bq露顶式平面钢闸门设计目录露顶式平面钢闸门设计 (1)一、设计资料1二、闸门结构的形式及布置 (2)三、面板设计 (4)四、水平次梁、顶梁和底梁的设计 (6)五、主梁设计 (11)六、横隔板设计 (18)七、纵向连接系设计 (20)八、边梁设计 (22)九、行走支承设计 (24)十、胶木滑块轨道设计（图13） (25)十一、闸门启闭力和吊座计算 (26)十二、设计经验总结与不足 (30)十三、致谢 (31)十四、参考文献 (32)露顶式平面钢闸门设计一、设计资料闸门形式：溢洪道露顶式平面钢闸门；孔口净宽：10.00m；设计水头：6.80m；结构材料：Q235钢；焊条：E43；止水橡皮：侧止水用P形橡皮,底止水用条形橡皮；行走支承：采用胶木滑道，压合胶木为MCS-2；启闭方法：电动固定式启闭机制造条件：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;执行规范：《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL 74--1995）。

二、闸门结构的形式及布置（1）闸门尺寸的确定（图1）。

1）闸门高度：考虑到风浪产生的水位超高为m 2.0，故闸门高度=6.8+0.2=7.0（m ）； 2）闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：m L 101= 3）闸门的计算跨度：)(4.102.021020m d L L =⨯+=+=；图1 闸门的主要尺寸图（单位：m ）（2）主梁的形式。

主梁的形式应根据水头的大小和跨度的大小而定，本闸门属于中等跨度，为了方便制造和维护，决定采用实腹式组合梁。

（3）主梁的布置。

根据闸门的高跨比，决定采用双主梁。

为使两个主梁设计水位时所受的水压力相等，两个主梁的位置应对称于水压力合力的作用线)(0.33/m H y ==(图1) 并要求下悬臂H a 12.0≥和m a 4.0≥、上悬臂 H c 45.0≤,今取)(8.012.06.0m H a =≈=主梁间距)(0.35.12)(22m a y b =⨯=-=则H m a b H c 45.0)(38.038.62<=--=--=（满足要求）（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撑。

水平次梁为连续梁，其间距应上疏下密，使面板各区格需要的厚度大致相等，梁格布置具体尺寸如 (图2) 所示。

图2 梁格布置尺寸图（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3道横隔板，其间距为 2.60 m，横隔板兼作竖直次梁。

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。

（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。

三、面板设计根据《水利水电工程钢闸门设计规范》 （SL 74-95）及2006修订送审稿，关于面板的计算，先估算面板厚度，在主梁截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 (图2) 所示。

面板厚度按[]σa kpat 9.0=计算当b/a ≤ 3 时，a = 1.5 ，kp a kpat 068.01605.19.0=⨯⨯=当b/a > 3 时，a = 1.4 ，则kp a kpa t 07.01604.19.0_________=⨯⨯= 现列表1进行计算。

表1 面 板 厚 度 的 估 算注 1)2、区格I 、VI 中的系数k 由三边固定一边简支板查得。

根据表1计算，选用面板厚度t=10mm 。

（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向拉力P 按式σt P 07.0=max 计算，则σt P 07.0=max =(1121601007.0=⨯⨯N/mm ） 面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力为)/(190161700000025.276756056700020mm N I VS T =⨯⨯⨯⨯==由[])7.0/(22ωτf f T P h +≥计算面板与主梁连接的焊缝厚度为[]()()()mm T P h ff 0.31157.0/1901127.0/2222=⨯+=+=ωτ面板与梁格连接焊缝取其最小厚度mm h f 6=。

四、水平次梁、顶梁和底梁的设计表2 水平次梁、顶梁和底梁均布荷载的计算（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∑=m kN q/6.219根据 表2计算，水平次梁计算荷载取46.51kN/m,水平次梁为四跨连续梁，跨度为2.6m （图3）。

水平次梁弯曲时的边跨中弯矩为()m kN ql M •=⨯⨯==21.246.251.46077.0077.022次中支座B 处的弯矩为()m kN ql M B •=⨯⨯==64.336.251.46107.0107.022次ABCDEM M 次中次支Aq =30.69K N /m图3 水平次梁计算简图和弯矩图（2）截面选择。

[]()362102501601064.33mm M W =⨯==σ考虑到利用面板作为次梁截面的一部分，初选 [20a 由附表6.3查得：23184mm A = ；3217600mm W x =；423940000mm I x =；mm b 77=;mm d 7=。

面板参加次梁工作有效宽度分别按式c b B t 2+≤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。

()mm t b B 677106077601=⨯+=+≤b B 1ξ=（对胯间正弯矩段）b B 2ξ=（对支座负弯矩段）按5号梁计算，设梁间距mm b b b 932)915948(2)(21=+=+=。

确定式b B 1ξ=或b B 2ξ=中面板的有效宽度系数ξ时，需要知道梁弯矩零点之间的距离0l 与梁间距b 比值。

对于第一跨中正弯矩段取()mm l l 208026008.08.00=⨯==。

对于支座负弯矩段取()mm l l 104026004.04.00=⨯== 。

表3 面 板 有 效 宽 度 系 数 1ξ和 2ξ根据b l /0查表3，得对于232.2932/2080/0==b l ，得74.01=ξ，则()mm b B 69093274.01=⨯==ξ; 对于116.1932/1040/0==b l ，得328.01=ξ，则()mm b B 306932328.01=⨯==ξ。

对第一跨中选用mm B 488=，则水平次梁组合截面面积(图4) 为()29954106773184mm A =⨯+=组合截面形心到槽钢中心线的距离为()mm e 78995411510677=⨯⨯=跨中组合截面的惯性矩及截面模量为()422次中49866966391067778256923940000mm I =⨯⨯+⨯+=()2min 26955118549866966mm W ==对支座段选用mm B 405=，则组合截面面积为()26244103063184mm A =⨯+=图4 面板参加水平次梁工作后的组合截面组合截面形心到槽钢中心线的距离为()mm e 56624411510306=⨯⨯=支座处组合截面的惯性矩及截面模量为()422次45311284611030656318423940000mm I B =⨯⨯+⨯+=()2min 27296016645311284mm W ==（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()[]226min 次次/160/2.1232729601064.33mm N mm N W M B =<=⨯==σσ 说明水平次梁选用 [20a 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 kN M B •=64.33次，则边跨挠度可近似地计算为次次次EI l M EI ql l B 1638452-=υ()498669661006.216106.21064.33498669661006.2384106.251.465536533⨯⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯= 004.0250100127.0==⎥⎦⎤⎢⎣⎡≤=l υ故水平次梁选用 [20a 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 [20a 。

底梁也采用 [20a 。

五、主梁设计（1）设计资料。

1）主梁跨度（图5）；净跨（孔口宽度）()m L 100= ，计算跨度 m L 4.10=,荷载跨度m L 101= ；0.20图5 平面钢闸门的主梁位置和计算简图2）主梁荷载：m kN q /3.113= ； 3）横向隔板间距：2.6m ； 4）主梁容许挠度[]600/L =υ。

（2）主梁设计。

主梁设计包括：○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()m kN M •=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⨯⨯=153041024.102103.113max ()kN qL V 5670.103.1132121max =⨯⨯==○2需要的截面模量。

已知Q235 钢的容许应力 []2/160mm N =σ ，考虑钢闸门自重引起的附加应力作用，取容许应力为[]2/1441609.0mm N =⨯=σ ，则需要的截面模量为[]()3max 106251.01441001530cm M W =⨯⨯==σ ○3腹板高度选择。

按刚度要求的最小高梁（变截面梁）为 [][]()()cm L E L h 3.96600/11006.2104.101014423.096.0/23.096.0722min =⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=υσ经济梁高 ()cm Wh ec 126106251.31.35/25/2=⨯==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ec h 小，但不小于min h 。

现选用腹板高度cm h 1000= 。

○4腹板厚度选择。

按经验公式计算：cm h t 91.011/10011/===ϖ ，选用cm t 0.1=ϖ。

○5翼缘截面选择。

每个翼缘需要截面为 ()20019061000.1100106256cm h t h w A =⨯-=-=ϖ 下翼缘选用cm t 0.21=（符合钢板规格）需要cm t A b 250.2/50/111===，选用cm b 341=(在cm hh 20~405~5.2= 之间）。