露顶式平面钢闸门设计1、设计资料1.1闸门形式：露顶式平面钢闸门。

1.2设计水头：6.00m 。

1.3孔口净宽：9.00m 。

1.4结构材料：碳素钢Q235B-F 。

1.5焊条：E43型手工焊。

1.6止水橡皮：侧止水用P 型橡皮，底止水用条形橡皮。

1.7行走支承：采用胶木滑道，压合木为MCS-2。

1.8启闭方式：电动固定式启闭机。

1.9制造条件：金属结构制造，手工电弧焊，焊缝满足III 级质量检验标准。

1.10执行规：《水利水电工程钢闸门设计规》(SL74-95)2、闸门结构的形式及布置2.1 闸门尺寸的确定(图1)。

(1)闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为0.2m,故闸门高度=6.0+0.2=6.2（m ）； (2)闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：L1=9(m); (3)闸门的计算跨度：L=L0+2×0.2=9.0+0.4=9.4(m);2.2主梁的形式主梁的形式根据水头合跨度大小而定，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。

2.3 主梁的布置根据闸门的高跨比，决定采用双主梁。

为使两个主梁在设计水位时所承受的水压力相等，两个主梁的位置应对称于水压力合力的作用线y =H/3=2.0(m)（图1）,并要求下悬臂a ≥0.12H 和a ≥0.4m,上悬臂、c ≤0.45H,今取，a=0.7m ≈0.12H=0.67（m ） 则主梁间距：)(6.2)(22m a y b =-=则H m a b H c 45.0)(7.27.06.262==--=--=（满足要求）2.4 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，其间应上疏下密，使面板各区格所需要的厚度大致相等，梁布置的具体尺寸详见图2。

2.5 连接系的布置和形式横向联接系 根据主梁的跨度决定布置三道隔板，其间距为2.6m,横隔板兼作竖直次梁。

纵向联接系 设在两个主梁下翼缘的竖平面，采用斜杆式桁架。

2.6 边梁与行走支承边梁采用单腹式，行走支承采用胶木滑道。

3、面板设计3.1 估算面板厚度假定梁格布置如图2所示。

面板厚度按[]σα92.0kpat =当b/a ≤3时，a=1.5，则t=a1605.19.0⨯⨯kp=0.068a kp当b/a>3时，a=1.4则t=a 1604.19.0⨯⨯kp=0.07a kp3.2 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 ，已知面板厚度t=8mm,并且近似地取板中最大弯应力[]2max /160mm N ==σσ, 则)/(6.8916087.007.02max mm N t P =⨯⨯==σ面板与主梁连接焊缝方向单位长度的剪力: T=20/2071617000000230686204410002mm N I VS =⨯⨯⨯⨯= 计算面板与主梁连接的焊缝厚度：[])(8.2)1157.0/(2076.89)7.0/(2222mm T P h t f =⨯+=+=ωτ面板与梁格连接焊缝最小厚度mm h f 6=。

4、水平次梁、顶梁和底梁的设计4.1 荷载与力计算水平次梁和顶底梁都是支承在隔板上的连续梁，作用在它们上面的水压力按 q=P2下上a a + 现列表计算如下：∑q =80.3梁号梁轴线水压强度（2mm kN ）梁间距 (mm) 2下上a a +(m)q=p2下上a a +(m) 备注：1.顶梁荷载按图计算1R =68.372.1351.124.1557.1=⨯⨯)/(m KN1（顶梁） 1.72215.41.42521.95 1.133（上主梁） 26.5 1.04027.56 0.954 35.8 0.89532.04 0.84544.00.82536.30 0.816（下主梁） 51.90.70536.590.60水平次梁为四跨连续梁，跨度为2.6m(图3)。

所示。

水平次梁弯曲时的边跨跨中弯矩为:)/(9.186.23.36077.0077.022m KN ql M =⨯⨯==支座B 处的负弯矩为：)·(26.266.23.36107.02m KN M B =⨯⨯=4.2 截面选择[])(164125161026.2636mm MW =⨯==σ 考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选槽钢18a ，由表查得：A=25692mm ； X W =1414003mm ; Ix =127270004mm ；1b =68mm; d=7mm 。

面板参加次梁工作有效宽度按下式计算，然后取较小值。

)(54886068601mm t b B =⨯+=+≤ B=ξ1b( 对跨间正弯矩段）； B=ξ2b(对支座负弯矩段）；按5号梁计算，设梁间距b=(b1+b2)/2=825mm 。

确定上式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L 0与梁间距b 之比值。

对于第一跨中正弯矩段取L0=0.8L=2080mm;对于支座负弯矩段取L0=0.4L=1040mm.根据L0/b 查表2-1得： L/b=2.521，得ξ1=0.78，则B=ξ1b=)(644mm ； 对于261.1/0=b l ，得ξ2=0.364，则 B=ξ2b=300（mm ）。

对于第一跨中弯矩选用B=543mm ，则水平次梁组合截面面积（图4）： )(69532mm A =组合截面形心到槽钢中心线的距离： )(59mm e =跨中组合截面的惯性矩及截面模量为：)270400002mm I =)(1815002min mm W =对支座段选用B=300mm ，则组合截面面积：)(49698*30025692mm A =+=组合截面形心到槽钢中心线的距离：)(454969948250mm e =⨯⨯=支座处组合截面的惯性矩及截面模量：)(2369162549*49*8*30045*45*2569127270004mm I B =++=W=1754934.3 水平次梁的强度验算由于支座处B （图3）弯矩最大，而截面模量较小，故只需验算支座B 处截面的抗弯强度，即：次σ=[]226/160)/(6.1491754931026.26m in mm N mm N W M B =<=⨯=σ 说明水平次梁选用18a 槽钢满足要求。

扎成梁的剪应力一般很小，可不必验算。

4.4 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,则边跨挠度可近似地按下式计算：004.02501000725.0161638453==⎥⎦⎤⎢⎣⎡≤=-=l EI l M EI ql l B ωω故水平次梁选用[18a 满足强度和刚度要求。

4.5 顶梁和底梁顶梁所受荷载较小，但考虑水面漂浮物的撞击等影响，必须加强顶梁刚度，所以也采用[18a底梁也采用[18a 。

5、主梁设计5.1 设计资料5.1.1主梁跨度：净跨度1l =9.0m ，计算跨度L=9.4m ，荷载跨度l =9.0m 5.1.2主梁荷载：q =2p=39.2KN/m 5.1.3横隔板间隔：2.25m 。

5.1.4主梁容许绕度：⎥⎦⎤⎢⎣⎡L w =6001。

5.2主梁设计5.2.1. 截面选择（1）主梁力：主梁简支于边梁上，最大弯矩在跨中，最大剪力在支承处m ax M =)2(4lL ql-=2.432= KN ·m（2）需要的截面抵抗矩（考虑闸门自重引起的附加应力的影响） W =[]3max300292.0cm M =σ（3）腹板高度h 0选择（刚度条件求得最小梁高h min ） min h =90cm ec h =2.85/2W =70cm经济梁高选取的梁高h 一般应大于min h 但比ec h 稍小，故应选取h=80 cm 。

（4）腹板厚度选择：腹板厚度w t =11h=86.01190=，选w t =1.0cm （5）翼缘截面选择：每个翼缘所需截面为：A 1==-60h t h W w =18.42cm 下翼缘选用cm t A b cm t 4.18,0.11111===，因此需要选用cm b 191=。

(在cm hh 183655.2-=-之间)，上翼缘的部分截面面积可利用面板，故只需设置较小的上翼缘板同面板相连，选用cm b cm t 12,0.111==。

面板兼做主梁上翼缘的有效宽度B=1b +5t=48cm（6）弯应力强度验算：截面形心矩：y 1=cm AAy 8.398.14974.5965,==∑∑截面惯性矩： 1190401290*0.1123230+=+=∑Ay h t I w =179790cm 4. 截面抵抗矩：上翼缘顶边W max =3145178.39179790cm y I ==. 下翼缘底边： W max =3234058.52179790cm y I ==。

弯应力：安全2min max /09.123405100*2.432cm kN W ==M =σ （7）整体稳定性与挠度验算 因主梁上翼缘直接同钢板相连，按规规定可不必验算整体稳定性。

又因梁高大于刚度要求的最小梁高，故梁的挠度也不必验算。

（8）整体稳定与刚度验算。

因主梁上翼缘直接同钢面板相连，按《钢结构设计规》（GB50017—2003）规定可不必验算其整体稳定性。

又因梁高大于按刚度要求的最小梁高，故梁的刚度也不必验算。

5.2.2.翼缘焊缝（1）上翼缘对中和轴的面积矩3cm 4.726508.336288.737.243Ay =⨯+⨯==上S （2）下翼缘对中和轴的面积矩3cm 22812.64550=⨯=下S ＜上S需要焊缝厚度[]cm t cm S V h w ff 67.05.135.280102471524.11074.265010245.41max 433max =≥=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==τ上 因此全梁上、下翼缘焊缝均取mm h f 9=。

5.2.3.腹板的加劲肋和局部稳定验算 加劲肋布置为800.1800==w t h ＞6634523580=。

因闸门已布置横向隔板可兼作横加劲肋，其间距a=225cm.梁高与弯矩都较大的区格 可按式<=w t h V0τζ[]σφ2.区格2左边截面的剪力V=176.4-39.2**（4.5-2.25）=88.2KNm.该区格截面的弯 M=176.4*2025-39.2*9（（4.5-2.25）/2）2=297.68KNm.腹板弯曲应力20/49.61797902.39*100*68.297mm KN I My ===σ。

3.5)0.1*10090(*65)100220==(w t h σ查表得ζ =0.997.由a/b=2.25/0.9=2.5由表查得φ02=0.659 所以5.1016*997.0*659.098.0=<=1.0*9088.2=τKN/cm 2.安全。