水库溢洪道金属结构设计计算书1.1溢洪闸钢闸门设计1.1.1溢洪闸钢闸门设计1、基本资料单向止水平面定轮露顶式钢闸门，孔口尺寸（宽×高）8×4.5m，双吊点，3孔，闸底板高程54.47m，设计水位4.1m。

校核水位4.5m。

闸门动水启闭。

2、主要构件采用材料及容许值（1）主要构件采用材料闸门选用Q235-B钢，埋件选用QU钢。

轮轴：45号优质钢。

轴承：自润滑轴承。

橡胶止水。

（2）材料容许应力1）钢材：按《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74-95）4.2条规定执行。

容许应力根据表4.2.1-1的尺寸分组按表4.2.1-2采用，连接材料的容许应力按表4.2.1-3、表4.2.1-4采用，大、中型工程的工作闸门及重要的事故闸门表4.2.1-2至表4.2.1-4的数值乘以0.9-0.95的系数。

钢材的容许应力：抗拉、压、弯[σ]=160N/㎜²×0.9=144N/㎜²抗剪[τ]=95N/㎜²×0.9=85.5 N/㎜²局部承压[σcd]=240 N/㎜²×0.9=216 N/㎜²局部紧接承压应力[σcj]=120 N/㎜²×0.9=108 N/㎜²2）焊缝焊条采用E43××型焊缝的容许应力抗压[σh c]=160 N/㎜²×0.9=144 N/㎜²抗拉（自动焊）[σh l]= 160 N/㎜²×0.9=144 N/㎜²（半自动焊或手工焊）精确方法检查：[σh l] = 160 N/㎜²×0.9=144 N/㎜²普通方法检查：[σh l] =135N/㎜²×0.9=121.5 N/㎜²抗剪[τh]=95N/㎜²×0.9=85.5 N/㎜²贴角焊缝抗拉、压、剪[σh l]=115 N/㎜²×0.9=103.5 N/㎜²3）普通螺栓连接的容许应力精制螺栓：Q235碳素结构钢抗拉[σl l]=125 N/㎜²×0.9=112.5 N/㎜²（1类孔）抗剪[τl]=130N/㎜²×0.9=117 N/㎜²（1类孔）承压[σl c]=290 N/㎜²×0.9=261 N/㎜²粗制螺栓：Q235碳素结构钢抗拉[σl l]= 125 N/㎜²×0.9=112.5 N/㎜²抗剪[τl]=85N/㎜²×0.9=76.5 N/㎜²承压[σl c]=190 N/㎜²×0.9=171 N/㎜²4）机械零件的容许应力抗拉、压、弯[σ]=1000 N/㎜²抗剪[τ]=65 N/㎜²局部承压[σcd]=150 N/㎜²局部紧接承压应力[σcj]=80 N/㎜²孔壁抗拉[σl]=100 N/㎜²5）铸件选用ZG310-570，其容许应力（《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74-95）表4.2.2）：抗拉、压、弯[σ]=140 N/㎜²抗剪[τ]=105 N/㎜²局部承压[σcd]=200 N/㎜²局部紧接承压应力[σcj]=110 N/㎜²孔壁抗拉[σl]=155 N/㎜²6）混凝土采用C30，其容许的承压应力（二期混凝土）为（《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74-95）表4.2.5）规定：[σh]=11 N/㎜²。

7）梁系的容许挠度：（《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74-95）5.2.3）：主梁[f/L]=1/6003、结构布置该闸门设计为单向止水平面定轮露顶式钢闸门，闸门高度4.5m。

该闸门采用双主梁露顶式，上主梁至闸门顶缘的距离2m处。

下主梁布置在距闸门底缘0.695m处。

为缩减门槽尺寸和节约钢材，主梁采用变截面，梁高改变位置距离门槽外缘2.25m，主梁采用焊接工字形截面梁，最大梁高1.15m。

顶梁选用［20槽钢，距闸门顶缘0.02m，底梁选用［18槽钢，两根水平次梁距闸门顶缘分别为1.1m、2.905m。

闸门为悬臂式滚轮支撑，主轮直径为υ750mm ，材料为ZG310-570。

止水形式为上游止水，侧止水为“L 1”型（外R100º角），底止水为H20-11型，材质均为SF6674。

在闸门两侧柱端的下游设四个侧轮，以约束闸门的侧向位移。

闸门主、侧轮轴承均选用自润滑轴承。

总压力: P 总 =γH 2s B zs /2=810kN下主梁受力为P max =448.75 kN ，上主梁受力为P min =361.25 kN 荷载及内力：主梁为等荷载布置其线荷载为 q=P max /8=56.1(KN/m)q 作用下的最大弯矩剪力 L=8.28米 L 1=8米 M max =（ - ）=KN ·m Q==KN面板参与主梁作用的有效宽度B 为 B=ξ1b 且B ≤60ξ+b b=（59.5+90）=74.75cm L 0=828cm 则L 0/b=828/74.75=11.077 查表得ξ1=0.982 则B=0.982x74.75=73.42cm 又B ≤60ξ+b=60x0.982+74.75=133.68cm 所以取B=73.42cmA=1x73+1.6x20+1.2x111.4+2x30=298.68cm 2Y 1=(73x0.5+32x2+133.68x58.7+60x115)/298.68=49.71cm Y 2=116-49.71=66.29cmI=73x49.042+32x46.542++133.68x9.162+60x65.462=651434.48cm 4W max ==13104.7 cm 3 W min ==9827 cm 3 σ1===36.65Mpa σ2====48.88Mpa 挠度f max ===2.51mm [f]===17.13mm中和轴处δ=2x30x65.46+1.2x64.462/2=6420.65 cm 3 剪应力τmax ===26.97Mpa ＜[τ]=85.5Mpa主梁腹板高度与厚度之比故需加筋肋板。

以上验算均满足要求。

根据运行条件，闸门为动水下降，动载系数选为1.1，总水压力按照《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74-95）附录D 计算： 总压力: P 总 =γH 2s B zs /2=810kN 面板初选面板厚度按下式计算 δ=α×[]σαp k y式中：k y —弹塑性薄板支承长边中点弯应力系数，按《水利水电工程钢闸门设计规范》附录G表G1~G3采用； α—弹塑性调整系数，b/a ＞3时，α=1.4，b/a ＜＝3时，α=1.5； p —面板计算区格中心的压力强度，N/㎜²；a、b—面板计算区格的短边和长边长度，mm，从面板与主（次）梁的连接焊缝算起；[σ]—钢材的抗弯容许应力，N/㎜²。

各区格面板计算成果见表1-1。

表1-1 闸门面板计算表区格b(㎜)a(㎜)b/a P(N/㎜²)ky α[σ](N/㎜²)δ(㎜)Ⅰ1750 1080 1.62 0.0055 0.468 1.5 144 3.73 Ⅱ1750 900 1.94 0.0155 0.495 1.5 144 5.36 Ⅲ1750 905 1.93 0.02453 0.495 1.5 144 6.79 Ⅳ1750 900 1.94 0.03355 0.495 1.5 144 7.89 Ⅴ1750 595 2.94 0.041 0.500 1.5 144 5.79 根据《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74-95）5.2.6条考虑1-2mm锈蚀，考虑到工程的具体情况，实际面板厚度选用10mm。

面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力从前面的计算可见区格Ⅳ所需的板较大，其b/a=1.94＞1.5只需按下式验算长边中点的折算应力σzh=√（σmy）2＋（σmx－σox）2－（σmy）（σmx－σox）≤1.1α[σ]=237.6MPa其中σmy= k y pa2/δ2=93.42MPaσmx=μσmy =0.3×93.42=28.03MpaL1=8m X=3.265m a=0.14m q=56.1(KN/m)区格Ⅳ长边中点处主梁M1为M1=q/2［L1X－（X－a）2］=459.4KN·mσox=M1/ W max =35.1MPaσzh=√（σmy）2＋（σmx－σox）2－（σmy）（σmx－σox）=97.2MPa＜1.1α[σ]=237.6MPa以上验算均满足要求4、主轮计算轮直径Φ75cm 轮缘宽度10cm 轮轴Φ20cm下主轮受力为P=220.9ⅹ1.1=243KN上主轮受力为P=184.7ⅹ1.1=203.2KN接触应力δmax=0.418=0.418ⅹ=487.6Mpa轮子材料选用ZG310—570 δs=310Mpa则δmax≤3.0δs=3.0ⅹ310=930Mpa以上验算均满足要求5、轨道底板混凝土承压应力h k=17cm B k=17cmδh===2.8Mpa二期混凝土为C25其【δh】=9Mpa6、轨道横断面弯曲应力QU120W k==574.51cm3δ===26Mpa＜140Mpa7、轨道颈部的局部承压应力S=4.5cm t=4.4cmδcd===40.9Mpa 【δcd】=200Mpa8、轨道底板弯曲应力δ=3δh=3x2.8x=27.22Mpa＜140Mpa以上验算均满足要求。

9、轮轴材料采用45号优质钢。

轮轴的弯曲应力：P=243KN a=5.0cm l=16.0cm b=51.0cm δ=4.8cm d=20.0cmσ===39.5Mpa＜145Mpa轮轴剪应力(当b≥a+0.5l=6+0.5x16=14cm＜51cm时）τ===35.1Mpa＜95Mpa以上验算均满足要求轴承板的局部紧接承压应力【δcj】=80MpaR A=P（0.5l+a+b）/b=243x(0.5x16+5+51)/51=305KNδcj===38.13Mpa＜80Mpa以上验算均满足要求10、闭门力计算n T=1.2 n G=0.9F W=n T（T zd＋T zs）－nG G +P t式中F W—启门力（KN）；n T—摩擦阻力安全系数，取n T=1.2；n G—闸门自重修正系数，取n G=1.2；T zd—滑动轴承的滚轮摩阻力（KN），滑动轴承的滚轮摩阻力（KN），T zd=P（f1r+f）/R=56.5KN；P—作用在闸门上的总水压力（KN），P=902.1KN；f1—轴与轴套间的滑动摩擦系数，按钢对青铜（有润滑）情况，取f1=0.25；f—滚轮的滚动摩擦力臂，取f=1mm；R、r—分别为滚轮、滚轮轴半径（mm），R=375mm，r=100mm；T zs—止水摩擦阻力（KN），T zs= f3P Zs=37.87KN；f3—止水摩擦系数，取f3=0.5；P Zs—作用在止水上的水压力（KN），P Zs=59.4KN；G—闸门自重（KN），G=130.5KN；P1—上托力（KN），包括底缘上托力和止水上托力，本工程闸门面板在上游面，不计上托力；经计算，F W=-18.2KN＜0，闸门依靠自重即可关闭。