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XX水库底孔事故闸门计算说明书


XX 水库底孔进口事故闸门
1.5X1.5-52m

计 算 书

2002.01.

一. 基本资料
1.孔口尺寸(B?H)1.5X1.5 m 2.进口底坎高程:?1117.000 m 3.检修平台高程:?1169.500 m 4.上游校核洪水位:?1168.370 m 5.上游正常高水位:?11

68.000 m 6.死水位:1130.000m 7.淤沙高程:1122.400

二. 布置 该闸门采用设计水头 52.m,运行条件为动闭静启,门体上设 置充水阀,利用水柱压力动水闭门,平压后启门。面板设置在上 游面,下游止水,止水高度 1.6m,止水宽度 1.6m。由于闸门孔 口尺寸较小, 梁系按照结构布置, 要满足主梁和主轮的布置要求。 还要满足闸门利用水柱闭门和闸门底缘下游倾角不小于 30°, 上游倾角不小于 45°的布置要求。 由于闸门孔口尺寸较小,闸门主轮未能作等荷布置,且兼作 控制闸门反位移支承,侧轮作控制闸门侧向位移支承,侧轮布置 在门体上游侧的面板上。 考虑闸门结构尺寸较小,孔口尺寸宽高比等于 1,但闸门吊 耳较高,故采用单吊点启吊,吊耳设置在门顶,而且在吊耳上设 置有短吊杆及充水阀联动。 边梁布置为单腹板。
2

顶、侧止水均采用 P 型橡塑复合止水。 三. 结构计算 1.总水压力 Hs=52m h=1.6m Bz=1.6m

P=1/2λ(2Hs-h)hBzs =0.5?1?(2?52)?1.6?1.6=132t

面板与梁格布置简图 2.面 板 初 选 面 板 厚 度 按 下 式 计 算 :
kp 0.9? ?? ?

? ?a
梁格编号

1 2 3

b(cm)a(cm) b/a k α p(kg/cm2) 80 40 2 0.497 1.5 5.2

? (cm) 1.6

考虑到淤沙和锈蚀的作用,初选面板厚度为:δ=2.0cm;
3

计算面板厚度采用:δ=1.6cm; 设计面板厚度为:δ=2.0cm; 3.面板与梁格的连接计算: 由于该闸门的尺寸较小,属于潜孔高水头闸门,故不设置水 平次梁,顶、底梁均采用与主梁类似的截面。 4.主梁的计算 ① 荷载分析 主梁可视为支承在边梁上的简支梁,承受水平方向传递来的 均布水压力。由于该闸门主梁设计未能采用等间距布置,计算中 取荷载最大的下主梁进行计算设计。 q

l=160cm q=(0.4+0.34)×52=38.48t/m ② 内力分析 Mmax=ql2/8=38.48 × 1.62 ÷ 8=12.3136t-m=12.3136 × 105 (kg〃cm) Qmax= ql/2=38.48×1.6÷2=30.784t=30.784×103(kg) 那么截面所需的 W= Mmax/0.85 ?? ? =12.316×105÷1600 =906(cm3) ③ 截面设计 按刚度要求的最小梁高为: hmin
4

? 0.208

?? ?l E ?? / L ?

=(0.2208×1600×160)÷(2.1×10 ×(1/750) ) =24(cm) 根据经济梁高计算: hec
? 3.1W 2 / 5 =3.1×906
2/5

6

=48(cm) 初选主梁梁高为:h=46(cm) 539 则; 主梁腹板厚度;tw ? 取值为 1.6cm; 后翼缘板的厚度亦采用:δ=4.0(cm) 40 200
h 11

?0.7(cm) 460 400 16

20

主梁不设前翼缘,面板兼作主梁的前翼缘宽度为; ⑴ B ? bl ? 60t =1.6+60×2.0=121.6cm ⑵ B ? ?1b l0=l=800cm, b=40cm l0/b=160÷74.5=2.1477 查图表得ξ1=0.7236 B=0.7236×74.5=53.9?53.9cm ④ 截面特性
y1

? Ay =(2×53.9×1+40×1.6×22+4×20×44) ? ?A
`

/(253.9+401.6+420)=19.999=20(cm)

5

y2=46-20=26(cm) Ix=(53.9×2.03+1.6×40 +20×4 )/12+53.9×2×19 +1.6×40× 2 +20×4×24 =93927(cm ) S=20×4×24+1.6×22 /2=2307(cm ) ⑤ 应力验算 σ1=MMAXY1/IX=(12.3136×105×20)/93927=263(kg/cm2) σ1=MMAXY2/IX=(12.3136×105×26)/93927=341(kg/cm2)
??
Qmax ? S 8.925 ? 10 3 ? 414 .045 2 ? ? 381(kg/cm ) Ix ? t 9709 .356 ? 1.0
2 3 2 2 4 3 3 2

从以上计算可知主梁的截面型式能满足强度要求。 ⑥ 挠度计算 主梁高度是大于最小梁高的,固不必验算挠度。
5ql 2 5 ? 85 ? 210 2 f ? ? 384 EI x 384 ? 2.1 ? 10 6 ? 9709 .356

=2.4×10-6(cm)<1/750

可见主梁的挠度满足规范要求。 由于 h0/δ=46/1.6≤80×(2400/σs)1/2 局部稳定性。 5.顶、底梁的设计 由于顶、底梁所受的荷载相对于第三根主梁而言要小,又闸 门的吊耳设置在顶梁腹板上, 顶梁在动水闭门时承受部分水柱压 力,故将其设计成与第三根主梁近似的截面形式,强度及稳定均 能满足要求。
6

可不必验算腹板的

6.纵梁 该闸门上的纵梁按构造要求与门叶、主梁等齐平连接,截面 形式如主梁,那么强度与挠度均能满足要求。 7. 边梁 边梁可简化为支承在两个主轮上的双悬臂梁,承受由顶梁、 中横梁、底梁传递来的集中荷载,计算简图如下:

①荷载分析 P1=(14.5-2.05)×(0.05+0.62) ×2.1÷4=4.38t P2=(14.5-1.43)×(0.62+0.62) ×2.1÷4=8.51t P3=(14.5-0.81)×(0.62+0.62) ×2.1÷4=8.91t P4=(14.5-0.19)×(0.62+0.19) ×2.1÷4=6.09t ΣPi= R1+ R2 0.62 P2+1.24 P3+1.86 P4=0.31 R1+ 1.55R2 ? R1=12.5625t; ②内力计算 8.1825t 0.31m 0.62m 0.31m 0.31m 6.09t (Q t) R2=15.3275t;

-4.38t -0.3275t 0.31m

7

-9.2375t -1.3578t· m +1.178775t· m 从剪力与弯矩图可知: Qmax=8.1825t; Mmax=1.8879t· m; ③截面特性:

-1.8879t· m (M t.m) +0.975725t· m

300 20

边梁所受的最大弯矩较主横梁要小得 460 400 多,采用与主梁近似的截面,只是面板
兼作前翼缘宽度 B 值取为 315mm,
y1 ?

16

40

200

? Ay' = ? 1.2 ? 31.5 ? 0.6 ? 26 ? 1.0 ? 14.2 ? 1.0 ? 10 ? 27.7 =9.1(cm) 1.2 ? 31.5 ? 26 ? 1.0 ? 1.0 ? 10 ?A
3 3 2

y2= 28.2-9.1=19.1(cm)
Ix= (31.5×1.23+1.0×26 +10×1.0 )/12+31.5×1.2×8.5 +1.0 ×26×5.1 +10×1.0×18.6 =8336.946(cm ) S = 10×1.0×18.6+1.0×18.1 /2= 349.805(cm ) ④应力验算
?1 ?
M max y1 1.8879 ? 10 5 ? 9.1 ? =206.07(kg/cm2) Ix 8336 .946 M max y2 1.8879 ? 10 5 ? 19.1 ? =432.52(kg/cm2) Ix 8336 .946
2 3 2 2 4

?2 ?

8

??

Qmax ? S 8.1825 ? 10 3 ? 349 .805 2 ? ? 343.32(kg/cm ) Ix ? t 8336 .946 ? 1.0

从以上计算可知边梁的截面型式能满足强度要求。 通过以上的分析计算,可知门叶结构的布置,主梁、顶、底、 边梁的截面形式的设计均是合理的, 稳定及挠度能满足规范要求。

四.主轮设计
本套闸门上共设置 4 个主轮,并兼作反向支承。 取主轮的直径为φ500,轮缘宽度 a=100mm 轴径 d=130mm, d1=160mm,L=400mm,b=140mm,c=80mm, 滚轮与轨道的接触应力:
? MAX ? 0.418

c 80

L 400

140 b 100 a

PE 1.2 ? 15.3275 ? 1000 ? 2.1 ? 10 6 ? 0.418 ? ? 5195 .7(kg / cm2 ) aR 10 ? 25

≤ 3?? s ? =3×2400=7200(kg/cm2) 滚轮的材料选用 ZG45,轨道的材料采用 Q235,两者较小的

?? s ? =2400 kg/cm2。
轮轴的弯曲应力:
??
P(2c ? b) 1.2 ? 15327 .5(2 ? 8 ? 14) ? ? 1256 (kg / cm2 )??? ? ? 1450 (kg / cm2 ) 0.2d 3 0.2 ? 133

轮轴材料选用 45 号优质碳素钢。 轮轴剪应力
??
16 P 16 ? 1.2 ? 15327 .5 ? ? 122 (kg / cm2 )??? ? ? 950 (kg / cm2) 3?d12 3 ? ? ? 16 2

轴套的承压应力

9

? cd ?

P 1.2 ? 15327 .5 ? ? 101 .1(kg / cm2 )??? cd ? ? 400 (kg / cm2 ) db 13 ? 14

轴套采用 GS-2 的复合轴承。 轴承座的局部紧接承压应力
P 1.2 ? 15327 .5 (0.5b ? c ? L) ? (0.5 ? 14 ? 8 ? 40) ? 25290 .4kg L 40 R 25290 .4 ? cj ? A ? ? 564 .52(kg / cm2 )? ? cj ? 800 (kg / cm2 ) d1? 16 ? 2 ? 1.4 RA ?

? ?

五.轨道
轨道采用组合梁的形式,材料选用 Q235 钢,厚度为 30mm 的钢 板,二期砼标号为 C25, ?? h ? ? 90 kg / cm2 。 ① 轨道底板与砼承压应力:
?h ?
P 1.2 ? 15327 .5 ? ? 11.79(kg / cm2 ) 3hk Bk 3 ? 26 ? 20

200

300

② 轨道横断面弯曲应力
? ?
3Phk 3 ? 1.2 ? 15327 .5 ? 26 ? ? 129 .81(kg / cm2 ) 3 3 2 8Wk 8 ? ((( 2 ? 20 ? 3 ? 3 ? 20 ) / 12 ? 2 ? 20 ? 3 ? 11.5 ) / 13)

③轨道颈部的局部承压应力
? cd ?
P 1.2 ? 15327 .5 ? ? 681(kg / cm2) ?? cd ? ? 3st 3? 3? 3

④轨道底板弯曲应力
? ? 3? h
c2

?2

? 3 ? 11.79 ?

8.52 ? 284 (kg / cm2 ) 2 3

通过以上计算轨道的设计能够满足要求。 六.启闭门力的计算 该闸门为事故检修闸门,操作条件为动闭静启。门体上设充 水阀平压启门
10

① 闭门力 根据《闸门特性手册》查得类似闸门重约 3 吨 作用的闸门上的总水压力 P=132t G=3.8t
FW ? nT (Tzd ? Tzs ) ? nGG ? WS +Pt

=1.2×(5.44+6.12)-1.0×3.8-24.6+7.987= -6.541t 说明利用水柱重可以闭门,移动底止水如下图: 160 300

Ws=0.3×1.6×51。25=24.6t 底止水的布置如上布置简图所示:D1=160mm,D2=300mm 此布置还是闸门底缘结构所必须的(水柱虽然大些) 上托力 Pt=γβtHsD1Bzs=1×0.6×52×0.16×1.6=7.987t ② 启门力 闸门启门为静水启门,水头差考虑为 5m,那么闸门所受的总 水压力为: P=0.5× (2Hs-h)hBzs=0.5× 5-1.6)1.6× (2× 1.6=11t TZd=P× 1+f)/R=11× (f (0.14×9+0.1)/33=0.5t TZs=Pzs× 3 =0.5(2×0.05×1.6×5+0.05×1.6×5)=0.6t f Ws=HS× 2× ZS=0.3× D B 1.6× 51.25=24.6t FQ=nt(Tzd+Tzs)+Px+n’GG+Gj+Ws =1.2(0.5+0.6)+0.512+1× 3.8+0+2.4 =8.1t Ws=0.3×1.6×11=2.4t
11

③ 持住力 FT= n’GG + Gj +Ws+Px-Pt -(Tzd+Tzs) =1× 3.8+0+24.6+0.512-7.987-(2.2+2.448) =16.277t Px=psD2Bzs=2× 0.16× 1.6=0.512t Ws=0.3×1.6×52=24.6t

所以启闭机选用 QPQ250kN-15m。

12


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