水工刚结构潜孔式焊接平面钢闸门设计计算书一、设计资料及有关规定：闸门形式：潜孔式平面钢闸门 孔口净宽：10m 孔口净高：13m 上游水位：73m 下游水位：0.1m 闸底高程：0m启闭方式：电动固定式启闭机 启闭机械：液压式启闭机 材料： 钢材：Q235-A.F ；焊条：E43型；行走支承：采用滚轮支承；止水橡皮：侧止水和顶止水用P 型橡皮，底止水用条型橡皮。
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：《水利水电工程刚闸门设计规范 SL 1974-2005》 混凝土强度等级：C30二、闸门结构的形式及布置（一）闸门尺寸的确定（图1示）1 闸门孔口尺寸：孔口净跨：10m 孔口净高：13m 闸门高度: 13.2m 闸门宽度: 10.4m 荷载跨度: 13.2m10.0 10.41013.273计算跨度: 10.4m2 计算水头:73m（二）主梁的布置1.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=10m,闸门高度h=13m,L<h。
所以闸门采用5根主梁。
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.主梁的布置本闸门为高水头的深孔闸门，孔口尺寸较小，门顶与门底的水压强度差值相对较小。
所以，主梁的位置按等间距来布置。
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。
3.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，使面板个区格需要的厚度大致相等，布置图2示三、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2所示。
面板厚度按下式计算kpt=aa[]9.0当b/a ≤3时，a=1.65,则t=a14565.19.0⨯⨯kp=0.065kp a当b/a >3时，a=1.55,则t=a 16055.19.0⨯⨯kp=0.067kp a根据上表计算，选用面板厚度t=44mm 。
2.面板与梁格的连接计算已知面板厚度t=44mm ,并且近似地取板中最大弯应力σmax=[σ]=160N/mm 2,则p=0.07х44х160=492.8N/mm ,面板与主梁连接焊缝方向单位长度内地应力：T ＝02I VS =,/20621066.224663982103.714.4344858946mm N =⨯⨯⨯⨯⨯⨯ 面板与主梁连接的焊缝厚度：mm T P h w t f 8.261137.0/6.2120][7.0/22=⨯=⨯+=τ， 面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度mm h f 27=。
四、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aa+现列表2计算如下：∑=8798KN根据上表计算，水平次梁计算荷载取793.1kN/m，水平次梁为5跨连续梁，跨度为2.08m，水平次梁弯曲时的边跨弯距为: M次中＝0.077ql2=0.077х793.1х2.082=246.2kN∙m支座B 处的负弯距：M 次B ＝0.107ql 2=0.107х793.1х2.082=366.31kN ∙m2.截面选择W=661053.2145101.366][⨯=⨯=σM mm 3 考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选［56C 由附录三表四查得： A=157.78cm 2 ; W x =2.551610⨯mm 3 ; I x =71430cm 4 ; b1=170mm ; d=16.5mm 。
面板参加次梁工作的有效宽度分别按式6—11及式6—12计算，然后取其中较小值。
式：6—11 B ≤b1+60t=170+60Х44=2810mm ; 式：6—12 B=ζ1b (对跨间正弯距段) B=ζ2b （对支座负弯距段） 。
梁间距b=mm b b 1110211201100221=+=+ 。
对于第一跨中正弯距段l 0=0.8l=0.8Х2080=1644mm ;对于支座负弯距段l 0=0.4l ＝0.4Х2080＝832mm 。
根据l 0/b 查表6—1：对于l 0/b ＝1664/1110＝1.499 得ζ1＝0.58 ，得B=ζ1b ＝0.58Х1110＝634mm , 对于l 0/b ＝832/1110＝0.430 得ζ2＝0.750 ，得B=ζ2b ＝0.16Х1110＝255.3mm , 对第一跨中选用B ＝634mm 取640mm,则水平次梁组合截面面积（例图4）:A=157.78+64Х4.4=439.38cm 2 ;组合截面形心到槽钢中心线得距离：e=4393832444640⨯⨯=207mm ;跨中组合截面的惯性距及截面模量为：I 次中＝71430+157.78Х20.72+64Х4.4Х9.52＝164451.4cm 4W min =3cm 82.33767.484.164451=对支座段选用B ＝260mm ，则组合截面面积：A=1578.8+26Х4.4=271.58cm 2 ; 组合截面形心到槽钢中心线得距离：e=2699832444260⨯⨯=133.85mm支座初组合截面的惯性距及截面模量为：I 次B ＝71430+157.78Х13.462+26Х4.4Х16.82＝131682.25cm 4W min =3cm 73.31804145.131682=3.水平次梁的强度验算由于支座B 处（例图3）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＝,/145][/16.11531807301031.366226mm N mm N =<=⨯σ 说明水平次梁选用[56c 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=22.0248kN ∙m,则边跨挠度可近似地按下式计算：44640560 207次次次EI l M EI ql l w B 1638453-⨯= ＝456453101644511006.2162080103.366101644511006.2384]2080[1.7935⨯⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯＝0.0002025≤004.02501][==l w 故水平次梁选用[56c 满足强度和刚度要求。
5,顶梁和底梁顶梁和底梁受得水压力都比较大，所以都采用[56c五、主梁设计 (一)设计资料1）主梁跨度：净跨（孔口净宽）lo ＝10m ；计算跨度l ＝10.4m ；荷载跨度l1＝13.2m 。
2）主梁荷载：kN P q 92.17175/)28.598.598.9273738.9(4=⨯⨯-⨯⨯=＝总 3) 横向隔板间距：2.07m 。
4）主梁容许挠度： [W]=L/750 。
（二）主梁设计 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 ⋅=-⨯=3.30613)42.1324.10(22.1391.1717max剪力： kN ql V 5.858922.1392.171721max =⨯==需要的截面抵抗距 已知A3钢的容许应力[σ]=145N/mm2 ,考虑钢闸门自重引起附加应力的影响，取容许应力[σ]=,/5.1301459.02mm N =⨯ 则需要的截面抵抗矩为；[ W]=。
32max 6.2345841.05.130103.30613][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 436)6.234584(1.31.35/25/2=⨯==,1.1091006.2750104.10105.13023.096.0]/[208.0722mincm 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 。
现选用腹板厚度h 0＝300cm 。
(4)腹板厚度选择,52.111/30011/cm h t w ===选用t w ＝1.5cm 。
(5)翼缘截面选择：每个翼缘需要截面为,8.72163005.13006.23458462001cm h t h W A w =⨯-=-=下翼缘选用t 1＝8.0cm （符合钢板规格），需要,1.9088.721111cm t A b ===取B 1＝90cm,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＝8cm ，b 1＝80cm ，面板兼作主梁上翼缘的有效高度为B ＝b 1+60t ＝16+60Х4.4＝344cm 。
上翼缘截面面积A 1=80Х8+344Х4.4=2153.6cm 2。
(6)弯应力强度验算截面形心距：,1.1026.30039.306905''cm AAy y ===∑∑截面惯性距：,560163203.52641320123005.11243230cm Ay h t I w =+⨯=+=∑ 截面抵抗距：上翼缘顶边 ,7.5486411.1025601632031max cm y I W ===下翼缘底边 ,5.2566023.2185601632032min cm y I W ===弯应力：,/05.135.149.0/9.115.2566021003.3061322min max cm kN cm kN W M =⨯<=⨯==σ安全 表3部位 截面尺寸 （cm Хcm ） 截面面积A(cm 2) 各型心离面板表面距离y ′（cm ）Ay ′（cm 3）各型心离中和轴距离 y=y ′-y 1(cm) Ay 2(cm 4) 面板部分 344Х4.4 1513.6 2.2 3329.9 -99.98 15129946.21 上翼缘 14X8 112 8.4 2688 - 93.72809500.8 腹板 300Х1.5 450 162.4 7308060.31636240.5下翼缘 90Х8 720 316.4 227808 214.3 33065632 合计 3003.6 306905.9 52641320.3 （7）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。
1. 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 s 1803006.06.000=⨯==。