水工钢结构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MC—2。

砼强度等级：C20b启闭机械：卷扬式启闭机。

4. 规范：水利水电工程刚闸门设计规范(SL74-95)，中国水利水电出版社1998.8二、闸门结构的形式及布置(一)闸门尺寸的确定(图1示) 1•闸门孔口尺寸：孔口净跨(L) : 3.50m。

孔口净高：3.50m。

闸门高度(H) : 3.66m。

闸门宽度：4.20m。

2. 计算水头：50.00m。

(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L=3.50m,闸门高度h=3.66m,L<h。

所以闸门采用4根主梁。

本闸门属中等跨度，为了便于制造和维护，决定采用实腹式组合梁。

2. 主梁的布置本闸门为高水头的深孔闸门，孔口尺寸较小，门顶与门底的水压强度差值相对较小。

所以，主梁的位置按等间距来布置。

设计时按最下面的那根受力最大的主梁来设计，各主梁采用相同的截面尺寸。

3. 梁格的布置及形式梁格采用复式布置与等高连接，水平次梁穿过横隔板所支承。

水平梁为连续梁，间距应上疏下密，使面板个区格需要的厚度大致相等，布置图2示三、面板设计根据《钢闸门设计规范 SD — 78 (试行)》关于面板的设计，先估算面板厚度，在主梁截面选择以 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图2所示。

面板厚度按下式计算匸9 •OF ：］现列表1计算如下: 表1根据上表计算，选用面板厚度。

2.面板与梁格的连接计算已知面板厚度t=14mm ,并且近似地取板中最大弯应力c max=[c ]=160N/mn n ,则p=0.07 x 14x面板与主梁连接焊缝方向单位长度内地应力：3VS 790 101000 14 272T = =—21。

2 3776770000面板与主梁连接的焊缝厚度：h f . P 2 T 2 /0.7 [ t w ] 398/0.7 113 5mm ，面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度 h f 6mm 。

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 上 a 下现列表2计算如下:表2当 b/a < 3 时，a=1.65,则 t=akp =0.065 a% kp0.9 1.65 160当 b/a >3 时，a=1.55,则 t=akp 0.9 1.55 160=0.067 a., kp 398N / mm,刀二 1727.61kN/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0.90m ,水平次梁弯曲时的边跨弯距为：M 次中=0.077ql 2=0.077 x 216.53 x 0.9752=15.85kN?m 支座B 处的负弯距：M 次B = 0.107ql 2=0.107 x 216.53 x 0.9752=22.0248kN?n2. 截面选择6XA/ M 22.0248 10W=—[] 160考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选［18b,由附录三表四查得：234A=2929mm W x =152200mm I x =13699000mm b 仁70mm ; d=9mm 。

面板参加次梁工作的有效宽度分别按式 6—11及式6—12计算，然后取其中较小值式：6—11 B < b1+60t=70+60X 14=910mm ;式：6—12 B= Z 1b （对跨间正弯距段）B=Z 2b （对支座负弯距段）。

对于支座负弯距段10=0.41 = 0.4 X 975= 390mm 。

137655 mm梁间距b=b ^^2900 9002900mm 。

对于第一跨中正弯距段10=0.8 l= 0.8 X 975=780mm ;对于 10/b = 390/900 = 0.430 得 Z 2= 0.16，得 B=Z2b = 0.16 X 900= 144mm ,对第一跨中选用B = 360mm 则水平次梁组合截面面积（例 图4）:A=2929+360X 14=6961mm;组合截面形心到槽钢中心线得距离： 360 14 98 《 e= =65mm ; 8689跨中组合截面的惯性距及截面模量为：I 次中=13699000+2929X 652+360X 14X 352= 29662171mmW Zin = 33130025203165.6mm 2155对支座段选用 B = 144mm 则组合截面面积：A=2929+144K 14=4592mrn 组合截面形心到槽钢中心线得距离：e=118.8 14 98=35mm4592.2支座初组合截面的惯性距及截面模量为：I 次B = 13699000+2929X 432+144X 14X 352 = 23680365.8mr n“ 23680365.8 2 Wn = 189442.9mm1253.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622.0248 10116/ 2 [ ] 160“ /2 (7次=116.24N / mm [ ] 160N / mm ,189442.9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=22.0248kN?m,则边跨挠度可近似地按下式计算：5 216.53 [975]3 22.0248 106 975384 2.06 1029662171 16 2.06 1029662171=0.0002 < [W] 丄 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O （n _n ）O43根据l o /b 查表6— 1:：L8b对于 10/b = 780/900 = 0.867 得Z 1 = 0.40，得 B=Zib = 0.40 X 900= 360mm ,1）主梁跨度：净跨（孔口净宽）l0 = 3.5m ;计算跨度l = 3.9m ;荷载跨度l1 = 3.66m46^34)/4 431.9kN 3)横向隔板间距：0.975m 。

2h min 0.208E^ 瓷6 1051/750(5) 翼缘截面选择：每个翼缘需要截面为积可利用面板，故只需设置较小的翼缘板同面板相连，选用 11 = 2.0cm , b 1 = 16cm,面板兼作主梁上翼缘的有效高度为 B = b+60t = 16+60X 1.4 = 100cm 。

上翼缘截面面积 A=18X 2.0+100 X 1.4=172cm 2 。

(6) 弯应力强度验算— 377677 11869.17cm 3,y 1 31.822)主梁荷载：qP^= (9.8 50 岂 9.8 46.34424)主梁容许挠度:(二)主梁设计1.截面选择(1)[W]=L/750 o弯距:弯距和剪力431.9 3.66 39Mmax弯距与剪力计算如下：3.66、 )818kN4剪力: V max 431.9 3.662790kN需要的截面抵抗距 取容许应力[(7 ]= 0.9已知A3钢的容许应力[7 ]=160N/mm2,考虑钢闸门自重引起附加应力的影响, 160 144N/mm 2,则需要的截面抵抗矩为；6[^^]=Mmax818 10[]14435681cm。

(3)腹板高度选择经济梁高：h ec 3.1W 2/5ec按刚度要求的最小梁高(变截面梁)为: 3.1 (5681.833)2/598.43cm 。

2153910342.5cm,由于钢闸门中的横向隔板重量将随主梁增高而增加, 现选用腹板厚度h °= 90cm o(4)腹板厚度选择 t w . h/11. 90/11 0.86cm,选用 t w = 1.0cm o故主梁高度宜选得比h ec 为小，但不小于h min oF 翼缘选用t — 2.0cm (符合钢板规格)，需要b中58 29cm ，取B 二3臥上翼缘的部分截面截面形心距：yAy A 9926831.82cm,312 截面惯性距：It wh12Ay 231.0 90335010 377677 cm 4,12截面抵抗距：上翼缘顶边W maxF 翼缘底边 W min— 3776776568cm 3,y 257.5弯应力：M max 818 100 12.45kN /cm 2 0.9 16 14.4kN /cm 2,安全W min6568表3(7) 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h 0 O.6h o 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。

3. 翼缘焊缝翼缘焊缝厚度h f 按受力最大的支承端截面计算。

V max = 790kN 。

l °=13122cm,上翼缘对中和轴的面积距： S=32.0 X 25.5+140 X 27.2=4624cn ｛， 下翼缘对中和轴的面积距： S=60X 56.5 = 3390cm<S,角焊缝最小，h f 15、t 1.5、20 6.7mm全梁的上下翼缘焊缝都采用 h f 二8mm 。

4. 加筋肋验算尺寸表4所示:表4VmaxSI O tw10kN / cm 2 []9.5kN/cm 2,因误差未超过10%，安全790 658413122 1.0 需要h fVS 1.41。

[ w f]790 46241.4 13122 11.30.511cm,因u " 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a=0.975m 。

腹板区格划分见图2。

5. 取面板区格川验算其长边点的折算应力 a=450-80-90=280mm,面板区格川的长边中点的主梁弯距和弯应力 该区格长边中点的折算应力=.1102 (33 58)2 110(33 58) 100.8N / mm 2 [ ] 1.65 160 264N/mm 2故面板厚度选用14mm 满足强度要求。

六、横隔板设计1.荷载和内力计算如图所示水平次梁为4跨均布连续 它所受的最大剪力，由规范表查知：作用 上由水平荷载传递的集中荷载：R (0.607 0.536)q 次I .1.143 216.53 0.975 241kN; 取 q = q 次2.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 800 X 10mm 上翼缘利用面板，下翼缘采用200mn X 800mm 的 扁钢，上翼缘可利用面板的宽度公式按式B =Z 1b 确定。