弧形钢闸门计算实例一、基本资料和结构布置1．基本参数孔口形式：露顶式；孔口宽度：12.0m；底槛高程：323.865m；检修平台高程：337.0m；正常高水位（设计水位）：335.0m；设计水头：11.135m；闸门高度：11.5m；孔口数量：3孔；操作条件：动水启闭；吊点间距：11.2m；启闭机：后拉式固定卷扬机。

2．基本结构布置闸门采用斜支臂双主横梁式焊接结构，其结构布置见图3-31。

孤门半径R=15.0m，支铰高度H2=5m。

垂直向设置五道实腹板式隔板及两道边梁，区格间距为1.9m，边梁距闸墩边线为0.3m；水平向除上、下主梁及顶、底次梁外，还设置了11根水平次梁，其中上主梁以上布置4根，两主梁之间布置7根。

支铰采用圆柱铰，侧水封为“L”形橡皮水封，底水封为“刀”形橡皮水封。

在闸门底主梁靠近边梁的位置设置两个吊耳，与启闭机吊具通过吊轴相连接。

采用2×500KN 固定式卷扬机操作。

本闸门结构设计按SL74-95《水利水电工程钢闸门设计规范》进行。

门叶结构材料采用Q235，支铰材料为铸钢ZG310-570。

材料容许应力（应力调整系数0.95）：Q235第1组：[б]=150MPa ，[τ]=90 MPa ； 第2组：[б]=140MPa ，[τ]=85 MPa ； ZG310-570：[б]=150MPa ，[τ]=105 MPa 。

3．荷载计算闸门在关闭位置的静水压力，由水平压力和垂直水压力组成，如图1所示：水平水压力：()kN B H P s s 3.74390.12135.1110212122=⨯⨯⨯==γ垂直水压力：()()⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-----=212212221sin sin 2sin 2sin 180/21φφφφφφπφγB R V s式中：()471.19,3333333.0155sin 14224,409.0155135.11sin 222111======-==φφφφ所以所以R H 。

R H()()()041.03355.2sin 21sin 690.0613.43sin sin 0815.0671.4sin sin 629.0942.38sin 2sin 761.0180/613.432121221==⎥⎦⎤⎢⎣⎡-====-====+= φφφφφφπφφφφ故()()kN V 7.649041.0690.020815.0629.0761.012151021222=⨯⨯---⨯⨯⨯⨯=总水压力：()kN V P P s s 6.74677.6493.74392222=+=+=总水压力作用方向：08734.03.74397.6490===ssP V tg φ所以 991.40=φ4．面板弧长闸门门叶垂直高度为11.5m ，支铰中心水平线以上弧形面板包角1'φ为()[] 679.2515/55.11sin 11'=-=-φ 总水压力作用线上、下的弧长L 上、L 下分别为：()()()m r L 028.8991.4679.250.1501745.001745.00'1'=+⨯⨯=+=φφ上()()()m r L 79.3991.4471.190.1501745.001745.00'2'=-⨯⨯=-=φφ下面板总弧长为L 总为L 总=L 上+L 下=8.028+3.79=11.818(m) 5．主框架位置根据等荷载原则，闸门上、下主梁与支臂组成的主框架平面布置应与总水压力作用线对称，使两框架受力均匀。

两主梁之间的弧长为6.0m ，上、下主框架之间的夹角为2θ，即()918.22156296.571802=⨯=⨯=R lπθ所以 θ=11.459°上、下框架与水平线的夹角（负号表示位于水平线的上方）为45.16459.11991.4468.6459.11991.400=+-+=-=-=-=θϕφθφφ下上二、结构计算 （一）面板面板厚度按下列公式选，并按表1计算。

[]σαδqk ay =表1 面板厚度计算表注主梁前翼缘宽度取100mm，次梁前翼缘宽度取70mm根据上有的计算结果，面板厚度选定为δ=10mm（二）水平次梁1．荷载及内力水平次梁荷载按“近次取相邻间距和之半法”计算单位宽度荷载，见表2。

表2 水平次梁荷载计算表全部次梁及顶、底次梁采用同一截面，按其中最大荷载的一根次梁（次梁11）进行计算。

水平次梁按受均布荷载的六跨连续梁计算，其计算简图见图2。

水平次梁参数为：q=63.4kN/m ， l =1.9m 。

最大支座弯钜：()m kN ql M B •=⨯⨯==3.249.14.63106.0106.022最大跨中弯距：()m kN ql M •=⨯⨯==9.179.14.63078.0078.0221最大剪力：()kN ql Q BZ 0.739.14.63606.0606.0=⨯⨯==2．次梁支座处截面特性次梁选用[20a ，参数如下：A 0=28.83cm 2；d=0.7cm ；I0=1780.4cm 3，b=7.3cm ，t=1.1cm 。

面板参数与次梁作用的有效宽度B=b 2ζ：()()()17.1651904.04.06565652121021=⨯===+⨯=+=b l b l mm b b b根据b l 0查得2ζ=0.34，则 B=0.34×65=22.2(cm)次梁截面如图3所示，其截面特性为： A=1×22.2+28.83=51.03(cm 2) Ay=1×22.2×0.5+28.83×(10+1) =328.23(cm 2)()()()()()()()()()()320302301322017655.043.61207.03.71.143.61207.02121743.6212.31632149243.62.31632.31634.178043.611083.285.043.612.2243.603.5123.328cm S cm y I W cm y I W cm I cm A A y x x x y=--+⨯-⨯+-+⨯⨯==-=-=====+-+⨯+-⨯⨯====3.应力计算 弯曲应力：()[]σσ<=⨯==MPa W M 4.49492103.2431max 1()[]σσ<=⨯==MPa W M 0.112217103.2432max 2剪应力：()][0.587.02.3163176100.730max τδτ<=⨯⨯⨯==MPa I S Q x 最大跨中挠度：()[]()[]f f mm l f mm EI ql f <===⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=6.725082.0102.31631006.210019004.63644.0100644.04544 （三）中部垂直次梁（隔板）中部隔板按两端悬臂简支梁计算，其计算简图见图4。

1．荷载及内力 荷载()()()ml l l l m l m l m l m kN b p q m kN b p q m kN b p q 416.11,79.0,0.6,626.4/57.2119.135.111/26.1979.182.103/44.849.144.44321321332211=++=====⨯===⨯===⨯==支座反力：()()kN B kN A 7.6009.60657.211416.11219.6060.679.0416.113157.211416.1121=-⨯⨯==⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯⨯⨯=剪力：()()()()()kN Q B Q kN Q kN Q A Q kN Q b B B A A A 2.4395.1617.6005.16157.21126.19779.0216.4113.1959.6063.19544.84626.421323121=-=-==+⨯⨯==-=-==⨯⨯=弯距：()()m kN M m kN M B A •=++⨯⨯⨯⨯=•=⨯⨯=5.6426.19757.21126.19757.211279.0315.1612.301626.4313.195跨中最大弯距位置x ：222B A Q Q x l x=-2.4396.4110.6=-x x 解得 x =2.9m ()()()m kN M m kN q x x •=⨯+⨯-⨯==⨯+=1.4435.1399.2626.4619.29.606/5.13957.211416.119.2626.422．截面特性（跨中截面）面板参与隔板作用的有效宽度m b b B 9.1,1==ζ895.19.10.66.06,020=⨯==b l b l 查表得：67.0=ζ，则B=0.67×1.9=1.28(m) 又 ()cm B 600.16060=⨯=≤δ根据以上计算结果选取面板有效宽度为60cm ，隔板截面尺寸见图5，截面特性如下：()()()()()()()32032314232203241724.731219.731205742504.1244272418545504272714272719.731204.12211212.1214.1225.49160504.20228.1012128.101219.123202.624.1225.0604.2022014.1221601cm S cm W cm W cm I cm y cm A cm A x y =⨯⨯+⨯⨯==-====⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯====⨯+⨯+⨯==⨯+⨯+⨯= 3．应力验算弯曲应力：()[]()[]σσσσ<=⨯⨯=<=⨯⨯=MPa MPa 2.77105742101.4439.51108545101.443362361 剪应力()[]τδτ<=⨯⨯⨯==MPa I S Q x 9.4214272714172102.4390max （四）边梁边梁受力情况与中部垂直隔板相同，计算省略。

（五）主框架 1．荷载上、下主框架对称于总水压力作用线布置，上、下主框架之间的夹角为2θ=22.918°（θ=11.459°，见前面的计算），则每个框架上的静水荷载为()()kN P Q Q 7.4190459.11cos 26.74671.1cos 21.1=︒⨯⨯=⨯==θ下上 式中的1.1 为动载系数。

主梁上的均布荷载为()m kN L Q q l /2.3490.127.4190===下 下框架还承受启闭机的启门拉力，由于拉力相对比较小，在此先忽略不计。

2．框架内力（1）主梁断面初选。

面板参与主梁作用的有效宽度（下主梁）为()()()8.6677606.067656921210211=⨯==+⨯=+==b l cm b b b bB ζ查表得958.01=ζ，所以B=0.958×67=64cm 。