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平面潜孔钢闸门设计设计任务书


此设计任务为学号为奇数的学生做

水工钢结构课程设计
题 学 专 姓 目 院 业 名
周 峰

平面潜孔钢闸门设计 水利与土木工程学院
水利水电工程

班级 学号 职称
讲 师

指导教师 成绩评定

2011 年 12 月 29 日

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新疆农业大学教务处制

水工钢结构课程设计任务书 水工钢结构课程设计任务书
(平面潜孔钢闸门设计) 平面潜孔钢闸门设计) 潜孔钢闸门设计

适合专业: 适合专业:水利水电工程 农业水利工程 水利水电工程管理 水利水电工程管理

新疆农业大学水利与 新疆农业大学水利与土木工程学院 二○一一年十二月 一一年十二月

一、设计任务 为某水库设计放水洞底孔平面钢闸门一面,作为主要工作闸门。

二、设计资料
1、 放水洞净孔口尺寸:宽 1.8 米,高 2.0 米。 2、 凭均设计水头(孔口中心处)20 米。 3、 闸门相对位置 放水洞中部设闸井,闸门位于闸井上游井壁一边,在运用过程中闸下保持无压出流,闸井 内不充水。启闭机设于闸井顶端,从启闭中心至闸门底槛之间的高差为 21 米。 4、 闸门行走支承采用滑动滚轮。 5、 材料:门叶结构采用 Q235,侧止水用 P—60A 型橡皮;底止水用 I110—16 条型橡皮,焊条 E43 型,砼等级 C20,滚轮轴套为铸锡磷青铜,用普通螺栓。 6、参考资料: 《水工钢结构》范崇仁主编, 《水利水电工程钢闸门设计规范》 。

三、设计要求
1、 编写设计书,参照“设计计算参考提纲”的内容,对原则问题应有简略的论证并附必要的 简图。用 A4 书写白纸,钢笔书写整齐端正,用铅笔绘制简图。 2、 绘制施工图,图幅为 A2 图 2 张(或 A3 图 4 张) 。图中包括:门叶结构总图、侧视图、俯 视图、必要的大样图,闸槽尺寸及埋固构件。比例根据布图需要自定。 3、 作出闸门的材料表附在设计图上。

四、设计参考提纲
1、 根据闸门工作条件,初步拟出闸门的构造形式及其总体布置 ⑴ 选择闸门的基本尺寸 门高:为了布置顶止水,门的超高(高出孔口净高)可取 0.15~0.30m,本设计可取 0.2m。 门宽:为了布置侧止水和行走支承闸门总宽度应按净宽加大 2.5b~4.0b。b为滚轮宽度,一 般取b=8~15cm。 ⑵ 选择梁格布置方案 主梁根数和布置:为简化设计和制造方便,孔口不大的潜孔平面门,可才用多主梁等间距 0.4m~0.5m的布置形式。一般底梁不到底,布置底止水,注意门的下游倾角(大于л∕6) 。主 梁位置应结合滚轮布置(注意轮的直径) 。 次梁布置:当采用多主梁的普通式梁格时,无水平次梁只有竖向次梁(兼作横向联结系) , 竖向次梁的根数一般用单数。 顶梁和底梁:按构造要求,采用槽钢(可与主梁同高) 。 边梁:采用双腹式,轮轴为简支式。 将所选择的梁格布置方式、行走支承的位置绘出简图。 2、 面板设计 根据梁格布置,进行面板设计。选取水头较大的区格。计算面板厚度,结合构造要求选择 面板厚度。对底梁下的面板悬出段,应按悬臂板进行验算。待主梁选定后,再按面板与主梁共 同工作时的二向应力状态验算面板强度。 3、 主梁设计 按梁格的布置和荷载分析,找出承受最大水压力的主梁,画出其计算简图。 主梁的计算跨度: L = L0 + A × 2b (A=1.5—2.0) L0 为孔口净宽 水压力作用宽度: L1 = L0 + 4R1 注:L 为两滚轮中心的距离。 止水橡皮头的半径 R1 = 30mm

⑴ 内力计算与截面选择 计算弯矩和剪力,估算最小梁高 hmin 、截面模量 W =

M max ,选主梁截面(轧成梁一般 0.9[σ ]

用工字钢) 。 ⑵ 用所选截面进行强度和刚度验算 截面包括宽度为 B 的面板,列表计算截面的几何特性。对轧成梁无需验算其局部稳定性。 ⑶ 主梁与面板的连接计算 焊缝厚度: h f =

N2 +T2 结合构造要求。 0 .7 τ w f

[ ]

4、 次梁设计 ⑴ 竖向次梁 以主梁为支承,按简支梁计算。选取承受最大水压力和跨度大的区格,绘计算简图,计算 内力,选取截面(对于尺寸不大的平面闸门,次梁高度宜接近于主梁高) 。 ⑵ 顶梁和底梁 按构造要求选取。 5、 闸门启闭力的计算 ⑴ 先计算闭门力 用经验公式估算门叶自重,计算止水摩阻力、支承摩阻力。 上托力: Pt = γH 1 DL1 + γH 2 2 R1 L1 ( H 1 —门底水头, H 2 —门顶水头)

⑵ 启门力的计算 6、 边梁设计 由行走支承拟定截面形式,按构造选择截面尺寸。 绘计算简图,以轮为支承的外伸梁,载荷包括:水压力、启(闭)门力、摩阻力。 内力图:弯矩图、剪力图和轴力图。 进行强度验算

σ max ≤ 0.8[σ ] σ zh ≤ 0.8[σ ] τ max ≤ 0.8[τ ]。

7、 行走支承的设计 ⑴ 滚轮 选取滚轮数目,一般为 4 个。根据轮位计算轮压(原则上按等轮压布置,但也可不等轮压 布置) 。按轮压选择轮宽b,轮直径可取 D=400mm。 轮轴直径初步拟定:0.15D~0.3D,验算轴的弯曲和剪切强度,确定轴径。 轴套的挤压强度,计算轴承板的挤压强度选择轴承板厚度。 ⑵ 轨道的计算 选择轨道截面,可选用钢轨、工字钢,也可用双槽钢组合(翼缘宽度大于滚轮宽度) 。 验算轨道横截面的弯曲应力。轨道颈部的局部承压应力的验算。 按轨道底部砼承压强度验算轨道底宽,如不满足强度要求,可加厚翼缘:加焊钢板(取单宽计 算) 。 8、 各细部结构的拟定 止水、梁格节点、侧轮和反轮,埋固构件的布置(轨道、护角、止水座) 。

此设计任务为学号为偶数的学生做

水工钢结构课程设计
题 学 专 姓 目 院 业 名
周 峰

平面露顶钢闸门设计 平面露顶钢闸门设计 露顶 水利与土木工程学院
水利水电工程

班级 学号 职称
讲 师

指导教师 成绩评定

2011 年 12 月 29 日

新疆农业大学教务处制

水工钢结构课程设计任务书
(平面露顶钢闸门设计) 平面露顶钢闸门设计) 露顶钢闸门设计

适合专业: 适合专业:水利水电工程 农业水利工程 水利水电工程管理 水利水电工程管理

新疆农业大学水利与 新疆农业大学水利与土木工程学院 二○一一年十二月 一一年十二月

一、设计任务
为某水库溢洪道设计平面钢闸门一面,作为主要工作闸门。

二、设计资料
1、 孔口净宽:12 米。 2、 计算水头:6 米。 3、 闸门行走支承:采用胶木滑道。 4、 材料:门叶结构 Q235,侧止水用 P-60A 型橡皮,底止水用 I110—16 条型橡皮, 焊条 E43 型,砼等级 C20,采用普通螺栓。 5、参考资料: 《水工钢结构》范崇仁主编, 《水利水电工程钢闸门设计规范》 。

三、设计要求
1、 编写设计书,参照“设计计算参考提纲”的内容,对原则问题应有简略的论证并附 必要的简图。用 A4 书写白纸,钢笔书写整齐端正,用铅笔绘制简图。 2、 绘制施工图,图幅为 A2 图 2 张(或 A3 图 4 张) 。图中包括:门叶结构总图、侧视 图、俯视图、必要的大样图,闸槽尺寸及埋固构件。比例根据布图需要自定。 3、 作出闸门的材料表附在设计图上。

四、设计参考提纲
1、 根据闸门工作条件,初步拟出闸门的构造形式及其总体布置 ⑴ 选择闸门的基本尺寸 门高:6+0.3(门的超高,高出孔口净高)=6.3m。 门宽:为了布置侧止水和行走支承闸门宽度等于孔口净宽+2×0.3m。 ⑵ 选择梁格布置方案 主梁根数和布置,为简化设计和制造方便,又能保持闸门的整体刚度。对与跨度远 大于门高平面闸门,宜采用双主梁的复式梁格。主梁位置按等水压力的原则布置,上下 主梁应放置在离水压合力作用线相等的位置, 并要求门的下悬臂≥0.12 门高, 上悬臂≤ 0.45 门高。 水平次梁的间距,根据水压力的变化,应布置上疏下密,使各区格的面板厚度大致 相同。次梁可采用槽钢(包括顶梁和底梁) 。底梁不到底,布置底止水。 设置横隔板三道,等间距。 边梁采用单腹式。 ⑶ 梁格采用齐平连接 水平次梁穿过横隔板成连续梁。 纵向联结系,两主梁的下翼缘设斜杆,形成纵向桁架。 将所选择的梁格布置方式、行走支承的位置绘出简图。 2、 面板设计 根据梁格布置,进行面板设计。列表估算面板厚度,结合构造要求选择面板厚度。 对底梁下的面板悬出段,应按悬臂板进行验算。待主梁选定后,再按面板与主梁共同工 作时的二向应力状态验算面板强度。 3、 水平次梁、顶梁和底梁的设计 ⑴ 荷载与内力计算 列表计算,画出水压力最大的水平次梁的计算简图(连续梁) ,绘其内力图 ⑵ 截面选择 由

W=

M MAX

[σ ]

选型号

考虑面板作为次梁截面的一部分,计算有效宽度 B。计算截面的几何特性。 ⑶ 水平次梁的强度和刚度验算 ⑷ 顶梁和底梁 顶梁的载荷较小,但考虑水面漂浮物的撞击等影响,必须加强顶梁刚度,可采用 水平次梁的型号,底梁也是如此。 4、 主梁设计 按梁格的布置和荷载分析,找出承受最大水压力的主梁,画出其计算简图。 主梁的计算跨度: L = L0 + 2 × 0.15 水压力作用宽度: L1 = L0 + 0.15 注:L 为两侧行走支承中心的距离。 ⑴ 内力计算与截面选择 计算弯矩和剪力,估算最小梁高 hmin 、截面模量 W =

L0 为孔口净宽

M max ,选主梁截面(轧成 0.9[σ ]

梁一般用工字钢) 。 选梁高h,腹板高和厚度,翼缘的宽和厚。 ⑵ 用所选截面进行强度和刚度验算 截面包括宽度为 B 的面板,列表计算截面的几何特性。 ⑶ 截面改变 改变梁高,改变梁高的位置(用简图表示) 。剪切强度验算。 ⑷ 翼缘焊缝 焊缝厚度 h f 按受力最大的支承端截面计算,同时考虑构造要求。 ⑸ 腹板加劲肋和局部稳定性验算 横隔板可兼作横向加劲肋。 5、 横隔板设计 ⑴ 荷载和内力计算 横隔板可兼作竖向次梁,承受水平次梁、顶梁和底梁的作用,还有面板传来的水压 力。计算时可用三角形水压力来代替,并把横隔板作为支承在主梁上的外伸梁。 ⑵ 选取截面和强度计算 腹板与主梁腹板同高,上翼缘利用面板,下翼缘一般用宽度为 100mm—200mm, 厚度为 10—20mm的扁钢,隔板厚度通常不大于 8—10mm。 应按构造要求选取的尺寸,使隔板应力很小,可不进行强度验算。 6、 纵向联结系设计 ⑴ 荷载和内力计算 下游纵向联结系承受 0.4G,估算门叶的自重 G。 ⑵ 斜杆截面设计 视作平面桁架,斜杆可能承受拉力,故长细比: λ ≤ [λ ] = 200 。角钢选出后进行 抗强度验算。 ⑶ 斜杆与节点连接 7、 闸门启闭力的计算

⑴ 先计算闭门力 用经验公式估算门叶自重,计算止水摩阻力、支承摩阻力和上托力。 ⑵ 启门力的计算 8、 边梁设计 由行走支承拟定截面形式,按构造选择截面尺寸。 绘计算简图,以轮为支承的外伸梁,载荷包括:水压力、启(闭)门力、摩阻力。 内力图:弯矩图、剪力图和轴力图。 进行强度验算

σ max ≤ 0.8[σ ]

σ zh ≤ 0.8[σ ] τ max ≤ 0.8[τ ]。

9、 行走支承的设计 ⑴ 胶木滑块的计算 胶木滑道与轨顶弧面的接触应力验算。 ⑶ 轨道设计 确定轨道底板宽度、厚度。 10、各细部结构的拟定 止水、梁格节点、侧轮和反轮,埋固构件的布置(轨道、护角、止水座) 。


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