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钢结构课程设计 露顶式焊接平面钢闸门


课程设计(综合实验)报告
( 201 -- 201 年度第 学期)

名 题 院 班 学

称:水工钢结构课程设计 目:露顶式焊接平面钢闸门 系: 级: 号: 学院

学生姓名: 指导教师: 设计周数: 1—2 周



绩:

日期:201

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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:溢洪道露顶式平面钢闸门; 孔口净:10.00m; 设计水头:6.00m; 结构材料: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,压合胶木为 MCS-2; 混凝土强度等级:C20

二、 闸门结构的形式及布置
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; 闸门计算跨度:L=L0+2d=10+2×0.2=10.40m。

例图 7-1 闸门主要尺寸图(单位:mm)

2.主梁的形式 主梁的形式应根据水头和跨度大小而定,本闸门属于中等跨度,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.为了使两个主梁在设计水位时所受到的水压 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 主梁间距:2b=2(y-a)=2×1.3=2.6m 则 c=H-2b-a=6-2.6-0.7=2.7m=0.45H(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例图 7-2。 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 3 道横隔板,其间距为 2.6m,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,行走支承采用滚轮支承。

例图 7-2

梁格布置尺寸图(单位;mm)

三、面板设计
根据 SL74-1995《水利水电工程钢闸门设计规范》修订送审稿,关于面板 的计算, 先估算面板厚度, 在主梁界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。 1.估算面板厚度 假定梁格布置尺寸如例图 7-2 所示,面板厚度按下式计算: t=a
kp 0.92? ?? ?

当 b/a≤3 时, ? =1.5,则 t= a

kp ? 0.068 a kp 0.9 ? 1.5 ? 160 kp ? 0.07 a kp 0.9 ? 1.4 ? 160

当 b/a>3 时, ? =1.4,则 t= a

现列例表 7-1 计算如下: 例表 7-1 a b 区格 (mm) (mm) 1650 2590 Ⅰ 1010 2590 Ⅱ 860 2590 Ⅲ 770 2590 Ⅳ 690 2590 Ⅴ 530 2590 Ⅵ

面板厚度的估算 b/a 1.57 2.57 3.01 3.37 3.75 4.89 k 0.584 0.500 0.500 0.500 0.500 0.750 P (N/mm2) 0.007 0.021 0.031 0.040 0.048 0.055 kp 0.064 0.102 0.125 0.142 0.155 0.203 t (mm) 7.18 7.01 7.50 7.65 7.48 7.53

注:1.面板边长 a、b 都从面板与梁格的连接焊缝算起,主梁上翼缘宽度为 140mm; 2,区格Ⅰ、Ⅵ中系数 k 由三边固定一边简支板查得。

根据上表计算,选用面板厚度 t=8mm。 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=8mm,并且近似地取板中最大弯应力σmax = σ = 160N/mm2 则 P = 0.07tσmax = 0.07 × 8 × 160 = 89.6(N/mm) 面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力: T=
VS 441000 ×620×8×306 = 2×1617000000 =207(N/mm) 2I 0

计算面板与主梁连接的焊缝厚度:

h

f

== P 2 +T 2 /(0.7 τω )= 89.62 + 2072 /(0.7 × 113)=2.9(mm) t

面板与梁格连接焊缝最小厚度 h f =6mm

四、水平次梁、顶梁和底梁的设计
1.荷载与内力的计算 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? p
列例表 7-2 计算后得:

a 上 ? a下 2

? q =181.24kN/m

例表 7-2 梁号

1(顶梁) 2 3 4(主梁) 5 6 7

水平次梁、顶梁和底梁均布荷载的计算 梁轴线处 梁间距 a ? a下 a上 ? a下 q? p 上 水压强度 (m) 2 2 p(kN/m2 ) (kN/m) (m) 3.68 1.72 15.4 1.425 21.95 1.13 26.5 1.040 27.56 0.95 35.8 0.895 32.04 0.84 44.0 0.825 36.30 0.81 51.9 0.705 36.59 0.60 57.8 0.400 23.12

备注:①顶梁荷载按下图计算 1.57 × 15.4 1.57 × 3 2 R1 = = 3.68(kN/m) 1.72

根据例表 7-2 计算,水平次梁计算荷载取 36.30KN/m, 水平次梁为四跨连续梁, 跨度为 2.6m(例图 7-3) 。水平次梁弯曲时的边跨跨中弯矩为:
M 次中 =0.077ql =0.077×36.3×2.6 =18.9(KN.m)
2 2

支座 B 处的负弯矩为:
M 次B =0.107ql =0.107×36.3×2.6 =26.26(KN.m)
2 2

例图 7-3 水平次梁计算简图和弯矩图

2.截面选择 W=
M 26.26 ? 10 6 = =164125( mm 3 ) ??? ? 160

考 虑 利 用 面 板 作 为 次梁 截 面 的 一 部 分 , 初选 18a , 由 附 录 三 表 4 表 查 得

b A=2569( mm 2 ); WX =141400( mm 3 ); IX =12727000( mm 4 ); 1 =68(mm); d=7 (mm)。
面板参加次梁工作有效宽度按下式计算,然后取其中最小值。

B≤ b1 +60t=68+60×8=548(mm) B=ξ 1b( 对跨间正弯矩段) ; B=ξ 2b(对支座负弯矩段) ;
按 5 号梁计算,设梁间距 b=(b1+b2)/2=(840+810)/2=825(mm).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=0.8×2600=2080(mm);对于支座负弯矩段 取 l0=0.4l=0.4×2600=1040(mm)。根据 l0/b 查表 7-1: 对于 l0/b=2080/825=2.521,得ξ 1=0.78,则 B=ξ 1b=0.78×825=644(mm) 对于 l0/b=1040/528=1.261,得ξ 2=0.364,则 B=ξ 2b=0.364×825=300(mm) 对于第一跨中弯矩选用 B=548(mm), 则水平次梁组合截面面积 (例图 7-4) : A=2569+548×8=6953(mm2) 组合截面形心到槽钢中心线的距离: e=(548×8×94)/6953=59(mm) 跨中组合截面的惯性矩及截面模量 为: I 次 中 =12727000+2569 ×452+300 ×8×492=23691625(mm4)

例图 7-4 面板参加水平次梁工作后的组合截面 (单位:mm)

Wmin=23691625/135=175493(mm2)
对支座段选用 B=300(mm).则组合截面面积:A=2569+300×8=4969 (mm2) 组合截面形心到槽钢中心线的距离:e=(300×8×94)/4969=45(mm)。 支座处组合截面的惯性矩及截面模量: I 次 B=12727000+2569×452+300×8×492=23691625(mm4) Wmin=23691625/135=175493(mm2) 3.水平次梁的强度验算 由于支座处 B(例图 7-3)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 =

M 次B W min

=26.26×106/175493=149.6N/mm2< []=160N/mm2

说明水平次梁选用 18a 槽钢满足要求。 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=26.26KN.m,则边跨挠度可近似地按下式计算:
qL3 M 次 B L w 5 = × EI次 16 EI次 L 384

5 ? 36 .3 ? 2 ? 10 3 26.26 ? 10 6 ? 2.6 ? 10 3 = 384 ? 2.06 ? 10 5 ? 2704 ? 10 4 16 ? 2.06 ? 10 5 ? 2704 ? 10 4
?w? 1 =0.000725≤ ? ? = =0.004 ? L ? 250

?

?

3

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 18a 槽钢。 18a。

底梁也采用

五、主梁设计
(一)设计资料
(1) .主梁跨度 (例图 7-5) 净宽 : (孔口宽度) 0=10.00m;计算跨度 L=10.40m; L 荷载跨度 L1=10m; (2)主梁荷载 q=88.2KN/m; (3)横向隔间距:2.6m; (4)主梁容许挠度: ?w? =L/600 。

例图 7-5 平面刚闸门的主梁位置和计算简图

(二)主梁设计
主梁设计内容包括:①截面选择;②梁高改变;③翼缘焊缝;④腹板局部 稳定验算;⑤面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力验算。

1.截面选择
(1)弯矩与剪力 弯矩与剪力计算如下: 88.2 ? 10 10.4 10 Mmax= ?( ? ) =1191(kN.m) 2 2 4

Vmax ?

qL1 1 ? ? 88.2 ? 10.0 ? 441(kN ) 2 2

(2)需要的截面模量。 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,则需要的截面模量为 W=
M max

?? ?

=

1191 ? 100 2 =8271cm 144 ? 0.1

(3)腹板高度选择。按刚度要求的最小梁高(变截面梁) :
hmin=0.96×0.23×

?? ?L =0.96×0.23× 144 ? 10 2 ? 10.4 ? 10 2 =96.3(cm) 2.06 ? 10 7 ? (1 / 600 ) ?w / L?E

hec ? 3.1W 2 / 5 ? 3.1 ? 8271 2 / 5 ? 114 (cm)

由于钢闸门中的横向隔板质量将随主梁增高而增加,故主梁高度宜选得比 hec 小, 但不小于 hmin 。现选用腹板高度 h0 ? 100 cm 。 (4)腹板厚度选择。按经验公式计算:

t w ? h / 11 ? 100 / 11 ? 0.91cm ,选用 t? ? 1.0cm 。
(5)翼缘截面选择。每个翼缘需要截面为:
A1 ? W t? h0 8271 1.0 ? 100 ? ? ? ? 66(cm 2 ) h0 6 100 6

下翼缘选用 t1 ? 2.0cm (符合钢板规格) 需要 b1 =
A1 66 h h ? ? 33cm ,选用 b1 ? 34cm ( 在 ? ? 40 ? 20cm之间 ). t1 2. 0 2.5 5

上翼缘的部分截面可利用面板,故只需设置较小的上翼缘板同面板相连,选用

t1 ? 2.0cm , b1 ? 14 cm .
面板兼作主梁上翼缘的有效宽度取为:

B ? b1 ? 60? ? 14 ? 60 ? 0.8 ? 62(cm)
上翼缘截面积:
A1 ? 14 ? 2.0 ? 62 ? 0.8 ? 77.6(cm 2 )

(6)弯应力强度验算。主梁跨中截面(例图 7-6)的几何特性见例表 7-3。 截 面 形 心 矩 :
y1 ?

? Ay ?A


'

?

12408 ? 50 .5(cm) 245 .6


I?









3 t ? h0 1 ? 100 3 ? ? Ay 2 ? ? 384230 12 12 ? 467600 (cm 4 )

截面模量: 上 翼
Wmax ?









I 467600 ? ? 9270 (cm3 ) y1 50.5


Wmin ?











I 467600 ? ? 8620 (cm3 ) y2 54.3

? 弯应力: ?
例表 7-3
部位 面板部分 上翼缘板 腹 板 下翼缘 合计

M max 1191 ? 100 ? ? 13.8(kN / cm 2 ) < 0.9 ?16 ? 14.4(kN / cm2 )(安全) Wmin 8620
各形心离中 和轴距离
y ? y ' ? y1 (cm)

主梁跨中截面的几何特性 各形心离面 Ay ‘ 截面尺寸 截面面积 A 板表面距离 (cm3)
(cm ? cm)
(cm 2 )

Ay 2 (cm4) 124300 66200 530 193200 384230

y ' (cm)

62×0.8 14×2.0 100×1.0 34×2.0

49.6 28.0 100 68.0 245.6

0.4 1.8 52.8 103.8

19.8 50.3 5280 7058 12408

-50.1 -48.7 2.3 53.3

⑦整体稳定性与挠度验算。因主梁上翼缘直接同钢板相连,按《设计规范》规定 可不必验算整体稳定性。 又因梁高大于刚度要求的最小梁高,故梁的挠度也不必 验算。 2.截面改变。 因主梁跨度较大,为减小门槽宽度和支承边梁高度(节省钢材) ,有必要将 主梁支承段腹板高度宽度减小 h0s ? 0.6h0 ? 60cm (例图 7-7) 。 梁高开始改变的位置取在临近支承段的横向隔板下翼缘的外侧(例图 7-8) , 离开支承段的距离为 260-10=250cm。

例图 7-7 主梁支承端截面(单位:mm)

例图 7-8 主梁变截面位置图(单位:mm)

剪切强度验算:考虑到主梁段部的腹板及翼缘部分分别同支承边梁的腹板及 翼缘相焊接, 故可按工字钢截面来验算剪应力强度。主梁支承端截面的几何特性 见例表 7-4。

例表 7-4
部位 面板部分 上翼缘板 腹 板 下翼缘板 合计 截面尺寸 (cm×cm) 62×0.8 14×2.0 60×1.0 34×2.0 A 2 (cm ) 49.6 28.0 60 68

主梁端部截面的几何特性
y (cm) 0.4 1.8 32.8 63.8
,

Ay 3 (cm ) 19.8 50.4 1968 4338 6376

,

y=y -y1 (cm) -30.6 -29.2 1.8 32.8

,

Ay 4 (cm ) 46443 23874 194 73157 143668

2

205.6

截面形心距:

y1 ?

6376 ? 31(cm) 205 .6

截面惯性矩: I 0 ?

1 ? 60 3 ? 143668 ? 161668 (cm 4 ) 12
31.8 ? 2736 (cm 2 ) 2

截面下半部中和轴的面积矩: S ? 68 ? 32.8 ? 31.8 ? 1.0 ? 剪应力: ? ? 3.翼缘焊缝

Vmax S 441 ? 2736 ? ? 7.46(kN / cm 2 ) < ?? ? ? 9.5kN / cm2 (安全) I 0 t? 161668 ? 1.0

翼缘焊缝厚度 h f 按受力最大的支承端截面计算。最大剪应力 Vmax ? 441kN , 截面惯性矩 I 0 ? 161668 cm 4 。 上翼缘对中和轴的面积矩: S1 ? 49.6 ? 30.6 ? 28 ? 29.2 ? 2335 (cm3 ) 下翼缘对中和轴的面积矩: S 2 ? 68 ? 32.7 ? 2220 (cm3 ) < S1 需要

hf ?

VS1 441 ? 2335 ? ? 0.403 (cm) ? 1.4 ? 161668 ? 11.3 1.4 I 0 ? f

? ?

角焊缝最小厚度

h f ? 1.5 t ? 1.5 ? 20 ? 6.7(mm )

全梁的上、下翼缘焊缝都采用 h f ? 8mm 。 4.腹板的加劲肋和局部稳定验算 加劲肋的布置:因为
h0 100 ? ? 100 >80,故需设置横向加劲肋,以保证腹 t? 1.0

板的局部稳定性。因为闸门上已布置横向隔板可兼作横向加劲肋,其间距 a ? 260 cm 。腹板区格划分见例图 7-8。 梁高与弯矩都较大的区格Ⅱ可按 (? / ? cr ) 2 ? (? / ? cr ) 2 ? ? c / ? c.cr ? 1 验算:

区格Ⅱ左边及右边截面的剪应力为:
VⅡ左 ? 441 - 88.2 ? 5 - 2.6) 229 kN);VⅡ右 ? 0 ( ? (

区格Ⅱ截面的平均剪应力为:

??

(VⅡ左 ? VⅡ右 ) / 2 h0 t?

?

229 / 2 ? 1.15 kN / cm 2) 11.5( N / mm 2 ) ( ? 100 ? 1.0

区格Ⅱ左边及右边截面上的弯矩分别为:
MⅡ左
2 (5 - 2.6) ? 441 ? 2.6 - 88.2 ? ? 893 kN ? m) ( 2

MⅡ右 ? M max ? 1191kN ? m

区格Ⅱ的平均弯矩为:

MⅡ ?

MⅡ左 ? MⅡ右 893 ? 1191 ? ? 1042 kN ? m) ( 2 2

区格Ⅱ的平均弯应力为:
MⅡ y 0 1042 ? 477 ? 10 6 ?Ⅱ ? ? ? 106 .3( N / mm 2 ) 4 I 467600 ? 10

计算 ? cr

?b ?

h0 / t? 177

fy 235

?

100 / 1.0 235 ? ? 0.56 <0.85 177 235

? cr ? ?? ? ? 160 N / mm 2
计算 ? cr ,由于区格长短边之比为 2.6/1.0>1.0,则

?s ?

h0 / t? 41 ? 5.34 ? 4(h0 / a) 2

fy 235

?

100 / 1.0 41 ? 5.34 ? 4 ? (100 / 260 ) 2

235 ? 1.0 235

则 ? cr ? ?1 ? 0.59(?s ? 0.8)??? ? ? ?1 ? 0.59 ? (1 ? 0.8)?? 95 ? 83.8( N / mm 2 )

?c ? 0
将以上数据代入公式 (? / ? cr ) 2 ? (? / ? cr ) 2 ? ? c / ? c.cr ? 1
? 106 .3 ? ? 11.5 ? 有? 。 ? ?? ? ? 0.44 ? 0.02 ? 0.46 <1.0(满足局部要求) ? 160 ? ? 83.8 ?
2 2

故在横隔板之间(区格Ⅱ)不必增设横向加劲肋。 再从剪力最大的区格Ⅰ来考虑: 该区格的腹板平均高度 h 0 ? (100 ? 60 ) / 2 ? 80 (cm) 。
?

因 h0 / t? ? 80 ,不必验算,故在梁高减少的区格Ⅰ内也不必另设横向加劲肋。 5.面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力的验算。 从上述的面板设计可见, 直接与主梁相邻的面板区格,只有Ⅳ区格所需板厚 度较大, 这意味着该区格的长边中点应力也较大, 所以选取区格Ⅳ (例图 7-2) , 并验算其长边中点的折算应力。 面板区格Ⅳ在长边中点的局部弯曲应力为:

?

? my ?

kpa2 0.5 ? 0.04 ? 770 2 ? ? ?185 ( ? / mm 2 ) 2 2 t 8

? mx ? ?? my ? ?0.3 ? 185 ? ?56( ? / m 2 )
对应于面板区格Ⅳ在长边中点的主梁弯矩(见例图 7-5)和弯应力为:
M ? 88.2 ? 5 ? 3.9 ? 88.2 ? 3.7 2 ? 1720 ? 604 ? 1116 (k? ? m) 2

? 0x ?

M 1116 ? 10 6 ? ? 120 ( ? / mm 2 ) W 9.27 ? 10 6

面板区格Ⅳ的长边中点的折算应力为:
2 ? zh ? ? my ? (? mx ? ? 0 x ) 2 ? ? my (? mx ? ? 0 x )

? 185 2 ? (57 ? 120 ) 2 ? 185 ? (56 ? 120 ) ? 224 ( ? / mm 2 ) ? ? ?? ? ? 1.55 ? 160 ? 248 ( ? / mm 2 )

上式中 ? my、? mx 和? 0 x 的取值均以拉应力为正号,压应力为负号。 故面板厚度选用 8mm,满足强度要求。

九.横隔板设计
1.荷载和内力计算 横隔板同时兼做竖直次梁, 它主要承受水平次梁、顶梁和底梁传来的集中荷载 以及面板传来的分布荷载, 计算时可把这些荷载用以三角形分布的水压力来代替 (例图 7-1) 并且把横隔板作为支撑在主梁上的双悬臂梁。 , 则每片横隔板在上悬 臂的最大负弯矩为: M ?

2.7 ? 26.5 2.7 ? 2.60 ? ? 83.7(k? ? m) 2 3

2.横隔板截面选择和强度计算。 其腹板选用与主梁腹板同高,采用 1000mm×8mm,上翼缘利用面板,下翼 缘采用 200mm×8mm 的扁钢,上翼缘利用面板的宽度按 B=ξ 2b 确定,其中 b=2600mm,按 l0 / b ? 2 ? 2700 / 2600 ? 2.077 ,查表可得有效宽度系数ξ 2=0.51,则 B=0.51×2600=1326(mm) ,取 B=1300mm

计算如例图 7-9 所示的截面几何特性。 截面形心到腹板中心线的距离为:
1300 ? 8 ? 504 ? 200 ? 8 ? 504 ? 222 (mm ) 1300 ? 8 ? 200 ? 8 ? 1000 ? 8 截面惯矩为: e?
8 ? 1000 3 ? 8 ? 1000 ? 222 2 ? 8 ? 200 ? 726 2 12 ? 8 ? 1300 ? 282 2 ? 273131 ? 10 4 (mm 4 ) I?

截面模量为:
273131 ? 10 4 ? 3741500 (mm 3 ) 730

Wmin ?















??

M 83.71 ? 10 6 ? ? 22.4( ? / mm 2 ) ? ?? ? Wmin 3741500

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 。

七、纵向连接系设计
1.载荷和内力计算 纵向连接系受闸门自重。露顶式平面钢闸门门叶自重 G 按下式计算:
G ? K z K c K g H 1.43 B 0.88 ? 9.8 ? 0.81 ? 1.0 ? 0.13 ? 6.01.43 ? 10 0.88 ? 9.8 ? 1 0 15( k? ) .

下游纵向连接系承受:
0.4G ? 0.4 ? 101 .5 ? 40.6(k?)

纵向连接系视为简支的平面桁架,其桁架腹板杆布置如例图 7-10, 其结点荷载为 40.6 ? 10.15(k?) 4 杆件内力计算结果如例图 7-10 所示。

例图 7-10 纵向连接系计算图(单位:mm)

2.斜杆截面计算 斜杆承受最大拉力 N=21.53kN,同时考虑闸门偶然扭曲时可能承受压力,故 长细比的限制值应与压杆相同,即 ? ? ?? ? ? 200。 选用单角钢 100×8,由附表查得: 截面面积: 回转半径: 斜杆计算长度: 长细比:
A ? 15.6cm2 ? 1560 mm 2
i y 0 ? 1.98cm ? 19.8mm
l 0 ? 0.9 ? 2.6 2 ? 2.6 2 ? 0.4 2 ? 3.33(m)

l0 3.33 ? 10 3 ?? ? ? 168 .2 ? ?? ? ? 200 i y0 19 .8

验算拉杆强度为:

??

21.53 ? 10 3 ? 13.8( ? / mm 2 ) ? 0.85?? ? ? 133( ? / mm 2 ) 1560

考虑单角钢受力偏心的影响,将容许应力降低 15%进行强度验算。
3.斜杆与结点板的连接计算(略) 。

八、 边梁设计
边梁的截面形式采用单腹式 (例图 7-11) 边梁的截面尺按照构造要求确定, , 即截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,故在设计师将容许应力值 降低 20%作为考虑受扭影响的安全储备。 1. 荷载和内力计算

在闸门每侧边梁上各设两个胶木滑块。其布置尺寸见例图 7-12。

例图 7-11 边梁截面(单位:mm)

例图 7-12 边梁计算图

(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,见假定这些荷载由主梁传给边梁。每个主梁作用于边 梁的荷载为 R=441kN。 (2)竖向荷载。有闸门自重、滑道摩阻力、止水摩阻力、起吊力等。 上滑块所受的压力 : R1 ?
441 ? 2.6 ? 348(k?) 3.3

下滑快所受的压力: R2 ? 882 ? 348 ? 534 (k?) 最大弯矩: 最大剪力:
M max ? 348 ? 0.7 ? 243 .6(k? ? m) Vmax ? R1 ? 348 (k?)

最大轴向力为作用在一个边梁上的起吊力,估计为 200kN(详细计算见后) 。 在最大弯矩作用截面上的轴向力,等于起吊力减去上滚轮的摩阻力,该轴向力

N ? 200 ? R1 f ? 200 ? 348 ? 0.12 ? 158 .24(k?) 。
2.边梁的强度验算。 截面面积: 面积矩:
A ? 600 ? 10 ? 2 ? 300 ? 14 ? 14400 (mm 2 )
S max ? 14 ? 300 ? 307 ? 10 ? 300 ? 150 ? 1739400 (mm 3 )

截面惯性矩: 截面模量:

I?

10 ? 600 3 ? 2 ? 300 ? 307 2 ? 14 ? 971691600 (mm 4 ) 12
W? 971691600 ? 3094600 (mm 3 ) 314

截面边缘最大应力验算:

? max ?

N M max 158 .24 ? 10 3 243 .6 ? 10 6 ? ? ? ? 11 ? 79 ? 90( ? / mm 2 ) ? 0.8?? ? ? 126 ( ? / mm 2 ) A W 14400 3094600

腹板最大剪应力验算:

??

Vmax S max 348 ? 10 3 ? 1739400 ? ? 62( ? / mm 2 ) ? 0.8?? ? ? 0.8 ? 95 ? 76 ( ? / mm 2 ) It ? 971691600 ? 10

腹板与下翼缘连接处折算应力验算:

??

N M max y ' 300 ? ? 11 ? 79 ? ? 85.5( ? / mm 2 ) A W y 314

??

Vmax S i 348 ? 10 3 ? 300 ? 14 ? 307 ? ? 46.2( ? / mm 2 ) 7 It ? 97.16916 ? 10 ? 10

? 2 h ? ? 2 ? 3? 2 ? 85 .5 2 ? 3 ? 46 .2 2 ? 117 ( ? / mm 2 ) ? 0.8?? ? ? 0.8 ? 160 ? 128 ( ? / mm 2 )
以上验算均满足强度要求。

九、行走支承设计
胶木滑块计算:滑块位置如例图 7-12 所示,下滑快受力最大,其值为

R2 ? 534 k? 。设滑块长度为 350mm,则滑块单位长度的承压力为:
534 ? 10 3 q? ? 1526 ( ? / mm ) 350

根据上述 q 值由表 7-2 查得轨顶弧面半径 R=150mm,轨头设计宽度为 b=35mm。 胶木滑道与轨顶弧面的接触应力按下式进行验算:

? max ? 104

q 1526 ? 104 ? ? 332 ( ? / mm 2 ) ? ? j ? 500 ( ? / mm 2 ) R 150

? ?

选定胶木高 30mm,宽 120mm,长 350mm。

十、胶木滑块轨道设计(例图 7-13)
1.确定轨道底板宽度 轨道底板宽度按混凝土承压强度决定。 根据 C20 混凝土由附录十表 2 查得混 凝 土 的 容 许 承 压 应 力 为 ?? h ? ? 7? / mm 2 , 则 所 需 要 的 轨 道 底 板 宽 度 为 :

Bh ?

?? h ?

q

?

1526 ? 218 (mm ) (取Bh ? 240 mm ) 7

轨 道 底 面 压 1526 ?h ? ? 6.4( ? / mm 2 ) 240 2. 确定轨道底板厚度











轨道底板厚度 ? 按其弯曲强度确定。 轨道底板的 最大弯应力为: ? ? 3? h
c2 ? ?? ? t2

式中轨道底板的悬臂长度 c=102.5mm, 对于 Q235 例图 7-13 胶木滑块支承轨道截面(单位:mm) 钢,查得 ?? ? ? 100? / mm 2 。 故所需轨道底板厚度为:
t? 3? h c 2

?? ?

?

3 ? 6.4 ? 102 .5 2 ? 44 .9(mm )(取t ? 50 mm ) 100

十一、闸门启闭力和吊座计算
1.启门力按式计算: 其中闸门自重: 滑道摩阻力: 止水摩阻力:
T启 ? 1.1G ? 1.(Tzd ? Tzs) Px 2 ?

G ? 101.5k?
Tzd ? fP ? 0.12 ? 1764 ? 212 (k?)
Tzs ? 2 f b H p
f ? 0.65

因为橡皮止水与钢板间摩擦系数: 橡皮止水受压宽度取为: 每边侧止水受水压长度: 侧止水平均压强: 故

b ? 0.06m H ? 6.0m
p ? 29.4? / m 2

Tzs ? 2 ? 0.65 ? 0.06 ? 6 ? 29.4 ? 13.8(k?)

下吸力 Px 底止水橡皮采用Ⅰ110-16 型,其规格为宽 16mm、长 110mm。底 止水沿门跨长 10.4m。根据《钢闸门设计规范》 :启门时闸门底缘平均下吸强度 一般按 20 k? / m 2 计算,则下吸力为:

Px ? 20 ? 10.4 ? 0.0 1 6 3.3(k?) ?

故闸门启门力为:
T启 ? 1.1 ? 101 .5 ? 1.2 ? (212 ? 13.8) ? 3.3 ? 386 (k?)

2.闭门力按下式计算:
T闭 ? 1.2(Tzd ? Tzs ) ? 0.9G ? 1.2 ? (212 ? 13.8) ? 0.9 ? 101 .5 ? 179 .6(k?)

显然仅靠闸门自重是不能关闭 闸门的。由于该溢洪道闸门孔口较多, 若把闸门行走支承改为滚轮,则边梁 需要由单腹式改为双腹式,加上增设 滚轮等设备,则总造价增加较多。为 此, 、宜考虑采用一个重量 200kN 的 加载梁,在闭门时可以依次对需要关 闭的闸门加载下压关闭。 3.吊轴和吊耳板验算(例题 7-14) ( 1)吊轴。采用 Q235 钢,查得

例图 7-14 吊轴和吊耳板(单位:mm)

?? ? ? 65k? / mm 2 ,
386 ? 231 .6(k? ) 2

采用双吊点,每边起吊力为:
P ? 1.2 ? T启 2 ? 1.2 ?

吊轴每边剪力: 需要吊轴截面积:

V?

P 231 .6 ? ? 115 .8(k?) 2 2

115 .8 ? 10 3 A? ? ? 1782 (mm 2 ) ?? ? 65 V
A?



?d 2
4

? 0.785 d 2

故吊轴直径:

d?

A ? 0.785

1782 ? 47.6(mm ),取d ? 80 mm 0.785

(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。
2 由表查得 Q235 钢的 ? cj ? 80? / mm ,故

? ?

t?

d ? cj

? ?

P

?

231 .6 ? 10 3 ? 36(mm ) 80 ? 80

因此在边梁腹板上端部各焊一块厚度为 20mm 的轴承板。轴承板采用圆形,

其直径取为 3d=3×80=240mm。 吊耳孔壁拉应力按下式计算: 式 中 ? cj ?

? k ? ? cj

R2 ? r 2 ? 0.8?? k ? R2 ? r 2

P 231 .6 ? 10 3 ? ? 72.4( ? / mm 2 ) ,吊耳板半径 R=120mm ,轴孔半径 td 40 ? 80
2

r=40mm,由第二章表 2-8 查得 ?? k ? ? 120? / mm ,所以孔壁拉应力:
120 2 ? 40 2 ? k ? 72.4 ? ? 90.5( ? / mm 2 ) ? 0.8 ? 120 ? 96( ? / mm 2 ) 2 2 120 ? 40

故满足要求。


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