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露顶式平面钢闸门设计1


钢结构课程设计报告



目:

露顶式平面钢闸门设计

学生姓名: 学 号:

指导老师: 设计地点: 东大九龙湖校区

交通学院 港航系

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12/8/2017

露顶式平面钢闸门设计
一、设计资料 1) 闸门型式。露顶式平面钢闸门。 2) 空口尺寸(宽×高) 。12m×6.0m。 3) 上游水位。▽9.0。 4) 下游水位。无。 5) 闸底高程。▼3.0。 6) 启闭方式。电动固定式启闭机。 7) 材料。钢结构:Q235AF; 8) 焊条:E43 型; 行走支承:胶木滑道,压合胶木为 MCS-2; 止水橡皮:侧止水用 P 型橡皮,底止水用条形橡皮; 混泥土强度等级:C20(200 号) 。 9) 制造条件。金属结构制造厂制造,手工电弧焊,满足Ⅲ级焊缝质量检验标准。 10) 规范。 《水利水电工程钢闸门设计规范》 (SL 74-1995) 。

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二、闸门结构的型式及布置 1. 闸门尺寸的确定

2. 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 + 0.2 = 6.2m 闸门的荷载跨度为两侧止水间的间距 Lq = 12.0m 闸门计算跨度 L = L0 + 2d = 12 + 2 × 0.2 = 12.4m 2. 主梁的型式 主梁的型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, 采用实腹式组合梁。

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3. 主梁的布置 根据闸门的高垮比,决定采用双主梁。为使 2 根主梁在设计时水压力相等,2 根主梁的 位置应对称于水压力合力的作用线yc = H 3 = 2.0m,并要求上悬臂c ≤ 0.45H,且使底主梁 到底止水的距离尽量符合底缘布置要求(即α ≥ 30° ) ,取c = 0.45H = 2.7m,则主梁间距 2b = 2 H ? yc ? c = 2 × 6.0 ? 2.0 ? 2.7 = 2.6m a = H ? 2b ? c = 6.0 ? 2.6 ? 2.7 = 0.7m

4. 梁格的布置和形式
50 200

1720

2200



1645

700




2600

140 75 75 75 155 140 860 1005 475 685 765

1130

6200

950

6000

Ⅳ Ⅴ

700

600 810

Ⅵ 3100 3100 12400 3100 3100

梁格采用复式布置和齐平连接, 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,其间距上疏下密,面板各区格所需要的厚度大致相等。 5. 联结系的布置和形式 (1)横向联结系。根据主梁的跨度,采用布置 3 道横隔板,其间距为 3.1m,横隔板兼 作竖直次梁。 (2)纵向联结系。采用斜杆式桁架,布置在 2 根主梁下翼缘的竖平面内。 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。

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100

700

2600

840

2900

三、面板设计 1. 估算面板厚度 当b a ≤ 3 时,t = a
kp 1.5 ? 2

当b a > 3 时,t = a

kp 1.4 ?

p = ρgh = 0.0098 h N ㎜ ; (h 为区格中心的水头,单位 m) σ = 160 N ㎜ ;设计时选用 [20b
2

计 算 结 果



1.竖直次梁腹板厚取 8 ㎜; 2.主梁上翼缘宽度取 140 ㎜。 3.区格 1,4 中系数 k 按三边固定一边简支查得

根据计算结果,选用面板厚度 t = 8 ㎜。 2. 面板与梁格的连接焊缝计算 面板局部弯曲式产生的垂直于焊缝长度方向上的横拉力 Nt。 近似取板中最大弯应力σ max = ? = 160N/mm2 Nt = 0.07tσmax = 0.07 × 8 × 160 = 89.6 N ㎜ 面板与梁连接焊缝方向单位长度内剪力 VS 529.2 × 103 × 680 × 8 × 364 T= = = 187.0 N ㎜ 2I0 2 × 2802 × 106 面板与主梁连接的焊缝厚度
2 N2 t+T ≥

hf

0.7 τ

w f

=

89.62 +1872 = 2.6 0.7 × 115

hfmax < 1.2t min = 9.6
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hfmin ≥ 1.5 tmax = 1.5 20 = 6.71mm 面板与梁格的连接焊缝取其最小厚度 hf = 8 ㎜。 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、 底梁都是支承在横隔板上的连续梁, 作用在他们上面的水压力的计算式 为g = p
a 上 +a 下 2

计 算 列 表 梁 号 1 (顶梁) 2 15.386 3 (上主 梁) 4 35.77 5 44.002 6 (下主 梁) 7 (底梁) 0.81 51.94 0.60 0.400 57.82 0.10 23.12 0.705 0.84 0.825 36.30 1.13 26.46 0.95 0.895 32.04 1.040 27.56 1.72 1.425 21.95 梁轴线处 水压强度 p (kN/m2) — 梁间距 (m) —

a 上 +a 下 2

(m)

q=p

a上 + a下 2

(kN/m)
3.68

36.59

根据表计算结果,水平次梁计算荷载取最大值 36.30KN/m,水平次梁为四跨连续梁, 跨度为 3.1m,水平次梁边跨中的正弯矩为

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M次中 = 0.077ql2 = 0.077 × 36.3 × 3.12 = 26.86KN ? m2 支座 B 处的负弯矩为 M次 B = 0.107 × 36.3 × 3.12 = 37.33KN ? m 2.截面选择 W=
M ?

= 37.33 × 160 = 233312mm3 考虑利用面板作为次梁截面的一部分,初选 [20b 由附表 3-6,查得 A = 3280mm2 , Wx = 191000mm3 Ix = 1914 × 104 mm4 bl = 75mm,d(即 tw) = 9.0mm 面板参加次梁翼缘工作的有效宽度 B ≤ bl + 60t = 75 + 60 × 8 = 555mm 按 5 号梁进行计算,该梁平均间距 b=
a 上 +a 下 2

10 6

=

840+810 2

= 825mm。

对于第一跨中正弯矩段,零点之间的距离 l0 = 0.8l = 0.8 × 3100 = 2480mm,由 l0 b = 3.006查表得ε1 = 0.84,B = ε1 b = 693mm; 对于支座负弯矩段,l0 = 0.4l = 0.4 × 3100 = 1240mm,由l0 b = 1.503查表得 ε2 = 0.42,B = ε2 b = 346.5mm。 对第一跨中,选用B = 555mm,则水平 次梁的组合截面积为 A = 3280 + 555 × 8 = 7720mm2

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组合截面形心到槽钢中心线的距离 0 + 555 × 8 × 104 ≈ 60mm 7720

e=

跨中组合截面的惯性矩及截面模量为 I次中 = 19140000 + 3280 × 602 + 555 × 8 × 442 = 39543840mm4 Wmin = I次中 ymax = 39543840 = 247149mm3 160

对支座,选用B = 346mm,则水平次梁的组合截面积为 A = 3280 + 346 × 8 = 6048mm2 组合截面形心到槽钢中心线的距离 346 × 8 × 104 ≈ 48mm 6048

e=

支座处截面的惯性矩及截面模量为 I次支 = 19140000 + 3280 × 482 + 346 × 8 × 562 = 3.538 × 107 mm4 Wmin = I次支 ymax = 3.538 × 107 = 239038mm3 148

3. 水平次梁的强度验算 支座处弯矩最大截面模量较小,故只需检验支座处截面的抗弯强度,即 M次支 37.33 × 106 ?次 = = = 156 N mm2 < ? = 160 N mm2 Wmin 239038 满足强度要求。 轧成梁的剪应力一般很小,故不再验算。 4. 水平次梁的扰度验算 水平次梁为受均布荷载的四跨连续梁,最大扰度发生在边跨,查表得 ω = L 250,则 ω βql3 36.302 × 31003 ω = = 0.632 × = 8.39 × 10?4 < = 0.004 5 7 l 100EI 100 × 2.06 × 10 × 3.538 × 10 l 满足刚度要求 5. 顶梁和底梁 顶梁和底梁也采用和中间次梁相同的截面,故也选用[ 20b。

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五、主梁设计 (一)已知条件 (1) 主梁跨度:计算跨度L = 12.4m,荷载跨度Lq = 12m。 (2) 主梁荷载:q = p 2 = ρgh2 /(2 × 2) = 88.2 kN m。 (3) 横隔板间隔:3.1m。 (4) 主梁容许绕度: (二)主梁设计 1. 截面选择 (1)主梁内力
ω L

= 600 。

1

Mmax =

q × lq L lq 88.2 × 12 12.4 12 ? = × ? = 1693.44kN ? m 2 2 4 2 2 4 Vmax = qLq 2 = 0.5 × 88.2 × 12 = 529.2kN

(2)需要的截面抵抗矩(考虑闸门自重引起的附加应力的影响,取容许应力为 0.9 ? = 0.9 × 160 = 144 N mm2 ) 1693.44 × 1000 = 11760cm3 144

W = Mmax 0.9 ? =

(3)腹板高度 h0 选择 为减小门槽的宽度,主梁采取变梁高形式,按刚度要求的最小梁高为 ? × 0.9L 160 × 0.9 × 12.4 × 1000 = 0.96 × 0.23 = 114.8cm 1 Eω L 2.06 × 105 × 600 hec = 3.1W
2 5

hmin = 0.96 × 0.23 经济梁高

= 3.1 × 11760

2

5

= 132cm

则选取的梁高 h 一般应大于hmin 但比hec 稍小,选取h0 = 120cm。 (4)腹板厚度选择 由经验公式

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tw = 选用t w = 1.0cm。 (5)翼缘截面选择 每个翼缘所需截面积为

h0 11 = 120 11 = 1.0cm

A1 =

W 1 11760 1 ? t w h0 = ? × 1.0 × 120 = 78cm2 h0 6 120 6

下翼缘选用t1 = 2.0cm,需要b1 = A1 t1 = 39cm,选用b1 = 42cm。 上翼缘的部分面积可利用面板,故只需设置较小的上翼缘板同面板相连,选用 t1 = 2.0cm,b1 = 20cm。 面板兼做主梁上翼缘的有效宽度 B 可按下列二者计算,然后取较小值 B = bl + 60t = 20 + 60 × 0.8 = 68cm 下主梁与相邻两水平次梁的平均间距较小,为 a上 + a下 2 81 + 60 = 70.5cm 2

b=

=

由L b = 1240 70.5 = 17.59,查表得ε1 = 1.0,则 = ε1 b = 1.0 × 70.5 = 70.5cm 故面板可利用的有效宽度为B = 68cm,则主梁上翼缘的总面积为 A1 = 20 × 2.0 + 68 × 0.8 = 94.4cm2 (6)弯应力强度验算 主梁跨中截面形心距面板表面的距离 Ai yi 68 × 0.8 × 0.4 + 20 × 2 × 1.8 + 120 × 1 × 62.8 + 42 × 2 × 123.8 = = 60.4cm Ai 68 × 0.8 + 20 × 2 + 120 × 1 + 42 × 2 Ai yi2

y1 =

截面惯性矩为 I= = 1 t h3 + 12 w 0

1 × 1 × 1203 + 68 × 0.8 × 602 + 20 × 2 × 58.602 + 120 × 2.42 + 42 × 2 × 63.42 12 = 815533cm4 截面抵抗矩为 Wmax = Wmin = I 815533 = = 13502cm3 y1 60.4 I 815533 = = 12664cm3 y2 64.4

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弯应力 ?= Mmax 1.693 × 109 = = 133.7 N mm2 < 0.9 ? = 144 N mm2 Wmin 12.664 × 106

弯应力强度满足要求。 (7)整体稳定与绕度验算。 因主梁上翼缘直接同钢面板相连,按《钢结构设计规范》 (GB50017—2003)规定可不 必验算其整体稳定性。又因梁高大于按刚度要求的最小梁高,故梁的绕度也不必验算。 2. 截面改变 因主梁跨度较大,为节约钢材,同时减小门槽宽度,决定降低主梁端部高度,取主梁支 承端腹板高度为 hd 0 = 0.6h0 = 0.6 × 1200 = 720mm

梁高开始改变的位置取在邻近支承端的横向隔板下翼缘的外侧, 若横隔板的下翼缘宽度取为 200,则梁高改变位置离开支承端的距离为 3100-200/2=3000 剪切强度验算: 主梁支承端截面参数 截面形心距面板表面的距离 Ai yi 68 × 0.8 × 0.4 + 20 × 2 × 1.8 + 72 × 1 × 38.8 + 42 × 2 × 75.8 y1 = = = 37.0cm Ai 68 × 0.8 + 20 × 2 + 72 × 1 + 42 × 2 截面惯性矩为 Ix = = 1 t hd 12 w 0
3

+

Ai yi2

1 × 1 × 723 + 68 × 0.8 × 36.62 + 20 × 2 × 35.22 + 72 × 1 × 1.82 + 42 × 2 × 38.82 12 = 280227.9cm4 截面下半部对中和轴的面积矩 S = 42 × 2 × 38.8 + 37.8 × 1.0 × 37.8 = 3973.6cm3 2

则 τ= Vmax S 5.292 × 105 × 3.9736 × 106 = = 75.04 N mm2 < τ = 95 N mm2 Ix t 2.802279 × 109 × 10

剪切强度满足要求。

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3. 翼缘焊缝 翼缘焊缝厚度 hf 按受力最大的支承端截面计算。最大剪力Vmax = 529.2kN,截面惯性 矩Ix = 280227.9cm4 。 上翼缘对中和轴的面积矩 S1 = 68 × 0.8 × 36.6 + 20 × 2 × 35.2 = 3399.04cm3 下翼缘对中和轴的面积矩 S2 = 42 × 2 × 38.8 = 3259cm3 < S1 需要焊缝厚度 hf = 角焊缝 hfmin ≥ 1.5 × 20 = 6.7mm hfmax < 1.2 × 8 = 9.6mm 主梁上、下翼缘焊缝全长均取hf = 8mm。 4.腹板的加劲肋和局部稳定验算 加劲肋的布置:因为t 0 =
w

VS1 5.292 × 105 × 3.39904 × 106 = = 4.0mm 1.4Ix τw 1.4 × 2.802279 × 109 × 115 f

h

120 1.0

= 120 > 80 235 fy = 80,故需设置横加劲肋,以保证腹板

的局部稳定性。因闸门上已布置横向隔板可兼作横向加劲肋,其间据 a=3100mm。腹板区格 划分如图。 梁高都较大的区格,按式(5-59)验算,即 V τ= ≤ φ2 δ[?] h0 t w 区格 II 左边截面的剪力 V = 529.2 ? 88.2 × 2.9 × 10?3 = 273.42kN 该截面的弯矩 M = 529.2 × 3.1 ? 88.2 × 2.9^2/2 = 1269.64kN. m 腹板边缘的弯曲压应力 ?= My 1269.64 × 106 × 576 = = 89.67N/mm2 Ix 815533 × 104 h0 2 120 2 ?( ) = 89.67 × ( ) = 129 100tw 100 × 1

查表 5-9 得内插法 ξ =0.9665 由 a/b=310/120=2.6 查表 5-10 得φ2 ‘ = 0.655 φ2 = φ2 ’(100t w /b) = 0.665(100 × 1/120)2 = 0.455 所以 τ=
V h 0 tw 10 3 12000 2

= 273.42 ×

= 22.785N/mm2 ≤ φ2 δ ? = 0.455 × 0.9665 × 115 = 50.57N/
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mm2 故在区段 II 的横隔板之间不必再增设加劲肋。 再从剪力最大的区格 I 来考虑 h0 平均 =
120+72 2

= 96cm

h 0 平均 tw

= 1.0 = 96 > 80 235 fy = 80需验算。

96

故需局部稳定性验算。 区格Ⅰ左边最大剪力 V = 529.2kN,该截面弯矩 M = 0kN ·m。 则腹板边缘的弯曲压应力 My = 0N/mm2 Ix h0 2 ) =0 100t w

?=

?(

查表得 ζ = 1.0 由 a/b=310/72=4.3 查表得 φ′2 = 0.0616 ? 4.3 ? 4.0 0.616 ? 0.588 = 0.608 5.0 ? 4.0
2

φ2 = φ2 ’(100t w /b) = 0.608 × (100 × 1/96)2 = 0.660 V 529.2 × 103 = = 61.7N/mm2 ≤ φ2 δ ? = 0.660 × 1.0 × 115 = 75.9N/mm2 h0 t w 960 × 10

τ=

故在区段Ⅰ的横隔板之间不必再增设加劲肋。 六、面板参加主(次)梁工作的折算应力验算 主(次)梁截面选定后,还需要按式 8-4(p276)验算面板局部弯曲与主次梁整体弯 曲的折算应力。因水平次梁的截面很不对称,面板参加水平次梁翼缘整体弯曲的应力?0x 与 其参加主梁翼缘工作的整体弯曲应力?0x 要小的多,故只需验算面板参加主梁工作是的折算 应力。 由前文的面板计算可见, 直接与主梁相邻的面板区格, 只有区格 III 所需要的板厚较大, 这意味着该区格的场边中点应力也较大,所以选取区格 III 按式 8-4 验算其长边中点的折算 应力。 面板区格 III 在长边中点的局部弯曲应力为 ?my = kpa2 t 2 = 0.5 × 0.031 × 8602 82 = 179N/mm2 ?mx = μ?my = 0.3 × 179 = 53.7N/mm2 对应于面板区格Ⅲ的长边中点的主梁弯矩和弯应力为
主 次

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M = 529.2 × 4.65 ? 88.2 ×

4.452 = 1587.5kN ? m 2

?0x = M W = 面板区格Ⅲ的长边中点的折算应力为

1587.5 × 106 = 117.6N/mm2 13502 × 103

?zh =

?2 my + ?mx ? ?0x

2

? ?my ?mx ? ?0x

= 1792 + 53.7 ? 117.6 2 ? 197 × 53.7 ? 117.6 = 220.71N/mm2 < 1.1 ? = 1.1 × 1.4 × 160 = 246.4N/mm2 (面板的边长比 b/a=310/86=3.905>3 所以 = 1.4) 故面板厚度选用 8mm,满足强度要求。 七、横隔板(竖向次梁)设计 横隔板按支承在主梁上的双悬臂梁计算,则每道横隔板在上悬臂的最大负弯矩为 1 c 1 2.7 M = qc = × 26.5 × 3.1 × 2.7 × = 99.81kN ? m 2 3 2 3 横隔板的腹板选用与主梁腹板相近,采用1220mm × 8mm,上翼缘利用面板,下翼缘 采用200mm × 10mm的扁钢。 利用面板的宽度计算 横隔板平均间距b = 3100mm,l0 b = 0.6 ×
2.6 2.6

= 0.6mm,查表得ε2 = 0.24。

B = ε2 b = 0.24 × 2600 = 624mm;B = bl + 60t = 8 + 60 × 8 = 488mm。 选择较小的利用宽度B = 488mm。 截面形心到腹板中心线的距离 488 × 8 × 614 ? 200 × 10 × 615 = 74.5mm 488 × 8 + 1220 × 8 + 200 × 10 截面惯性矩 1 × 8 × 12203 + 1220 × 8 × 74.52 + 488 × 8 12 × 539.52 + 200 × 10 × 689.52 = 3.35 × 109 mm4 3.35 × 109 = 4.824 × 106 mm3 694.5

e=

I=

Wmin = I ymax = 弯应力验算

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?=

M 9.981 × 107 = = 20.69 N mm2 < ? = 160 N mm2 Wmin 4.824 × 106

满足强度要求。 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hf = 8mm。 八、纵向联结系设计
5.955KN 11.91KN 11.91KN 11.91KN 5.955KN

28.0KN

12400

纵向联结系承受闸门自重,露顶式平面钢闸门的自重 G 按附录五估算,即 G = k z k c k g H1.43 B 0.88 × 9.8 = 0.81 × 1.0 × 0.13 × 61.43 × 120.88 × 9.8 = 119.15kN 下游面纵向联结系按承受0.4G = 0.4 × 119.15 = 47.66kN计算。纵向联结系按支承在边梁上 的简支平面桁架设计。 节点荷载为 P= 选用单角钢∟100 × 6,查附表 3-8 得 A = 11.9cm2 ,iy0 = 2.0cm 斜杆计算长度 l0 = 0.9 3.12 × 2.62 × 0.482 = 3.67m 长细比 λ = l0 iy0 = 367 2.0 = 183.5 < λ = 200 斜杆承受的最大拉力 47.66 = 11.91kN 4

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N= 拉杆强度验算

1 3.67 × 0.9 2.6

× 17.845 = 28.0kN

? = N A = 28000 1190 = 23.553 < 0.85 ? = 136 N mm2 满足强度要求。 (0.85 为考虑单角钢受力偏心影响的容许应力折减系数) 九、边梁设计

20

R1 上主梁 529.2KN
720 0.7m

10

下主梁 529.2KN
20

R2

边梁截面

边梁计算简图

边梁的截面形式采用单腹式, 边梁的截面尺寸按构造要求确定, 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,上下翼缘取 300× 20mm。 在闸门每侧边梁上各设两个胶木滑块。其布置尺寸如图所示 边梁所受的水平荷载主要是主梁传来的支座反力及水平次梁、顶梁传来的水平荷载、为了 简化计算,可假设这些荷载完全是由主梁传给边梁。每根主梁作用于边梁的集中荷载 R=529.2kN。 边梁所受的竖向荷载包括:闸门自重、滑道摩擦力、止水摩擦力、起吊力等。 如图所示,可计算出上滑块所受的压力为 R1 = 529.2 × 下滑块所受压力 R2 = 2 × 529.2 ? R1 = 641.4kN 边梁最大弯矩 Mmax = 417 × 0.7 = 219.9 kN ? m 最大剪力 Vmax = 417kN 最大轴向力为作用在一个边梁上的起吊力,为373.32 kN。在最大弯矩作用的截面上的轴向 力,等于起吊力减去上滑块的摩擦力,该轴向力为 q=
641.4 300

2.6 = 417kN 3.3

= 2.138 kN/mm

查附表 6-1 得 f2=0.11

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2.6m

N = 373.32 ? R1 × f2 = 373.32 ? 417 × 0.11 = 327.45kN 边梁的强度验算: 截面面积 A = 720 × 10 + 2 × 300 × 20 = 19200mm2 截面上半部分对中和轴的面积矩 S = 300 × 20 × 370 + 10 × 360 × 180 = 2868000mm3 截面惯性矩 I= 截面抵抗矩 W= 截面边缘最大应力 N Mmax 327450 106 + = + 219.9 × = 59.82 N mm2 < 0.8 ? = 0.8 × 150 A w 19200 5141684 = 120 N mm2 式中,0.8 系考虑到边梁为闸门的重要受力构件,且受力复杂,故将容许应力降低 20%作为 考虑受妞等影响的安全储备。以下计算相同。 ?max = Vmax S 417 × 103 × 2868000 = = 61.2 N mm2 < 0.8 τ = 0.8 × 95 = 76 N mm2 It w 19538.4 × 105 × 10 腹板与下翼缘连接处折算应力验算 N Mmax y′ 327450 106 360 ?= + × = + 219.9 × × = 57.6 N mm2 A w y 19200 5141684 380 τmax = τ= ?zh = Vmax S1 417 × 103 × 300 × 20 × 370 = = 47.4 N mm2 Itw 19538.4 × 105 × 10 I 105 = 19538.4 × = 5141684mm3 y 380 1 × 10 × 7203 + 2 × 300 × 20 × 3702 = 19538.4 × 105 mm4 12

?2 + 3τ2 = 57.62 + 3 × 47.42 = 100.3 N mm2 < 0.8 ? = 0.8 × 160 = 128 N mm2 以上验算均满足强度要求。 十、行走支承设计 行走支承采用胶木滑道,滑块位置如图所示,下滑块受力最大,其值为 R2 = 2 × 529.2 ? R1 = 641.4kN 设滑块长度为 300mm,则滑块单位长度的支承压力为 641.4 = 2.138 kN/mm 300 由所计算的 q,查表 8-2 得轨道顶圆狐半径 R=200mm, 轨头设计宽度为b = 40mm。胶木滑 道与轨顶弧面的接触应力为 q= ?max = 104 q R = 104 2138 200 = 340 N mm2 < ?j = 500 N mm2 选定胶木滑道高 30mm,宽 140mm,长 300mm。 十一、胶木滑块轨道设计 1. 轨道底板宽度 Bk
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?h

轨道底板宽度按混泥土承压强度决定。根据 C20 号混泥土的容许承压应力值 = 7 N mm2 ,所需的轨道底板宽度为

150

40 340

150

Bk = q ?h = 2138 7 = 305.7mm 取Bk = 340mm,故轨道底面压应力为 ?h = q Bk = 2138 340 = 6.29 N mm2 < ?h = 7 N mm2 2. 轨道底板厚度 δ 轨道底板厚度 δ 按其弯曲强度确定。轨道底板的最大弯应力 c2 ≤ ? δ2

? = 3?h 式中,c = 150mm, ? = 100 N mm2 ,即 δ= 3?h c2 ? =

3 × 6.29 × 1502 100 = 65.2mm

取δ = 68mm。 十二、闸门启闭力和吊耳计算 1. 启闭力计算 (1)启门力计算公式 8-29 T启 = 1.2 Tzd + Tzs + 1.1G + Px 其中闸门自重G = 119.15kN。 滑道摩阻力 Tzd = f2 W = 0.11 × 176.4 × 12 = 232.8kN 止水摩阻力

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b

Tzs = f3 Pzs = 2f3 bHP 式中,橡皮止水与钢板间的摩擦系数f3 = 0.7,b = 0.06m,H = 6.0m,P = H × 9.8 =
2 1

29.4 kN m2 。故 Tzs = 2 × 0.7 × 0.06 × 6 × 29.4 = 14.82kN 根据《水利水电工程钢闸门设计规范》 (SL 74—1995) ,当底主梁到底止水的距离符合 底缘布置要求,即α ≥ 30° 时,以及下游流态良好、通气充分时,可以不计下吸力。本闸门 满足α ≥ 30° 的要求,故不计下吸力,即Px = 0,则闸门启闭力为 T启 = 1.2 × 232.8 + 14.82 + 1.1 × 119.15 + 0 = 428.21kN

(2)闭门力计算按式 8-27 T闭 = nT Tzd + Tzs ? nG G = 1.2 × 232.8 + 14.82 ? 0.9 × 119.15 = 140.38kN 可见仅靠闸门自重是不可能关闭闸门的。可以考虑采用一个重量为 140kN 加载梁,对闸门 加载下压关闭。 2. 吊轴和吊耳验算

10 28 28 吊耳板 轴承板 吊 耳 板

R40

0 R15

80

轴承板

(1)吊轴,采用 Q235 钢,查表 1-11 得 τ = 65 N mm2 ,采用双吊点,每边起吊力为 T启 2 482.2 + 140 = 373.32kN 2

N = 1.2 ×

= 1.2 ×

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吊轴每边剪力 V = N 2 = 373.32 2 = 186.66kN 需要吊轴截面积 A = V τ = 186.66 × 103 65 = 2871.7mm2 所以 吊轴 直径为 d≥ 4A π = 60.5mm

取吊轴直径为d = 100mm。 (2)吊耳板强度验算 按局部紧接承压情况, 吊耳板需要厚度按式 8-30 计算, 查表得 Q235 钢的 ?cj =80N mm2 N 373.32 × 103 t= = = 46.7mm 100 × 80 d ?cj 取 t=46mm 为调整吊耳孔位置,决定在边梁腹板上端部的两侧各焊一块轴承板,根据《水利水电工 程钢闸门设计规范》 (SL 74—1995)要求,两块轴承板的总厚度应不小于1.2t = 1.2 × 46.7 = 56mm, 故每块轴承板厚取 28mm。 轴承板采用圆形, 其直径取为D = 3d = 3 × 100 = 300mm。 吊耳孔壁拉应力为 R2 + r 2 ≤ 0.8 ?k R2 ? r 2 式中,?cj = N td = 373.32 × 103 (46 × 100) = 81.2 N mm2 ,吊耳板半径R = D 2 = ?k = ?cj 150mm,轴孔半径r = 40mm, ?k = 120 N mm2 。 故孔壁拉应力 1502 + 402 = 93.6 ≤ 0.8 ?k = 96 N mm2 1502 ? 402

?k = 81.2 ×

满足要求。 到此为止,露顶式平面钢闸门设计已经基本完成。地基的问题我们还没有研究,闸墩的设 计,平面钢闸门的埋设部件(一般包括主轨、侧轨和反轨、止水座、底槛、门楣、护角及护 面等。 ) 关于埋件的计算,本设计就暂不作计算。对于海岸带的钢闸门的设计将更为复杂,如荷兰 北海岸一带, 荷兰为了防洪提出了宏伟的三角洲工程。 其中一个有电脑控制开合关闭的钢闸 门有艾菲尔铁塔那么宏伟,所以钢闸门设计路还很长。

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