目录一.课程设计任务与要求 (1)二．设计资料 (1)三．闸门结构形式及布置 (1)四、面板设计 (2)五、水平次梁，顶梁和底梁地设计 (3)六、主梁设计 (5)七、横隔板设计 (10)八、边梁设计 (11)九、行走支承设计 (12)十、胶木滑块轨道设计 (12)十一、闸门启闭力和吊座验算 (13)水工钢结构钢闸门课程设计计算书一.课程设计任务与要求1、《钢结构》课程设计的任务为某节制闸工作闸门的设计。
2、要求根据钢闸门设计规范与要求，设计出合理、可行的平面定轮钢闸门。
二．设计资料某供水工程，工程等级为1等1级，其某段渠道上设有节制闸。
节制闸工作闸门操作要求为动水启闭，采用平面定轮钢闸门。
本闸门结构设计按SL74-95《水利水电工程钢闸门设计规范》进行。
基本资料如下：孔口尺寸：6.0m×6.0m(宽×高)；底槛高程：23.0m；正常高水位：35.0m；设计水头：12.0m；门叶结构材料：Q235A。
三．闸门结构形式及布置1.闸门尺寸的确定闸门的高度：考虑风浪所产生的水位超高为0.5m，故闸门高度H=6+0.5=6.5m闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：L1=6.1m闸门计算跨度：L=L0+2d=6+2×0.2=6.4m闸门尺寸图见附图12.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=6.4，闸门高度H=6.5，L<h。
所以闸门采用4根主梁。
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.主梁的布置本闸门为潜孔式闸门，按公式()()[]1.51.5k1βkβkβn32Hy-+-++=222aHnaβ-=计算，（其中H=35-23=12m，a=12-6.5=5.5m）经计算：64.01=β m 4.66y 1= m 3.58y 2= m 6.010y 3= m 9.311y 4= 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。
4.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，使面板各区格需要的厚度大致相等。
5.连接系的布置和形式横向连接系，根据主梁的跨度，决定布置3道隔板，其间距为1.6m ，横隔板兼作竖直次梁。
梁格布置尺寸图见附图2. 四、面板设计根据《钢闸门设计规范SDJ —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附图2所示。
面板厚度按下式计算t=a][9.0σa kp当b/a ≤3时，a=1.5,则t=a1605.19.0⨯⨯kp=0.068kp a当b/a >3时，a=1.4,则t=a 1604.19.0⨯⨯kp=0.07kp a现列计算表计算如下：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挠曲时产生的垂直于焊缝长度方向的横拉力P 表达式按式P=0.07t σmax 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]=160N/mm 2,则p=0.07х12х160=134.4N/mm ,面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力：T ＝02I VS =,/3091012403222721286010.942443mm N =⨯⨯⨯⨯⨯⨯ 面板与主梁连接的焊缝厚度：()mm T P h w t f .34113.70309.4134][7.0/2222=⨯+=⨯+=τ，面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度mm h f 6=。
五、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q=p2下上a a + 计算表格如下： 得 ∑q=540.217(kN/m)根据计算，水平次梁计算荷载取71.08kN/m ，水平次梁为4跨连续梁，跨度为1.6m ，水平次梁弯曲时的边跨弯距为: M 次中＝0.077ql 2=0.077х71.08х1.62=14.01kN ∙m 支座B 处的负弯距：M 次B ＝0.107ql 2=0.107х71.08х1.62=19.47kN ∙m水平次梁计算简图和弯矩图见附图3 2.截面选择W=36mm 121688160107.419][=⨯=σM 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： A=2929mm 2; W x =152200mm 3; I x =13699000mm 4; b 1=70mm ; d=9mm 。
面板参加次梁工作的有效宽度分别按下式计算，然后取其中较小值。
B ≤b1+60t=70+60Х12=790mm ; B=ζ1b (对跨间正弯距段) B=ζ2b （对支座负弯距段） 。
按3号梁计算，设梁间距b=mm b b 94528901000221=+=+。
对于第一跨中正弯距段l 0=0.8l=0.8Х1600=1280mm ;对于支座负弯距段l 0=0.4l ＝0.4Х1600＝640mm 。
根据l 0/b 查表：对于l 0/b ＝1280/945＝01.354 得ζ1＝0.53 ，得B=ζ1b ＝0.53Х945＝501mm , 对于l 0/b ＝640/945＝0.677 得ζ2＝0.21 ，得B=ζ2b ＝0.21Х945＝198mm , 对第一跨中选用B ＝501mm,则水平次梁组合截面面积见附图4: 面积为 A=2929+501Х12=8941mm 2; 组合截面形心到槽钢中心线得距离：e=89419612501⨯⨯=65mm ;跨中组合截面的惯性距及截面模量为：I 次中＝13699000+2929Х652+501Х12Х312＝32814479mm4W min =221170612532814479mm =对支座段选用B ＝198mm ，则组合截面面积：A=2929+198Х12=5305mm 2; 组合截面形心到槽钢中心线得距离：e=53059612198⨯⨯=43mm支座初组合截面的惯性距及截面模量为：I 次B ＝13699000+2929Х432+198Х12Х532＝25788905mm4W min =219390213325788905mm =3.水平次梁的强度验算由于支座B 处处弯距最大，而截面模量较小，故只需验算支座B 处截面的抗弯强度，即σ次＝,/160][/.4100193902107.419226mm N mm N =<=⨯σ 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 =19.41kN ∙m,则边跨挠度可近似地按下式计算：次次次EI l M EI ql l w B 1638453-⨯= ＝328144791006.21610.61101.419328144791006.2384]10.61[8.0715536533⨯⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯＝0.000274≤004.02501][==l w 故水平次梁选用[18b 满足强度和刚度要求。
六、主梁设计 (一)设计资料1）主梁跨度：净跨（孔口净宽）L 0＝6m ；计算跨度l ＝6.4m ；荷载跨度l 1＝6.1m 。
2）主梁荷载：m .31394kN P q ==＝总) 横向隔板间距： 1.6m 。
3）主梁容许挠度： [W]=L/750 。
（二）主梁设计 主梁的设计内容包括： 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） 弯距和剪力。
弯距与剪力计算如下： 弯距： m kN M ⋅=-⨯=6.711)41.62.46(2.16.3139max 剪力： kN ql V 9.4242.16.313921max =⨯==（2） 需要的截面抵抗矩已知A3钢的容许应力[σ]=160N/mm 2,考虑钢闸门自重引起附加应力的影响，取容许应力[σ]=,/1441609.02mm N =⨯ 则需要的截面抵抗矩为：[ W]=。
36max .7494114410.6711][cm M =⨯=σ （3）腹板高度选择。
按刚度要求的最小梁高（变截面梁）为：经济梁高：。
cm W h ec 9.093).74941(1.31.35/25/2=⨯==,1.74750/11006.2104.61014423.096.0]/[23.0960722mincm l w E fl h =⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯=。
由于钢闸门中的横向隔板重量将随主梁增高而增加，故主梁高度宜选得比h ec 为小，但不小于h min 。
现选用腹板高度h 0＝90cm 。
(4)腹板厚度选择,86.011/9011/cm h t w ===选用t w ＝1.0cm 。
(5)翼缘截面选择：每个翼缘需要截面为,.939690190.7494162001cm h t h W A w =⨯-=-=下翼缘选用t 1＝2.0cm （符合钢板规格），需要,202.939111cm t A b ===取B 1＝20cm, 上翼缘的部分截面积可利用面板，故只需设置较小的翼缘板同面板相连，选用t 1＝2.0cm ，b 1＝14cm ，面板兼作主梁上翼缘的有效高度为B ＝b 1+60t ＝14+60Х1.2＝86cm 。
上翼缘截面面积A 1=14Х2.0+86Х1.2=131.2cm 2。
(6)弯应力强度验算.主梁跨中梁面的几何特性见表3主梁跨中截面见附图5.截面形心距：,.531.22612.58229yy 1cm A y =='=∑截面惯性距：,36984130909112900.11243230cm Ay h t I w =+⨯=+=∑ 截面抵抗距：上翼缘顶边 ,10418.53536984131max cm y I W ===下翼缘底边 ,6195.75936984132min cm y I W ===弯应力：,/4.14169.0/.5116195100.671122min max cm kN cm kN W M =⨯<=⨯==σ安全。
（7）整体稳定性与挠度验算。
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cm h h s546.000==。