6金属结构设计6.3金属结构设计计算6.3.1设计资料(1)闸门型式：露顶式平面钢闸门(2)孔口尺寸(宽辭)：6mX3m(3)设计水头:3.16m(4)结构材料：Q235钢(5)焊条:E43(6)止水橡皮：侧止水型号采用P45-A,底止水型号采用1110-16(7)行走支承：采用胶木滑道，压合胶木为MCS-2(8)混凝土强度等级：C25(9)规范：《利水电工程钢闸门设计规范》(SL74-95)6.3.2闸门结构的形式及布置6.3.2.1 闸门尺寸的确定1.闸门高度：考虑风浪产生的水位超高，将闸门的高度确定为3m 2•闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：L o=6.Om3.闸门计算跨度：L=L+2d=6.0+2X).15=6.3m 6.3.2.2静水总压力9.8 322 = 44.1kN /m闸门在关闭位置的静水总压力如图 6.1所示，其计算公式为:图6.1闸门静水总压力计算简图632.3 主梁的形式主梁的形式应根据水头的大小和跨度大小而定， 本设计中主梁采用实腹式组合梁。
6.3.2.4主梁的布置根据主梁的高跨比，决定采用双主梁。
两根主梁应布置在静水压力合力线上 下等距离的位置上，并要求两主梁的距离值要尽量大些，且上主梁到闸门顶缘的距离c 小于0.45H ,且不宜大于3.6m ，底主梁到底止水的距离应符合底缘布置的 要求。
故主梁的布置如图6.2所示6.3.2.5 梁格的布置和形式梁格采用复式布置并等高连接，并使用实腹式竖向隔板兼作竖直次梁， 使水 平次梁穿过隔板上的预留孔而成为连续梁， 其间距上疏下密，面板各区格需要的 厚度大致相等，具体布置尺寸如图 6.2所示。
6.3.3面板设计根据《利水电工程钢闸门设计规范》（SL74-95），关于面板的计算，先估算 面板厚度，在主梁截面选择之后再计算面板的局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应 力。
初选面板厚度。
面板厚度计算公式为:当 b/a >3 时，a =1.4 ；当 b/a W 时，a =1.5。
列表进行计算，见表6.1:图6.2主梁及梁格布置图二aABCD表6.1面板厚度计算表区格 a (mr) b (mr) b/a k y 2q (N/mm ) S (mm)I650 r 2100 3.231 1 0.750 0.0032 2.13 : n650 2100 3.231 0.500 0.0096 3.01 出 466 21004.506 0.500 0.0150 2.70 IV466 2100 4.506 0.500 0.0200 3.11 V466 2100 4.506 0.500 0.0242 3.42 出300 2100 7.000 0.750 0.0279 2.90由上表的计算结果，再加上2mm 勺腐蚀余度，选用面板厚度为 6mm634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，作用其上的水平压力可按 下式计算：a 上+a 下列表计算，具体计算过程见表6.2 :表6.2水平梁水平压力计算表梁号架雜纯处静水賦强 q （kN/m*） 葉间距 （m ）。
上十叭“I 2 p (kN/m)1 （顶梁） (i, 37P 0 975 6.211 2 （上主集）12.71 0,65 (1 560 7, 134 3 17,31 0* 47 0- 470 8. 136—4r 2L89 n 0,47 P 0. 47010. 288 5 （下上梁）26-46 0.47 3B5 10. 187 fi 〔底梁）29.10,3d l&o4,410经计算，水平次梁计算荷载取10.3kN/m ，水平次梁为三跨连续梁，跨度为 2.1m 。
计算简图如图6.3所示：图6.3水平次梁计算简图q=10.3kN/m故水平次梁弯曲时跨中弯矩为：2 2M 1 =0.08q|2=0.08 10.3 2.1 -3.63kN m支座B 处的弯矩为:M 4.54106k- I 160 =28375mm3M B =0.1q|2 =0.1 10.3 2.12=4.54kN m（2）截面选择考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选［14a,查表得：2 3 4A=1851mm Wx=80500mm lx=5640000mm； b=58mm d=6mm 面板参加次梁工作的有效宽度：B =60心丄b =60 6 58 = 418mmB= \b （正弯矩段）B=；b （负弯矩段）按4号梁进行计算，梁间距为b=470mm对于连续梁的正弯矩段l0 =0.81 =0.8X2100 =1680mm , l0 / b =1680 / 470 =3.57，查表得 &=0.87 , 故B = ©b=409m m对于其负弯矩段l°=0.4l=0.4 2100 =840mm , l°/b =840/470 =1.79，查表得£=0.64，故B = 2b =301mm面板参加水平次梁工作后的组合截面如图 6.4所示：对于第一跨中，选用B=409mm则水平次梁的组合截面积为2A=1851+409-6=4305mm=36mm组合截面形心到槽钢中心线的距离为:409 6 73 c e42mm4305跨中组合截面的惯性矩及截面模量为：h =5640000 1851 422409 6 31^ 11263458 mm 411263458 3W min100567mm 3112对支座段选用B=301mm 则组合截面面积为：A=1851+301>6=3657mm组合截面形心到槽钢中心线的距离为:301 6 73e 二3657支座组合截面的惯性矩及截面模量为：h =5640000 1851 362 301 6 372 -10511310mm 4W min =10511310= 99163mm 3106(3) 水平次梁的强度验算由于支座B 处弯矩最大，且截面模量最小，故只需验算支座B 处截面的抗弯6强度，即；亠=_^^=4.54 10=45.78N/mm 2v l=160N/mm 2W min99163故水平次梁选用［14a 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，则边跨挠度可近似地计算为：f ql 4 10.3 2.13 109f 0.677 0.677 50.00030.004 l100EI 1l100 2.06 105 10511310|lj故水平次梁选用［14a 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，故采用［16a 。
底梁采用［14a 。
6.3.5主梁设计(1)设计资料主梁荷载：q=P/2=22.05kN/m主梁跨度：计算跨度L=6.3m，荷载跨度Lq=6m。
隔板间距：2.1mmaxq L q L L q(2 2 422.05 66.3 6—2- ”2109.15kN mmax生=丝心"6.15kN2 2max109.15 10001443=758cm49.5 0.6 20.3115.8二 5.2cm主梁允许挠度：用=1/600 (2) 内力计算主梁计算简图如图6.5所示：图6.5主梁计算简图q=22.05kN/m(3) 需要的截面模量已知Q235钢的允许应力［q|=160N/mm2考虑钢闸门自重引起的附加应力作 用，取允许应力为［q ］=0.9 X160=144N/mm 则需要的截面模量为：考虑利用面板作为主梁截面的一部分，初选 I40a ，查表得：A=86.1cm2; Wx=1090cm ； Ix=21700cm4; b=142mm d=10.5mm t=16.5mmo面板参加主梁工作有效宽度：B =60、 b =60 6 142 = 502mm取 b=0.5m, l o =6.3m, l o /b=12.6，查表得 &=0.99，故B= 1b =0.99 X 0.5=495mm故选用B=495mm 则主梁组合截面面积为：A=86.1+49.5 X 0.6=115.8cm2组合截面形心到工字钢中心线的距离为：W min30800 25.2=1222.2cm 3组合截面的惯性矩及截面矩为：J =21700 86.1 5.22 49.5 0.6 15.12 =30800cm 4（4）弯应力验算2 3 S =14.2 1.65 24.4 0.5 1.05 23.6 = 864.1cmM 噺_ 109.15 106= 3 W min 1222.2 10 2 2=89.3N / mm <144N / mm66.15 103864.1 10330800 10410.5= 17.67MPa< L I - 120MPa校核主应力：fax2 3 max289.3^ 3 17.672 94.4MPa<= 0.00-=0.0017J匚my=k y qa2/、.2= 0.5 0.0242 466262=73N / mm2=89.3N / mm2f 5 ql3 5 22.05 63 1095 4l 384 El 1 384 2.06 10 30800 10（6）面板参加主梁工作的折算应力验算由上述的面板计算可知，直接与主梁相邻的面板区格，只有区格V所需要的板厚较大，这意味着该区格的长边中点应力也较大，所以选取区格V验算其长边中点的折算应力。
面板区格V在长边中点的局部弯曲应力为：二mx = 3my=0.3 73=21.9N /mm2对于面板区格V在长边中点的主梁弯矩为:M=109.15kNmM 109.15I060x = W _ 1222.8 103故折算应力为：-zh=.（二my）2+ （二mx-6x）2-（二my）mx- 0x）=121.6N/mm ^1.^^ .1 - 246.4N/mm 故面板厚度选用6mm满足强度要求。
Ir-max故满足要求。
6.3.6竖直次梁（隔板）竖直次梁按支承在主梁上的双悬臂梁计算，受力简图如图 6.6所示:图6.6竖直次梁计算简图H A36 b =7.54kN mW min 7.54 10633437 10-2.19N/mm2< I(1) 内力计算支座A断面上的弯矩为:支座B断面上的弯矩为:Y(H +H B) 2M B -C B2^2.41kN m4(2) 截面选择隔板的腹板选用与主梁腹板一致，采用380mr h10mm上翼缘利用面板，下翼缘采用200mr h10mn的扁钢。
面板参加竖直次梁工作的有效宽度：b=2.1m, I o=0.7 X1.4m=0.98m, I Mb=0.46，查表得 &=0.18。