水工钢结构课程设计某节制闸工作闸门的设计姓名：学院：专业班级：学号：组号：指导教师：设计日期： 2015年1月5日—2015年1月9日华北电力大学（北京）可再生能源学院目录水工钢结构课程设计 0一、课程设计任务与要求 (3)二、设计资料 (3)三、闸门结构形式及布置 (3)1.闸门尺寸的确定 (3)2.主梁的数目及形式 (4)3.主梁的布置 (4)4.梁格的布置及形式 (4)5.连接系的布置和形式 (4)6.边梁与行走支撑 (5)四、面板设计 (5)1.估算面板厚度 (5)2.面板与梁格的连接计算 (6)五、水平次梁，顶梁和底梁的设计 (6)1.荷载与内力验算 (7)2.截面选择 (8)3.水平次梁的强度验算 (9)4.水平次梁的挠度验算 (10)5.顶梁和底梁 (10)六、主梁设计 (10)1.设计资料 (10)2.主梁设计 (10)（1）截面选择 (10)（2）截面改变 (13)（3）翼缘焊缝 (14)（4）腹板的加筋肋和局部稳定性验算 (14)（5）面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力的验算 (16)七、横隔板设计 (16)1.荷载和内力计算 (16)2.横隔板和截面选择和强度验算 (17)八、纵向连接系设计 (18)1.荷载和内力计算 (18)2.斜杆截面计算 (18)九、边梁设计 (19)1.荷载和内力计算 (19)2.边梁强度验算 (20)十、行走支承设计 (21)十一、胶木滑块轨道设计 (21)1.确定轨道底板宽度 (21)2.确定轨道底版厚度 (22)十二、闸门启闭力和吊座验算 (22)1.启门力 (22)2.闭门力 (23)3.吊轴和吊耳板验算 (23)十三、参考文献 (24)一、 课程设计任务与要求1、 《钢结构》课程设计的任务为某节制闸工作闸门的设计。

2、 要求根据钢闸门设计规范与要求，设计出合理、可行的平面定轮钢闸门。

二、 设计资料某供水工程，工程等级为1等1级，其某段渠道上设有节制闸。

节制闸工作闸门操作要求为动水启闭，采用平面定轮钢闸门。

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。

基本资料如下：孔口尺寸：宽为()6.08/10 6.8+=m ，高为()6.08/57.6+=m ； 底槛高程：23.0m ； 正常高水位：35.0m ； 设计水头：12.0m ； 门叶结构材料：Q235A 。

三、 闸门结构形式及布置1. 闸门尺寸的确定闸门高度：孔口高=+h H （安装顶止水构造要求取0.3=H m ）7.60.37.9=+=h m闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：1 6.8=L m 闸门计算跨度：02 6.820.27.2=+=+⨯=L L d m图 1 闸门尺寸图（m ）2. 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7.2=L m ，闸门高度7.9=h m ，<L h 。

所以闸门采用3根主梁。

本闸门属于中等跨度，为了便于制造和维护，决定采用实腹式组合梁。

3. 主梁的布置本闸门为潜孔式闸门，按公式()()1.5 1.51ββ⎤=+-+-⎦k y k k 222-β=na H a计算，（其中35-231212-7.9 4.1，====H m a m ，a 为水面至门顶止水的距离） 经计算：2223 4.1=0.39612-4.1β⨯= ()()1.5.51110.39610.396-1 6.08⎤=+-+=⎦y m()()1.5.52120.39620.396-18.94⎤=+-+=⎦y m ()()1.5.53130.39630.396-111.07⎡⎤=+-+=⎣⎦y m 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。

4. 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，使面板各区格需要的厚度大致相等。

5. 连接系的布置和形式横向连接系，根据主梁的跨度，决定布置3道隔板，其间距为1.8m ，横隔板兼作竖直次梁。

纵向连接系，设在两个主梁下翼的竖平面内，采用斜杆式桁架。

6. 边梁与行走支撑边梁采用单腹式，行走支撑采用胶木滑道。

图 2 闸门尺寸布置图（mm ）四、 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水平次梁主梁Ⅰ-Ⅰ当/3≤b a 时， 1.5α=，则=t当/ 3>b a 时， 1.4α=，则=t现列计算表计算如下：表 1 面板厚度的估算注：1.面板边长,a b 都从面板与梁格的连接焊缝算起，主梁上翼缘宽度为140mm ;2.区格Ⅰ-Ⅵ中系数k 由三边固定一边简支板查得。

根据上表计算，选用面板厚度17=t mm 。

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拉力P 表达式按式max 0.07P t σ=计算，已知面板厚度17=t mm ，并且近似地取板中最大弯应力2[160/]σσ==max N mm则0.0717160190.4/=⨯⨯=P N mm面板与梁格连接焊缝厚度的计算见后文。

五、 水平次梁，顶梁和底梁的设计1. 荷载与内力验算水平次梁和顶，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2下上+=a a q p表 2 水平次梁、顶梁和底梁均布荷载的计算顶梁荷载按下图计算：图 3 顶梁荷载计算图根据计算，水平次梁计算荷载取105.10/kN m ，水平次梁为4跨连续梁，跨度为59.09kN/m221.8m ，水平次梁弯曲时的边跨弯距为:220.0770.077105.10 1.826.22M ql kN m =⨯⨯=⋅次中＝支座B 处的负弯距：220.1070.107105.10 1.836.44B M ql kN m =⨯⨯=⋅次＝图 4 水平次梁计算简图和弯矩图2. 截面选择6336.4410227750[]160M W mm σ⨯===考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选a ［22,由附录三表四查得：234318421760023939000;;;777;x x l A mm W mm I mm b mm d mm =====。

面板参加次梁工作的有效宽度分别按下式计算，然后取其中较小值。

607760171097l B b t mm ≤+=+⨯=;1B b ζ=(对跨间正弯距段) 2B b ζ=(对支座负弯距段)按5号梁计算，设梁间距121180950106522b b b mm ++=== 对于第一跨中正弯距段00.80.818001440l l mm ==⨯= 对于支座负弯距段00.40.41800l l mm =⨯＝＝720 根据0/l b 查表：Aq=105.10kN/mAE对于0/1440/1065l b ＝＝1.35得10.53ζ＝，得10.531065564B b mm ζ=⨯＝＝, 对于0//1065l b ＝720＝0.68得20.27ζ＝，得20.271065B b mm ζ=⨯＝＝288,对第一跨中选用B ＝564mm,则水平次梁组合截面面积见下图面积为231845641712772A mm =+⨯= 组合截面形心到槽钢中心线得距离：564171191277892e mm ==⨯⨯跨中组合截面的惯性距及截面模量为：224318489564173057788664I mm +⨯+⨯⨯次中＝23939000＝229039515778866499min W mm ==对支座段选用8B mm ＝28，则组合截面面积：23184288178080A mm =+⨯=;组合截面形心到槽钢中心线得距离：28817119808720e mm ==⨯⨯支座初组合截面的惯性距及截面模量为：224318472288174751260120B I mm +⨯+⨯⨯次＝23939000＝228164915126012082min W mm ==3. 水平次梁的强度验算由于支座B 处处弯距最大，而截面模量较小，故只需验算支座B 处截面的抗弯强度，即62236.4410129.4/[]160/281649N mm N mm σσ⨯=<=次说明水平次梁选用a ［22满足要求。

轧成梁的剪应力一般很小，可不必验算。

图 5 面板参加水平次梁工作后的组合截面（mm ）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 =19.41kN ∙m,则边跨挠度可近似地按下式计算：3336355577886655105.10[1.810]36.4410 1.81038416384 2.061016 2.061010.00033[]0.00425457788664B M l ql l EI EI w l ω⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯-=-⨯⨯⨯⨯⨯⨯=≤==次次次故水平次梁选用a ［22满足强度和刚度要求。

5. 顶梁和底梁为方便计算与订购材料，顶梁和底梁也采用a ［22。

六、 主梁设计1. 设计资料（1） 主梁跨度：净跨（孔口净宽）0 6.8L m ＝；计算跨度L m ＝7.2；荷载跨度1 6.8L m ＝。

（2） 主梁荷载：623.23207.7/33P q kN m ===总 （3） 横向隔板间距：1.8m 。

（4） 主梁容许挠度：[] /750L ω=。

2. 主梁设计主梁的设计内容包括：①截面选择；②梁高改变；③翼缘焊缝；④腹板局部稳定验算；⑤面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力验算。

（1） 截面选择 a)弯距和剪力。

弯距与剪力计算如下：弯距：max 207.7 6.87.2 6.8()1341.7224M kN m ⨯=-=⋅剪力：1max 207.7 6.8706.222qL V kN ⨯=== b)需要的截面模量已知Q235A 钢的容许应力2160/[]N mm σ=,考虑钢闸门自重引起附加应力的影响，取容许应力2[]0.9160144/,N mm σ⨯==则需要的截面模量为：33max 1341.7109317[]144W M cm σ⨯===c) 腹板高度选择。

按刚度要求的最小梁高（变截面梁）为：22min7[]0.960.23144107.2100.960.2383[/] 2.06101/750L h cm E L σω⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯==⨯⨯ 经济梁高：2/52/53.1 3.1(9317)120ec h W cm ==⨯=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ec h 为小，但不小于min h 。