水工钢结构课程设计题目：露顶式平面钢闸门设计专业：水利水电工程姓名：班级：学号：指导老师：二〇年月日2.2 设计资料闸门形式：溢洪道露顶式平面钢闸门； 孔口净宽：0.00m ； 设计水头：4.40m ； 结构材料：Q244钢； 焊条：E44；止水橡皮：侧止水用p 形橡皮；行走支承：采用胶木滑道，压合胶木为MCS-2； 混凝土强度等级：C20。
2.2 闸门结构的形式及布置（2）闸门尺寸的确定（图2）2）闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为0.2m ，故闸门高度=4.4+0.2=4.7m ；2）闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：m L 91=；4）闸门计算跨度：m d L L 40.92.02920=⨯+=+=；（2）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，本闸门属于中等跨度，为了方便制造和维护，决定采用实腹式组合梁。
（4）主梁的布置。
根据闸门的高跨比，决定采用双主梁。
为使两个主梁设计水位时所受的水压力相等，两个主梁的位置应对称于水压力合力的作用线m H y 83.13/==（图2）并要求下悬臂a ≥0.22H 和a ≥0.4m 、上悬臂c ≤0.44H 且不大于4.6m ，今取0.650.120.66=≈=a H m主梁间距=-=b y a m22() 2.35则2 5.5 2.350.65 2.50.45=--=--=≈(满足要求)c H b a H（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撑。
水平次梁为连续梁，其间距应上疏下密，使面板各区格需要的厚度大致相等，梁格布置具体尺寸如图2所示。
图2. 梁格布置尺寸图（4）连接系的布置和形式。
2）横向连接系，根据主梁的跨度，决定布置4道横隔板，其间距为2.44m，横隔板兼做竖直梁。
2）纵向连接系，设在两个主梁下翼缘的竖直平面内，采用斜杠式桁架。
（6）边梁与行走支承。
边梁采用单腹式，行走支承采用胶木滑道。
2.4 面板设计根据《钢闸门设计规范》（SL 74-04）及2006修订送审稿，关于面板的计算，先估算面板厚度，在主梁截面选择之后再验算面板的局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力。
（2）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 []σα9.0kpat =当a b /≤4时，α=2.4，则kp a t 068.0=当a b /＞4时，α=2.4，则kp a t 07.0= 现列表2进行计算。
2 区格Ⅰ、Ⅵ中系数k 由三边固定一边简支板查得。
根据表2计算，选用面板厚度t=8mm 。
（2）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向拉力P 按下式计算，已知t=8mm ，并且近似地取板中最大弯曲应力[]mm N 2max /160==σσ，则mm N t P /6.89160807.007.0max =⨯⨯==σ面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力为mm N VS T I /19110649600002263858033345020=⨯⨯⨯⨯==面板与主梁连接的焊缝厚度为 mm W F f T Ph 62.2)1157.0/()7.0/(1916.892222=⨯+=+=τ面板与梁格连接焊缝取其最小厚度.6mm h f=。
2.4 水平次梁、顶梁和底梁的设计（2）荷载与内力计算。
水平次梁和顶、底梁都是支承在横隔板上的连续梁，作用在它们上面的水平压力2a a p q 下上+=，且m KN R /11.36.1345.122.1445.11=⨯⨯=列表2计算后得∑=q 240.22KN/m+4.22KN/m=242.42KN/m跨度为 2.44m （图4），水平次梁弯曲时的边跨弯距为: M 次中＝0.077ql 2=0.077х40.2х 2.442=22.8kN ∙m支座B 处的弯距：M 次B ＝0.207ql 2=0.207х40.2х 2.442=27.8kN ∙m(2)截面选择W=111250160108.17][6=⨯=σM mm 4 考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选［24b,由附录6.4表查得：图面板参加水平次梁工作后的组合截面A=2242mm 2 ; W x =87200mm 4 ;I x =6000000mm 4 ; b=60mm ; d=8mm 。
面板参加次梁工作的有效宽度分别按式下式计算，然后取其中较小值。
B ≤mm c b t 540860602=⨯+=+B=ζ2b (对跨中正弯距段)B=ζ2b （对支座负弯距段） 。
梁间距b=mm b b 7452730760221=+=+ 。
对于第一跨中正弯距段l 0=0.8l=0.8Х2440=2880mm ;对于支座负弯距段l 0=0.4l ＝0.4Х2440＝040mm 。
根据l 0/b 查表6—2：对于l 0/b ＝2880/744＝2.424 得ζ2＝0.78 ，得B=ζ2b ＝482mm , 对于l 0/b ＝040/744＝2.262 得ζ2＝0.464 ，得B=ζ2b ＝272mm , 对第一跨中选用B ＝440mm,则水平次梁组合截面面积（图4）: A=2242+440Х8=6442mm 2 ;组合截面形心到槽钢中心线得距离：e=6451748540⨯⨯=40mm ;跨中组合截面的惯性距及截面模量为：I 次中＝6000000+2242Х402+440Х8Х242＝24004820mm 4W min =211588212013905820mm = 对支座段选用B ＝272mm ，则组合截面面积：A=2242+272Х8=4200mm 2 ; 组合截面形心到槽钢中心线得距离：e=4299748271⨯⨯=47mm支座初组合截面的惯性距及截面模量为：I 次B ＝6000000+2242Х472+272Х8Х472＝22074442mm 4W min =211191910711975331mm =（4）水平次梁的强度验算由于支座B 处（图4）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][/159111919108.17226mm N mm N =<=⨯σ 说明水平次梁选用[24b 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 支座处截面的弯距已经求得M 次B=27.8kN ∙m,则边跨挠度可近似地按下式计算：次次次EI l M EI ql l U B 1638453-⨯= ＝139058201006.2162350108.17139058201006.2384]2350[1.3055653⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⨯ ＝0.00086≤004.02501][==l U 故水平次梁选用[24b 满足强度和刚度要求。
（4）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，所以也采用[24b 。
2.4 主梁设计(2)设计资料 2)主梁跨度：净跨（孔口净宽）L 0＝0m ；计算跨度L ＝0.4m ；荷载跨度L 1＝0m 。
2)主梁荷载：kN p q 1.742/== 4)横向隔板间距： 2.44m 。
4)主梁容许挠度： [U]=L/600 。
(2)主梁设计。
2）截面选择①弯距和剪力 弯距与剪力计算如下：弯距： m kN M ⋅=-⨯=817)4924.9(291.74max 剪力： kN ql V 45.333291.7421max =⨯== ②需要的截面模量 已知Q244钢的容许应力[σ]=260N/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 =⨯ 则需要的截面模量为；W=。
36max 567414410817][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 38.98)5674(1.31.35/25/2=⨯==[],05.87600/11006.2104.914423.096.0]/[23.096.074min cm l U E Lh =⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=σ 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＝00cm 。
④腹板厚度选择,86.011/9011/cm h t w ===选用t w ＝2.0cm 。
⑤翼缘截面选择：每个翼缘需要截面为,04.48690190567462001cm h t h W A w =⨯-=-=下翼缘选用t 2＝2.0cm （符合钢板规格），需要,0.24111cm t Ab ==取b 2＝24cm,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 2＝2.0cm ，b 2＝20cm ，面板兼作主梁上翼缘的有效高度为B ＝b 2+60δ＝20+60Х0.8＝48cm 。
上翼缘截面面积A 2=20Х2.0+48Х0.8=66.4cm 2 。
⑥弯应力强度验算截面形心距：,8.434.20656.9046''cm A Ay y ===∑∑ 截面惯性距：,30986724911712900.11243230cm Ay h t I w =+⨯=+=∑ 截面模量：上翼缘顶边 ,59.70748.4330986731min cm y I W ===下翼缘底边 ,8.60755130986732min cm y I W ===弯应力：,/4.14169.0/446.138.607510081722min max cm kN cm kN W M =⨯<=⨯==σ安全稳定性，因梁高大于按刚度度要求的最小梁高，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 s546.000==。
（图6） 梁高开始改变的位置取在邻近支承端的横向隔板下翼缘的外侧（图7），离开支承端的距离为244-20=224cm 。
剪切强度验算：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：图主梁支承端截面401064969337412541cm I =+⨯= cm y 7.261=,200821.3011.301.31503cm S =⨯⨯+⨯= ,/5.9][/29.60.1106496200845.333220max cm kN cm kN t I S V w =<=⨯⨯==ττ因误差未超过20％，安全4）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。