水工钢结构平面钢闸门设计计算书Document serial number【KKGB-LBS98YT-BS8CB-BSUT-BST108】水工钢结构平面钢闸门设计计算书一、设计资料及有关规定：1.闸门形式：潜孔式平面钢闸门。

2. 孔的性质：深孔形式。

3. 材料：钢材：Q235焊条：E43；手工电焊；普通方法检查。

止水：侧止水用P型橡皮，底止水用条型橡皮。

行走支承：采用胶木滑道，压合胶布用MCS—2。

砼强度等级：C20。

启闭机械：卷扬式启闭机。

4.规范：水利水电工程刚闸门设计规范（SL74-95），中国水利水电出版社二、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(L)：。

孔口净高：。

闸门高度(H)：。

闸门宽度：。

荷载跨度(H1)：。

2.（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=,闸门高度h=,L<h。

所以闸门采用4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t=a][9.0σa kp当b/a ≤3时，a=,则t=a16065.19.0⨯⨯kp=kp a当b/a >3时，a=,则t=a 16055.19.0⨯⨯kp=现列表1计算如下：2.面板与梁格的连接计算已知面板厚度t=14mm ,并且近似地取板中最大弯应力σmax=[σ]=160N/mm 2,则p=х14х面板与主梁连接焊缝方向单位长度内地应力：T ＝02I VS =,/39837767700002272141000107903mm N =⨯⨯⨯⨯⨯ 面板与主梁连接的焊缝厚度：mm T P h w t f 51137.0/398][7.0/22=⨯=⨯+=τ， 面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度mm h f 6=。

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=p 2下上a a +现列表2计算如下：根据上表计算，水平次梁计算荷载取m ，水平次梁为4跨连续梁，跨度为，水平次梁弯曲时的边跨弯距为: M 次中＝=хх=m 支座B 处的负弯距：M 次B ＝=хх=m2.截面选择W=137655160100248.22][6=⨯=σM mm 3 考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选［18b,由附录三表四查得：A=2929mm 2 ; W x =152200mm 3 ; I x 4 ; b1=70mm ; d=9mm 。

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=70+60Х14=910mm ; 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 9002900900221=+=+ 。

对于第一跨中正弯距段l 0==Х975=780mm ;对于支座负弯距段l 0=＝Х975＝390mm 。

根据l 0/b 查表6—1：对于l 0/b ＝780/900＝ 得ζ1＝ ，得B=ζ1b ＝Х900＝360mm , 对于l 0/b ＝390/900＝ 得ζ2＝ ，得B=ζ2b ＝Х900＝144mm , 对第一跨中选用B ＝360mm,则水平次梁组合截面面积（例图4）: A=2929+360Х14=6961mm 2 ;组合截面形心到槽钢中心线得距离：e=86899814360⨯⨯=65mm ;跨中组合截面的惯性距及截面模量为：I 次中Х652+360Х14Х352mm 4W min =26.20316515533130025mm =对支座段选用B ＝144mm ，则组合截面面积：A=2929+144Х14=4592mm 2 ;组合截面形心到槽钢中心线得距离：e=2.459298148.118⨯⨯=35mm支座初组合截面的惯性距及截面模量为：I 次B Х432+144Х14Х352mm 4 W min =29.1894421258.23680365mm =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＝,/160][/24.1169.189442100248.22226mm N mm N =<=⨯σ 说明水平次梁选用[18b 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=m,则边跨挠度可近似地按下式计算：＝296621711006.216975100248.22296621711006.2384]975[53.21655653⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⨯ ＝≤004.02501][==l w故水平次梁选用[18b 满足强度和刚度要求。

五、主梁设计(一)设计资料O(∩_∩)O1）主梁跨度：净跨（孔口净宽）l0＝ ；计算跨度l ＝ ；荷载跨度l1＝ 。

2）主梁荷载：kN P q 9.4314/)234.4634.468.9250508.9(4=⨯⨯-⨯⨯=＝总3) 横向隔板间距： 。

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 ⋅=-⨯=818)466.329.3(266.39.431max 剪力： kN ql V 790266.39.43121max =⨯==需要的截面抵抗距 已知A3钢的容许应力[σ]=160N/mm2 ,考虑钢闸门自重引起附加应力的影响，取容许应力[σ]=,/1441609.02mm N =⨯ 则需要的截面抵抗矩为；[ W]=。

36max 568114410818][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 43.98)833.5681(1.31.35/25/2=⨯==,5.42750/11006.2109.321516.0]/[208.053mincm 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＝90cm 。

(4)腹板厚度选择,86.011/9011/cm h t w ===选用t w ＝ 。

(5)翼缘截面选择：每个翼缘需要截面为 下翼缘选用t 1＝（符合钢板规格），需要,29258111cm t A b ===取B 1＝30cm,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＝，b 1＝16cm ，面板兼作主梁上翼缘的有效高度为B ＝b 1+60t ＝16+60Х＝100cm 。

上翼缘截面面积A 1=18Х+100Х=172cm 2 。

(6)弯应力强度验算截面形心距：,82.313128.9926''cm AAy y ===∑∑ 截面惯性距：,37767733501012900.11243230cm Ay h t I w =+⨯=+=∑ 截面抵抗距：上翼缘顶边 ,17.1186982.3137767731max cm y I W ===下翼缘底边 ,65685.5737767732min cm y I W ===弯应力：,/4.14169.0/45.12656810081822min max cm kN cm kN W M =⨯<=⨯==σ安全的最小梁高，故梁的挠度也不必验算。

2. 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 546.000==。

考虑到主梁端部腹板及翼缘相焊接，故可按工字截面梁验算应力剪力强度。

尺寸表4所示：,/5.9][/100.1131226584790220max cm kN cm kN t I S V w =<=⨯⨯==ττ因误差未超过10％，安全 3.翼缘焊缝翼缘焊缝厚度h f 按受力最大的支承端截面计算。

V max ＝790kN 。

I 0=13122cm 4， 上翼缘对中和轴的面积距：S 1=Х+140Х=4624cm 3， 下翼缘对中和轴的面积距：S 2=60Х＝3390cm 3<S 1, 需要,511.03.11131224.14624790][4.101cm I VS h fw f =⨯⨯⨯==τ 角焊缝最小，mm t h f 7.6205.15.1==≥。

全梁的上下翼缘焊缝都采用h f ＝8mm 。

4.加筋肋验算 因,800.1800==w t h 不需设置横向加劲肋。

闸门上已布置横向隔板可兼作横加劲肋，其间距a ＝ 。

腹板区格划分见图2。

5.取面板区格Ⅲ验算其长边点的折算应力a=450-80-90=280mm,面板区格Ⅲ的长边中点的主梁弯距和弯应力 该区格长边中点的折算应力＝2222/26416065.1][/8.100)5833(110)5833(110mm N mm N =⨯=<=--++σα 故面板厚度选用14mm 满足强度要求 。

六、横隔板设计 1.荷载和内力计算如图所示水平次梁为4跨均布连续梁，R 可看作它所受的最大剪力，由规范表查知：作用于竖直次梁上由水平荷载传递的集中荷载：n l q R 次)536.0607.0(+= ;241975.053.216143.1kN =⨯⨯= 取q ＝q 次 2.横隔板和截面选择和强度验算腹板选用与主梁腹板同高，采用800Х10mm ，上翼缘利用面板，下翼缘采用200mm Х800mm 的扁钢，上翼缘可利用面板的宽度公式按式B ＝ζ1b 确定。

,923.0975/900/0==b l 查表得ζ1＝ ，B=×975=360mm ，取B ＝360mm 。

计算如下图所示截面几何特性截面型心到腹板 中心线距离：10800820010360405820040510360⨯+⨯+⨯⨯⨯-⨯⨯=e ＝61mm 截面惯性距：223465200861108001280010⨯⨯+⨯⨯+⨯=I 4421012284034436010mm ⨯=⨯⨯+ 3min 2619190469mm IW ==， 验算应力：由于横隔板截面高度较大，剪切强度更不必验算，横隔板翼缘焊缝采用最小焊缝厚度h f ＝6mm 。