水工平面钢闸门结构计算书

水工平面钢闸门结构计算书 1 一、 设计资料 工程名称：马尾区白眉供水工程输水道进口闸门 闸门用途：该闸门设于输水道，作为输水道进口的工作事故闸门，当压力钢管发生事 故时，应将闸门迅速下降，关闭进水口，另外定期检修输水道时，同样关闭此门。 闸门型式：焊接平面钢闸门，其面板在上游，顶、侧止水亦在上游，另设加重块，满 足起闭力。 孔口数量：3 孔。 孔口尺寸：宽×高=8.00×6.00m2。 设计水头 Hr：5.40m。 吊点中心距：4.0m。 门叶结构：焊接钢结构。 结构材料：Q235。 焊条：E43。 止水橡皮：侧止水用 P45-A 型，底止水用Ⅰ110-16 型。 行走支承：采用胶木滑道，压合胶木为 MCS-2。 起闭机型式：双吊点卷扬式。 起闭机容量：2×25 吨。 混凝土强度等级：C20。 规范：《水利水电工程钢闸门设计规范》SL74-95。 二、 闸门结构的形式及布置 2.1 闸门尺寸的确定（图 1） 闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为0.3m，故闸门高度 H=5.4+0.3=5.7m。 闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：L1=8.0m。 闸门的计算跨度： m.dLL48202082 0  式中 L0 —闸门孔口的净宽，m； d —行走支承中心线到闸墩侧壁的距离，取 0.2m。 水工平面钢闸门结构计算书 2 闸门的总水压力： NLHPk24.114484 . 581. 9 2 1 2 1 2 1 2 r  图1 闸门主要尺寸图(单位：mm) 2.2 主梁的形式 主梁的形式应根据水头和跨度大小而定，本闸门属中等跨度，为了方便制造与维护， 决定采用实腹式组合梁。 2.3 主梁的布置 根据闸门的高跨比68. 0 4 . 8 7 . 5  L H ，决定采用双主梁。为使两个主梁在设计水位时所 受的水压力相等，两个主梁的位置应对称于水压力合力 P 的作用线m800. 1 3 4 . 5 3 H yr， 且两主梁间的距离b 值要尽量大些， 并要求上主梁到闸门顶缘的距离Hc45. 0，并不大于 3.6m。另，底主梁到底止水的距离应符合底缘布置的要求。对于工作闸门和事故闸门下游 倾角应不小于 30°，当不能满足 30°的要求时应采取适当补气措施。 m565. 27 . 545. 045. 0H， 考虑到若 c 太小，则不能满足 30°的要求。取 c=2.565m， 那么两主梁的间距  m67. 2565. 28 . 17 . 52-y2bcH。 2.4 梁格的布置形式 梁格采用复式和等高连接，水平次梁穿过横隔板上的预留孔并被横隔板所支承。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，梁格布置的具体 尺寸详见图 2。 水工平面钢闸门结构计算书 3 2.5 连接系的布置和形式 [1] 横向连接系，根据主梁的跨度，决定布置3 道横隔板，其间距为 2.1m， 横隔板兼作竖直次梁。 [2] 纵向连接系，设在两个主梁下翼缘的竖平面内，采用斜杆式桁架。 2.6 边梁与行走支承 边梁采用单腹式，行走支承采用胶木滑道。 三、 面板设计 根据 SL74-95《水利水电工程钢闸门设计规范》，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。 3.1 估算面板厚度 假定梁格布置如图 2 所示，面板估算厚度按式(3-1)计算：     0.9 qk a y  (3-1) 式中 ky —弹塑性薄板支承长边中点弯应力系数； α —弹塑性调整系数， 3a/b 时， 41. ； 3a/b 时， 51. ； q —面板计算区格中心的水压力强度，hq， 2mm/N；  —水的容重，9.81kN/m3； h —水头，m； a、b —面板计算区格的短边和长边长度，mm，从面板与主梁(次)梁的连 接焊缝算起；    —钢材的抗弯容许应力，假设面板厚度小于 16mm，取 160N/mm2。 现列表 1 计算如下： 表1 面板厚度的估算 水工平面钢闸门结构计算书 4 区格 a (mm) b (mm) b/a ky h(m) q (N/mm2) ?(mm) Ⅰ 1435 2090 1.46 0.55 0.618 0.0061 1.5 5.63 Ⅱ 890 2090 2.35 0.499 1.7500 0.0172 1.5 5.60 Ⅲ 750 2090 2.79 0.5 2.710 0.0266 1.5 5.88 Ⅳ 630 2090 3.32 0.5 3.4700 0.0340 1.4 5.75 Ⅴ 580 2090 3.60 0.5 4.1450 0.0407 1.4 5.79 Ⅵ 360 2090 5.81 0.5 4.6850 0.0460 1.4 3.82 Ⅶ 295 2090 7.08 0.74 5.1530 0.0506 1.4 3.99 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、次梁上 翼缘宽度为 70mm、顶梁和底梁上翼缘宽度为 70mm(详见于后)； 2.区格Ⅰ、Ⅵ中系数 ky由三边固定一边简支板查得。 根据上表计算，选用面板厚度=6mm，满足面板厚度小于 16mm 的假定。 3.2 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 按下式计算， 已知面 板厚度=6mm，并且近似地取板中最大弯应力   2160mm/N max ，则 mm/2 .67160607. 007. 0 max NP 面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力： mm/N . I VS T197 10929202 6260755010365 2 4 3 0     式中 V 主梁的最大剪力，286.06kN； S 主梁端部截面面板部分对组合截面的面积矩，参照表 4 计算，cm3； I0 主梁端部截面的惯性矩 cm4 按下式计算面板与主梁连接的焊缝厚度：    mm/. ./TPh w tf 8211370197689 70 22 22   面板与梁格连接焊缝取其最小厚度hf=6mm。 四、 水平次梁、顶梁和底梁的设计 4.1 荷载与内力计算 水工平面钢闸门结构计算书 5 水平次梁和顶梁、 底梁都是支承在横隔板上的连续梁， 作用在它们上面的水 压力可按式(3-2)计算，即 2 下上 aa pq   (3-2) 式中 p ——次梁轴线处的水压强，kN/m2； a 上、a下 ——水平次梁轴线到上、下相邻梁间的距离，见图 2。 列表 2 计算后得 m/62.128qkN  根据表2 计算结果，水平次梁计算荷载取 q=22.62kN/m，水平次梁为四跨连 续梁，跨度为 2.1m(见图 3)。 图2 水平次梁计算简图和弯矩图(单位：mm) 水平次梁弯曲时的边跨中弯矩为 mNMk68. 71 . 262.22077. 0ql077. 0