露顶式平面钢闸门设计水工钢结构课程设计露顶式平面钢闸门设计一：设计资料闸门形式：露顶式平面钢闸门。

孔口尺寸：× ; 上游水位：; 下游水位：闸底高程：0 m 启闭方式：电动固定式启闭机结构材料：平炉热轧碳素钢Q235 —; 焊条：E43型; 止水橡皮：侧止水用P型橡皮，底止水用条形橡皮。

行走支承：滚轮支承或胶木滑道. 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.规范：《水利水电工程钢闸门设计规范SL 1974—2005》1 水工钢结构课程设计二：闸门结构的形式及布置 1.闸门尺寸的确定。

如下图闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为,故闸门高度=+=14m；闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：L1=20m; 闸门的计算跨度：L=L1+2×=; 2.主梁的形式主梁的形式根据水头合跨度大小而定，本闸门属大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高跨比，决定采用4根主梁，为使两个主梁在设计水位时 2 水工钢结构课程设计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H/3=/3=。

H=，n=4 当k=1时，y1= 当k=2时，y2= 当k=3时，y3= 当k=4时Y4=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下图 3 水工钢结构课程设计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9道隔板，其间距为2m,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内，采用斜杆式桁架。

6边梁与行走支承边梁采用复合腹式，行走支承采用胶木滑道。

三：面板设计 1.估算面板厚度kp假定梁格布置如图1所示。

面板厚度按t=???? 当b/a≤3时，?=，当b/a≥3时，?=, 现列表计算如下面板的厚度估算区格 1 2 3 4 5 6 7 8 a(mm) b(mm) b/a 1225 1175 1125 1075 1000 975 925 900 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 20002k h p t (mm) 4 水工钢结构课程设计9 10 11 12 13 14 15 16 875 850 775 750 650 600 500 300 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 20004根据上表计算，选用面板厚度t=14mm. 1.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=14mm,并且近似地取板中最大弯应力?max=???=160N P=?max=*14*160=/mm 面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力mm2 则T=VS=2335270*1240*14*/(2*449897714 00)=/mm 2I0计算面板与主梁连接的焊缝厚度：hf== /([2]) 2???/??113? = 面板与梁格连接焊缝最小厚度hf=6mm 5水工钢结构课程设计四．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隔板上的连续梁，作用在它们上面的水压力按q=P a上?a 下2现列表计算如下：?q=/m 水平次梁，顶梁和底梁均布荷载的计算梁号梁轴线水压强梁间度(mm) 2mm0 3 4 5主梁 6 7 8 9主梁10 11 6 距a上?a下(m) 2q=pa上?a 下(m) 21顶梁21水工钢结构课程设计12主梁13 14 80 15主梁16 17底梁根据上表计算，水平次梁计算荷载取/m, 水平次梁为10跨连续梁，跨度为2m.如下图所示。

水平次梁弯曲时的边跨跨中弯矩为：M次中= =**4=﹒m支座B处的负弯矩为：M次B= =**4=·m 2.截面选择W= M=(*10 )/160= ????考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选槽7 20b.表查得：水工钢结构课程设计A=3283mm2；WX=1914000mm3; IX=19137000mm4；b1=75mm; d=9mm; h=200mm 面板参加次梁工作有效宽度按下式计算，然后取最小值。

B≤b1+60t=75+60*14=915mmB=ξ1b( 对跨间正弯矩段）；B=ξ2b(对支座负弯矩段）；按11号梁计算，设梁间距b=(b1+b2)/2=(850+775)/2=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L0与梁间距b之比值。

对于第一跨中正弯矩段取L0==*2000=1600mm;对于支座负弯矩段取L0==*2000=800mm.根据L0/b查表2-1得：对于L0/b=1600/=得ξ1= 则B=ξ1b=*= 对于L0/b=800/= 得ξ2= 则B=ξ2b=*= 对于第一跨中弯矩选用B=，则水平次梁组合截面面积：8 水工钢结构课程设计A=3283+14*= 组合截面形心到槽钢中心线的距离：e=(*14*107)/= 跨中组合截面的惯性矩及截面模量为：I次中=19137000+3283*+*14* = Wmin=/= 对支座段选用B= 则组合截面面积：A=3283+*14= 组合截面形心到槽钢中心线的距离：e=(*14*107)/= 支座处组合截面的惯性矩及截面模量：I次B=19137000+3283*+*14* = Wmin=/= 3.水平次梁的强度验算于支座处B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：M次B?次==*106/=mmWmin mm2说明水平次梁选用20b槽钢满足要求。

9 水工钢结构课程设计扎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，于水平次梁在B支座处，截面的弯矩已经求得M次B=·m,则边跨挠度可近似地按下式计算：w/l=5ql /(384EI 次)-M次Bl/(16EI次)= ≤?w1???L??=250= 故水平次梁选用20a槽钢满足强度和刚度要求。

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20b槽钢。

五．主梁设计设计资料 1.主梁跨度如下图，净宽L0=;计算跨度L=；荷载跨度L1=20m. 2.主梁荷载q=/m.3.横向隔间距：2m。

4.主梁容许挠度：?w?=1/600 10水工钢结构课程设计`11 水工钢结构课程设计主梁设计 1.截面选择弯矩与剪力弯矩与剪力计算如下：Mmax=(*20/2)*(/2-20/4)=·mV=ql1/2=*20/2= (2)需要的截面抵抗矩已知Q235钢的容许应力???=160KN/mm2 考虑钢闸门自重引起的附加应力作用，取容许应力???=*160=144N/mm2,则需要的截面抵抗矩为W= Mmax???=*100/(144*)= (3)腹板高度选择按刚度要求的最小梁高：Hmin=**???L ?w/L?E =**144*100**100*600/(*10 ) = 对于变截面梁的经济梁高，hec=/5=*/5=现选用腹板高度h0=220cm. (4)腹板厚度选择按经验公式计算：tw=h/11=,选用tw= (5)翼缘截面选择每个翼缘需要截面为：A1=w/h0-twh0/6=/*220/6cm=332cmB1=h0/3～h0/5=220/3～220/5=～44cm12 水工钢结构课程设计B1Q235:b1>=l1/16=200/16= 选b1=60cm t1=A1/b1=/60= t1>=b1/30* 选t1= 上翼缘的部分截面可利用面板，故只需设置较小的上翼缘板同面板相连，选用t1=,b1=40cm.面板兼作主梁上翼缘的有效宽度取为：B=b1+60t=40+60*=124cm. (6)弯应力强度验算主梁跨中截面积离面板2A(CM) 距离y,(cm) 各形心离Ay2(cm4) 中合轴距离y=y,-y1(cm) 面板部分上翼缘板腹板下翼缘板合计124* 40* 224 220* 352 60* 336117 41184 - -13 水工钢结构课程设计截面形心矩：y1=∑(Ayˊ)/∑A=/= 截面惯性矩:I=twh0 /12+∑Ay =*220 /12+ = 截面抵抗矩：上翼缘顶边Wmax=I/y1=/= 下翼缘底边Wmax=I/y2=/= 弯应力σ=Mmax/Wmin=/ =整体稳定性与挠度验算因主梁上翼缘直接同钢板相连，按规范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。

2.截面改变14 水工钢结构课程设计因主梁跨度较大，为减小门槽宽度和支承边梁高度，有必要将主梁支承段腹板高度宽度减小h0s==*220=143cm. 梁高开始改变的位置取在临近支承段的横向隔板下翼缘的外侧，离开支承段的距离为2000-100=1900mm=190cm.如下图。

主梁支承端截面图主梁变截面位置图15水工钢结构课程设计剪切强度验算：考虑到主梁段部的腹板及翼缘部分分别同支承边梁的腹板及翼缘相焊接，故可按工字钢截面来验算剪应力强度。

主梁支承端截面的几何特性如下表。

以及变截面后的尺寸部位截面尺寸2,,3A(cm) y(cm) Ay(cm) y=y,-y1(cm) Ay2(cm4) 面板部分上翼缘板腹板下翼缘板合计124* 40* 224- -*143 60* 336截面形心距：y1=/= 截面惯性矩：I0=(*143 )/12+= 。

截面下半部中和轴的面积矩：S=336*+﹝*﹞/2= 剪应力：τ=Vmax*S/I0tw=*/(*)=翼缘焊缝厚度hf按受力最大的支承端截面计算。

最大剪力Vmax=截面惯性矩I= 上翼缘对中和轴的面积矩S1=*+224*= 下翼缘对中和轴的面积矩S2=336*= 16 水工钢结构课程设计hf=VS1/(﹝τf﹞)=*/(**)= 角焊缝最小厚度hf>=t=*56= 全梁的上下翼缘焊缝都采用hf=12mm. 4腹板的加劲肋和局部稳定验算加劲肋的布置：因为220/=>80 故需设置横向加劲肋，以保证腹板的局部稳定性。

因闸门上已布置横向隔板兼作加劲肋，其间距a=200cm。

腹板区格划分主梁变截面位置图. 该区格的腹板平均高度h0’=(220+143)/2=因h0’/tw=/=>80 故在梁高减小的区格内要设置横加劲肋。

5面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力的验算从上述的面板设计可见，直接与主梁相邻的面板区格，只有10和11之间板厚度较大，这意味着该区格的长边中点应力也较大，所以选取此区格，并验算其长边中点的折算应力。