钢结构课程设计说明书专业/班级:水利水电工程课程代码: 16009699 学生姓名:学号:学院:能源与动力工程学院指导教师:目录一、设计资料及有关规定 (1)二、闸门结构的形式及布置 (2)三、面板设计 (5)四、水平次梁、顶梁和底梁地设计 (6)五、主梁设计 (10)六、横隔板设计 (17)七、纵向连接系 (18)八、边梁设计 (20)九、行走支承设计 (22)十、轨道设计 (22)十一、止水布置方式 (23)十二、埋固构件 (23)十三、闸门启闭力 (23)十四、吊耳板强度验算 (24)十五、闸门启闭机械 (24)一、设计资料1、闸门形式：露顶式平面钢闸门；2、孔口尺寸（宽*高）：11m*10m；3、上游水位：9.8m；4、下游水位：0m；5、闸底高程：0m；6、启闭方式：液压式启闭机；7、材料钢结构：Q235-A.F；焊条：E43型；行走支承：滚轮支承；止水橡皮：侧止水用p型橡皮，底止水用条形橡皮；8、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9、规范：《水利水电工程闸门设计规范SL 1974-2005》二、闸门结构的形式及布置1.闸门尺寸的确定闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为0.2米，故闸门设计高度=9.8+0.2=10m；闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：L1=11m；闸门计算跨度：L=L0+2d=11+2*0.2=11.4m2.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宽高比，决定采用五主梁式。
为使主梁在设计水位时所受水压力相等，根据公式计算每一根主梁距水面的距离，K及第K根主梁位置。
（K=1,2,3,4,5）y1=2.98m y2=5.45m y3=7.06m y4=8.35m y5=9.48m图1 闸门尺寸图（单位：m）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图。
图2 梁格布置尺寸图（单位：mm）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4道横隔板，其间距为2.28m，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。
(图详见后)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。
三、面板设计根据SL1974-1995《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图2所示，面板厚度按下式计算：t=a√kp0.9a[σ]当b/a≤3时，a=1.5，则t=a√kp=0.068a√kp0.9⨯1.5⨯160=0.070a√kp当b/a≥3时，a=1.4, 则t=a√kp0.9⨯1.4⨯160现列表1进行计算表一注1、面板边长a、b都从面板宇梁格的连接焊缝算起，主梁上翼缘宽为140mm (详见后面)2、区格1、11中的系数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=12mm(2）面板与梁格的连接计算面板局部绕曲时产生的垂直于焊缝长度方向的横向拉力P 按式σt P 07.0=max 计算，已知面板厚度t=12mm ，并且近似地取板中最大弯应力σmax =【σ】=160 N/mm 2 则σt P 07.0=max = 0.07×12×160=134.4（N/mm ） 面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力T=VS/2I 0 =539600×640×12×317/（2×2529530000）=259.67(N/mm)由式[])7.0/(22ωτf f T P h +≥计算面板与主梁连接的焊缝厚度为h f =((p/1.22)2+T 2)^(1/2)/(0.7[τt h )=（√134.4×134.4+259.67×259.67/（0.7×113）=3.7(mm)面板与梁格连接焊缝取其最小厚度h f =6 mm 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，作用在它们上面的水平压力可按式2______下上a a p q +=计算。
列表2计算后得 εq =78.27kN/m表二根据表二计算，水平次梁计算荷载取52.7kN/m,水平次梁为五跨连续梁，跨度为2.28m （图三）。
水平次梁弯曲时的边跨中弯矩为=0.080ql2=0.080×52.7×2.28×2.28=21.92 (kN﹒m)M次中支座B处的弯矩为M==0.107ql2=0.107×52.7×2.28×2.28=29.31 (kN﹒m)次B图3 水平次梁计算简图和弯矩图2.截面选择W=M/[σ]=29.31×106/160=183208mm 3考虑到利用面板作为次梁截面的一部分，初选 [ 18a ， 由附录三表4查得：A=2569mm ²；Wx=141400mm 3 ；Ix=12727000mm 4 b=68mm ；d=7mm面板参加次梁工作有效宽度分别按式(1)及式b B 1ξ=或b B 2ξ=（其中()2/21b b b +=）计算，然后取其其中较小值。
式（1） B ≤b 1+60t= 68+60×8=548mmb B 1ξ=（对胯间正弯矩段） b B 2ξ=（对支座负弯矩段）按4号梁计算，设梁间距()=+=2/21b b b (1137+1110)/2=1123.5(mm)。
确定式中面板的有效宽度系数 ξ 时，需要知道梁弯矩零点之间间距0l与梁间距b 比值。
对于第一跨中正弯矩段取0l = 0.8l=0.8×2280=1846.8(mm) 。
对于支座负弯矩段取 0l=0.4×2280=912(mm)。
面 板 有 效 宽 度 系 数1ξ 和 2ξ表三根据b L /0查 表3，得对于b L /0=1846.8/1123.5=1.64得1ξ= 0.61，B=0.61×1123.5=689.4(mm) ; 对于b L /0= 912/1123.= 0.81 ，得1ξ= 0.25 ，则B = 0.25×1123.5=281(mm) ; 对第一跨中选用B=660mm ，则水平次梁组合截面面积 图3 为 A =2569+660×12=10489mm 2组合截面形心到槽钢中心线的距离为e=660×12×96/10489=72（mm ）跨中组合截面的惯性矩及截面模量为I 次中=12727000+2569×722+660×8×242=29225944mm 4 W min =29225944/162=180407mm 3 对支座B = 281mm ，则组合截面面积为 A =2569+281×12=5941 mm 2组合截面形心到槽钢中心线的距离为 e=281×12×96/5941=54.49(mm)图4 面板参加水平次梁工作后的组合截面（mm ）支座处组合截面的惯性矩及截面模量为I 次B =12727000+2569×54.492+281×12×60.492=32693055.5mm 4W min =32693055.5/144.49=226265 mm 2 3.水平次梁的强度验算由支座B （图3）处弯矩最大，而截面模量最小，故只需验算支座B 处的截面的抗弯强度，即σ次=M 次B /W min =29310000/226265=129.5N/mm 2<[σ]=160N/mm 2说明水平次梁选用 [18a 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 =26.8kN.m ,则边跨挠度可近似地计算为次次次EI l M EI ql l w B 1638453-⨯==5/384×ql 3/EI 次-M 次B l/16EI 次=5×52.7×(2.18×103）3/(384×2.06×105×29225944 )- 29310000×2.28×103/(16×2.06×105×29225944 )=0.000487<[W/L]=1/250=0.004 故水平次梁选用 [18a 满足强度和刚度要求。
（5）顶梁和底梁。
顶梁所受的荷载较小，但考虑水面漂浮物的撞击等影响，必须加强顶梁的刚度，所以也采用 [18a 。
底梁也采用 [18a 五、主梁设计 (一)设计资料设计如下图，主梁净跨（孔口宽度）L0=11.00m;计算跨度L=11.40m ；荷载跨度L1=11m. 2. 主梁荷载q=98.1KN/m. 3. 横向隔间距：2.28m ； 4. 主梁容许挠度：[w]=L/600图5 主梁位置图（单位：m ）（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：Mmax=98.1⨯112⨯（11.42−114）=1591.7（kN •m ）Vmax=qL12=12⨯98.1⨯11=539,6kN(2) 需要的截面抵抗矩。
已知Q235钢的容许应力[σ]=160KN/mm ²，考虑钢闸门自重引起的附加应力作用，取容许应力[σ]=0.9×160=144N/mm2，则需要的截面模量为W=Mmax [σ]=1591.7⨯100144⨯0.1=11053.5cm ³(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[σ]L E[ωL]=0.96⨯0.23⨯144⨯100⨯11.4⨯1002.06⨯10^7⨯(1/600)=105.57cm经济梁高 hec=3.1W^(2/5)=3.1⨯11053.5^(2/5)=128.5cm 现选用腹板高度h 0=110cm(4)腹板厚度选择。
按经验公式计算：tw =√h/11=√11011=0.95cm ，选择用tw=1cm（5）翼缘截面选择。