105 x 29662171W - = = 0.004l 250故水平次梁选用18b满足强度和刚度要求。五、主梁设计（一）设计资料1主梁跨度：净跨孔口净宽10 =；计算跨度1=；荷载跨度11 =m。2主梁荷载：q = %=(9.8x50x 50 -9.8x 46.34x 竺兰)/4 = 431.9kN 3)横向隔板间 422距：。4主梁容许挠度：W=L/750。二主梁设计1. 截面选择(1)弯距和剪力弯距与剪力计算如下：431.9 x 3.66/3.9 3.66、弯距：M =(一-)=818kN - mmax 224ql 431.9 x 3.66剪力： V =兰劣=790kNmax 22需要的截面抵抗距A3钢的容许应力o=160N/mm2，考虑钢闸门自重引起附加应力的影响，取容许应力。=0.9x 160 = 144N/mm2,那么需要的截面抵抗矩为；MW =max。818 x 106144=5681cm 3。3腹板高度选择 按刚度要求的最小梁高变截面梁为:经济梁高：h = 3.1W2/5 = 3.1 x (5681.833)2/5 = 98.43cm。ecfl0.16 x 215 x 3.9 x 103h= 0.208 一-一 = 42.5cm,minEw/12.06x 105 x 1/750由于钢闸门中的横向隔板重量将随主梁增高而增加，故主梁高度宜选得比h为小，但不小于h。现选用腹板厚度h =90cm。ec(4) 腹板厚度选择0t =/h/11-90/11 = 0.86cm,选用 tw=。(5) 翼缘截面选择：每个翼缘需要截面为A =巧-t h = 5681.833 _ 1 x 90 = 521 =厂甘 90 6 = cm,A 58下翼缘选用t = cm符合钢板规格，需要b1= = 29cm,取Bi = 30cm, 上翼缘的局1部截面积可利用面板，故只需设置较小的翼缘板同面板相连，选用ti = cm, bi=16cm, 面板兼作主梁上翼缘的有效高度为B = b+60t = 16+60X = 100cm。上翼缘截面面积A=18X + 100X = 172cm2。(6) 弯应力强度验算,，一一.一 Ay 9926 8截面形心距：y=k-= = 31.82cm,乙 A312截面惯性距：I = Ul + Ay2 = L0 * 903 + 335010 = 377677cm4,1212截面抵抗距：上翼缘顶边 W = L = 377677 = 11869.17cm3,maxy31.82f雷暮*、北eI377677下翼缘底边 W = =6568cm3,miny57.5弯应力：Q = mx = 818x100 = 12.45W/cm2 0.9x 16 = 14.4W/cm2,平安W .6568部位截面尺寸cmXcm截面面枳A(cm2)各型心离面 板外表距离 ycmAycm3各型心离中和轴距离y=y -y (cm) 1Ay2 (cm4)面板局部100X1.4980103578上翼缘16X20808腹板90X1.09390619220下翼缘30X2.05064191405合计3123350117因主梁上翼缘直接同面板相连，可不必验算整体稳定性，因梁高大于按高度要求 的最小梁高，故梁的挠度也不必验算。2.截面改变因主梁跨度较大，为减小门槽宽度与支承边梁高度节约钢材，有必要将主梁承端腹 板高度减小为hs = 0.6h0 = 54cm。考虑到主梁端部腹板及翼缘相焊接，故可按工字截面 梁验算应力剪力强度。尺寸表4所示：10 =号=13122cm 48710 y =1286=30.45cm部位截面尺寸cmXcm截面面枳A(cm2)各型心离面 板外表距离 ycmAycm3各型心离中和轴距离y=y -y (cm) 1Ay2 (cm4)面板局部100X980103578上翼缘16X20808腹板54X54.019220下翼缘30X191405合计28633501160 2S = 62.5 x 58.95 + 60.2 x 1.6 x =6584cm 3,t = 790x 6584 = iokN/cm2 t = 9.5kN/cm2,因误差未超过 10%，平安10113122 x 1.03.翼缘焊缝翼缘焊缝厚度h按受力最大的支承端截面计算。V =790kNI13122cm4, 上翼缘对中和轴的面积距：Si=X + 140X=4624cm3,顺下翼缘对中和轴的面积距：S2=60X5 = 3390cm3 1.5右= 1.520 = 6.7mm。全梁的上下翼缘焊缝都采用h =8mm。4.加筋肋验算f因匕=丝=80,不需设置横向加劲肋。闸门上已布置横向隔板可兼作横加劲肋，其间距 t 1.0a=。腹板区格划分见图2。5.取面板区格III验算其长边点的折算应力.=0.5 x 0.0098 x49.915 x 3002 =n0N / mm 2,my162a=450-80-90=280mm,b = Vb =0.3 x 110 = 33N / mm 2,面板区格III的长边中点的主梁弯距和弯应力-3-3 663 431.9 x (0.975 x_- 0.15)2M = 431.9 x x 0.975 2= 784kN - m,222M 784 x 106b =58N / mm2,m W 13537 x 103该区格长边中点的折算应力七h rbmkUZ7=102 + (33 + 58)2 -110(33 - 58) = 100.8N/mm2 ab = 1.65 x 160 = 264N /mm2故面板厚度选用14mm满足强度要 求。六、横隔板设计1.荷载和内力计算如下图水平次梁为4跨均布连 续梁，R可看作它所受的最大剪力， 由标准表查知：作用于竖直次梁上由 水平荷载传递的集中荷载：K?= 6mm。七、边梁设计边梁的截面形式采用单腹式，如下列图，边梁的截面尺寸按构造要求确定，即截R = (0.607 + 0.536)q洗1 = 1.143 x 216.53 x 0.975 = 241kN; 取 q = q 次M = 1 ql 2 + - R1 = 1 x 216.53 x 0.92 +1 x 241 x 0.9 = 76.15kN - m 8。4。842. 横隔板和截面选择和强度验算腹板选用与主梁腹板同高，采用800X10mm，上翼缘利用面板，下翼缘采用200mmX800mm的扁钢，上翼缘可利用面板的宽度公式按式B=Z 1b确定。10/b = 900/ 975 = 0.923,查表 得 Z 1 = 0.369， x975=360mm，取 B = 360mm。 计算如下列图所示截面几何 特性截面型心到腹板 中心线距离：360 x 10 x 405 - 200 x 8 x 405e =360 x 10 + 200 x 8 + 800 x 10=61mm截面惯性距：I = 10 x 8003 + 800 x 10 x 612 + 8 x 200 x 4652 12+10 x 360 x 3442 = 122840 x 104 mm 4W =-! = 2619190mm3， min 469验算应力：M76.15 x 106b = 29N / mm 2 b,W .2619190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hf面高度与主梁端部高度 相同，腹板厚度与主梁腹 板厚度相同，为了便于安 装压合胶木滑块，下翼缘 宽度不宜小于300mm。 边梁是闸门的重要受力 构件，由于受力情况复 杂，故在设计时将容许应 力值降低20%作为考虑 受扭影响的平安储藏。1.荷载和内力计算在闸 门每侧边梁上各设4个胶 木滑块，其布置如下列 图：1水平荷载主要是主梁传来的水平荷载，还有水平次梁和顶，底梁传来的水平荷载，为了简化起见，可假定这些荷载由主梁传给边梁，每个边梁作用于边梁荷载为R=790kN(2)竖向荷载有闸门自重，滑道摩阻力，止水摩阻力，起吊力等。上滑块所受压力：R1 = 2 x 790kN，下滑块所受压力：R2 = 2 x 790 = 1580kN，M = 790 x 0.9 = 711kN - m,V = 790kN,最大阻力为作用于一个边梁上的起吊力，估计为650kN，有N=650kN进行强度验算，N = 650 - RJ = 650 -1580 x 0.12 = 460.4kN ,2. 边梁强度验算截面面积 A = 2 x 400 x 20 + 800 x 16 = 28800mm 2,S= 20 x 400 x 410 + 400 x 16 x 200 = 4560000mm 3,maxI = 16 x 8003 + 2 x 400 x 20 x 4102 = 3372266667mm4, W =-1 = 8029206mm3。12420截面边缘最大应力验算：bmax=111N / mm2 0.8t = 0.8 x 157 = 126N / mm2N M _ 460.4 x 103 711 x 106 A + WT = 8029206 + 6428253腹板最大剪应力验算:T = maxmazItw790 x 103 x 4560000I x 16=68N/mm2 0.8t = 0.8 x 75 = 76N /mm2,腹板与下翼缘连接处那么算应力验算: = N + Mg x y = 460.4 x 103 + 711 x 106 乂 400 = 84 4Nb = A * 亡 x 亍 28800 + 8029206 * 420 = . 皿,=七N = 790 x 103 x 400 x 20 x 410 = 48N 房血T 一肾 11mm， b林=Jb 2 + 3t 2 = J84.42 + 3 x 482 = 119N /mm2 0.8t = 0.8 x 160 = 128N /mm2。均满足强度要求八、行走支承设计胶木滑块计算：下滑块受力最大，起值为R=1580kN，设滑块长度为350mm，那么滑块单位长度承受压力q =1580 x 103350=4514N/mm,由表2查得轨顶孤面半径R=200mm，轨头设计宽度为b = 40mm，胶木滑块与规定弓瓜面的接触应力验算:=494N / mm2 b . = 500N / mm2。b = 104 q = 104 : 4514max R 200九、胶木滑块轨道设计1.确定轨道底板宽度轨道底板宽度按砼承压强度确定，查表得：砼允许承压应力为o=7N/mm2，那么所的最大弯应力:155 一 一 155-一b = 3b 一 b 轨道底板悬臂长度C=,对于A3查表得。=100N/mm2 ,3b c 2故：t = n.3 x 6.4 x 102.52b 100=44.9mm，故 t = 50mm。十、闸门启闭力和吊座验算2d 2s1.启门力:T. =+1.2(T +T )+Px KKAH X，123.GXXXXX50XkN，X2335=s2 ,可查知：系数K,K,K，均取为1.0 滑道摩阻力： 弓=fp = 0.12 x 4 x 431.9 x 3.66 = 760kN, 止水摩阻力：T2 = 2fbhp = 2 x 0.65 x 0.06 x 3.66 x 411.3 = 117.4kN.因橡皮止水与钢板间摩擦系数f = 0.65，橡皮止水受压宽度取为b =， 每边侧止水受压长度H=，侧止水平均压强：4 x 431.9 x 3.663.66 x 4.2=411.3kN / m 2,下吸力Px底止水橡皮采用I11016型，其规格为宽16mm，长110mm，底止水沿门跨长， 根据标准SDJ1378,启门时闸门底缘平均下吸强度一般按20kN/m2计算，那么下吸力:1= V 0.785 V 0.785:5270=83mm,取 d=100mm，P = 20 x 3.9 x 0.016 = 1.248S 故闸门启门力：T启=1.1 x80.1 +1.2x(760 +117.4) +1.248 = 1142kN.2. 闭门力：T闭=1(Td + T2S) 0.9G = 1.2x (760 +117.4)-0.9x80.1 = 980.79kN,3. 吊轴和吊耳板验算(1)吊轴采用3号钢，由第一章表19 查得t =65n/mm2,采用双吊 点，每边启吊力为：P = 1.2 x，= 1.2 x1142 = 685.2kN,22吊轴每边剪力：P 些=342.6kN, 2轴截面积：342.6 x 103 =5270mm 265(2)吊耳板强度验算按局部紧接承压条件，吊耳板需要厚度按下式计算，查表19得A3得。罗二80N/mm,.t = = 些x 103 = 86mm,固在边梁腹板上端部的两侧各焊一块为45mm的轴承 dq 100 x 80cj板。轴承板采用圆形，其直径取为3d = 3X100 = 300mm， 吊耳孔壁拉应力计算：q =导 E8 k P 685 2 x 103q = td =岩 00 = 76.1N/mm2，吊耳板直径 R=150mm，轴孔半径 Y=50mm，由表 19 查得： k = 120N/mm2，故孔壁拉应力:q k = 76.1 x 1502 +1, = 95.1N/mm2 0.8 x 120 = 96N/mm2，满足要求。