水工刚结构露顶式焊接平面钢闸门设计计算书一、 设计资料闸门形式：溢洪道露顶式平面钢闸门；孔口净:22.00m；设计水头：16.8m；结构材料：Q235-A.F；焊条：E43；止水橡皮：侧止水用P型橡皮，底止水用条形橡皮；行走支承：采用滚轮支承二、 闸门结构的形式及布置1.闸门尺寸的确定闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为0.2m，故闸门高度=16.8+0.2=17m；闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：L1=22m；闸门计算跨度：L=L0+2d=22+20.2=22.40m。 (单位：m)2.主梁的形式主梁的形式应根据水头和跨度大小而定，本闸门应用实腹式组合梁。3.主梁的布置因为L=22.401.5H=1.516.8=205.2所以是选取7跟主梁。根据公式计算每一根主梁距水面的距离，K及第K跟主梁，得：y1=4.23m; y2=7.74m; y3=10.02; y4=11.87m; y5=13.46m; y6=14.88m; y7=16.18m 具体布置见下图： (单位：m)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承。水平次梁为连续梁，其间距应上疏下密，使面板各区格所需要的厚度大致相等，梁格的布置具体尺寸见下页图。 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10道横隔板，其间距为2m，横隔板兼做竖直次梁。（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。6.边梁与行走支承。边梁采用单复试，行走支承采用滚轮支承。三、面板设计根据SL1974-1995水利水电工程钢闸门设计规范修订送审稿，关于面板的计算，先估算面板厚度，在主梁界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。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当b/a3时，=1.65，则t=a=0.065a当b/a3时，=1.55,则t=a=0.067a现列表如下：梁格a（mm）b(mm)b/akp(N/)t(mm)1153019901.30.4830.0070.0586.052133019901.50.4540.0210.0988.833111019901.80.4970.0330.1239.57484019902.310.5000.0430.1468.35582019902.430.5000.0510.1598.58679019902.520.5000.0590.1729.23771019902.800.5000.0660.1828.77870019902.840.5000.0730.1919.09969019902.880.5000.0800.2009.381061019903.260.5000.0860.2078.521158019903.430.5000.0920.2148.711253019903.750.5000.0970.2208.171346019904.330.5000.1020.2267.271446019904.330.5000.1070.2317.471544019904.520.5000.1110.2367.261638019905.240.5000.1150.2406.381740019904.980.5000.1200.2456.861841019904.850.5000.1230.2487.121933019906.030.5000.1270.2525.822035019905.690.5000.1300.2556.422136019905.530.5000.1340.2586.522236019905.530.5000.1370.3208.08根据上表计算，选用面板厚度t=11mm。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，已知面板厚度t=6mm,并且近似地取板中最大弯应力=160 则 P=0.07t=0.07*11*160=123.2面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力： T=204（N/mm）计算面板与主梁连接的焊缝厚度：=3.0(mm)面板与梁格连接焊缝最小厚度=11mm四、水平次梁、顶梁和底梁的设计1.荷载与内力的计算水平次梁和顶底梁都是支承在隔板上的连续梁，作用在它们上面的水压力按 q=P现列表计算如下：=1356.52kN/m梁号梁轴线处水压强度p(kN/)梁间距(m)(kN/m)q=p1(顶梁)4.041.600214.201.50021.31.400327.91.31536.691.2304(主梁)40.01.08043.200.930549.10.91044.680.890657.80.87550.570.860766.20.84555.940.8308(主梁)74.30.81059.940.790982.10.77563.630.7601089.60.74566.650.73011(主梁)96.70.70067.690.67012103.30.63565.600.60013109.20.59064.430.58014(主梁)114.90.56564.920.55015120.20.53063.710.51016125.20.50563.230.50017(主梁)130.10.49564.400.49018134.90.48565.430.48019139.620.46564.940.45020(主梁)144.10.44564.120.44021148.40.43564.550.43022152.60.43065.620.43023(主梁)156.80.52582.320.62024(底梁)157.80.31048.92顶梁荷载按下图计算根据上表计算，水平次梁计算荷载取66.65KN/m, 水平次梁为11跨连续梁，跨度为2m.如下图所示。水平次梁弯曲时的边跨跨中弯矩为： =0.077ql2=0.077*66.65*22=20.53（KN.m） 支座B处的负弯矩为： =0.107ql2=0.107*66.65*22=9.21(KN.m)2. 截面选择 W= =178312.5()考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选，由附录三表4表查得： A=2883()； =178000(); =178040009()；=73(mm); d=7.0(mm)面板参加次梁工作有效宽度按下式计算，然后取其中最小值。 B+60t=73+60*11=733(mm) B=1b( 对跨间正弯矩段）； B=2b(对支座负弯矩段）；按10号梁计算，设梁间距b=(b1+b2)/2=(790+760)/2=775(mm).确定上式中面板的有效宽度系数时，需要知道梁弯矩零点之间的距离L0与梁间距b之比值。对于第一跨中正弯矩段取l0=0.8l=0.8*2000=1600(mm);对于支座负弯矩段取l0=0.4l=0.4*2000=800(mm)。根据l0/b查表7-1得： 对于l0/b=1600/775=2.065得1=0.70则B=1b=0.7*775=542.5(mm) 对于l0/b=800/775=1.032得2=0.30则 B=2b=0.3*775=232.5(mm)(单位：mm)对于第一跨中弯矩选用B=543(mm)，则水平次梁组合截面面积： A=2883+543*11=8856(mm2)组合截面形心到槽钢中心线的距离： e=(543*11*105.5)/8856=71(mm)跨中组合截面的惯性矩及截面模量为： I次中=17804000+2883*712+543*11*34.53=39446566(mm4) Wmin=39446566/171=230682(mm2)对支座段选用B=232.5(mm).则组合截面面积：A=2883+232.5*11=5440.5(mm2)组合截面形心到槽钢中心线的距离：e=(232.5*11*105.5)/5440.5=49.6(mm)。支座处组合截面的惯性矩及截面模量： I次B=17804000+2883*49.62+232.5*11*55.92=32888343(mm4) Wmin=32888343/149.6=228233(mm2)3. 水平次梁的强度验算 由于支座处B弯矩最大，而截面模量较小，故只需验算支座B处截面的抗弯强度，即： =28.53*106/228233=125N/mm2=160N/mm2说明水平次梁选用 槽钢满足要求。 扎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，截面的弯矩已经求得M次B=28.53KNm,则边跨挠度可近似地按下式计算： =*- =- =0.000414=0.004故水平次梁选用14槽钢满足强度和刚度要求。5. 顶梁和底梁顶梁所受荷载较小，但考虑水面漂浮物的撞击等影响，必须加强顶梁刚度，所以也采用 槽钢。底梁也采用。五、主梁设计（一）设计资料 1.设计如下图，主梁跨度净宽L0=22.00m;计算跨度L=22.40m；荷载跨度L1=22m. 2.主梁荷载q=197.568KN/m. 3.横向隔间距：2m。 4.主梁容许挠度：=L/600 。（二） 主梁设计 主梁设计内容包括：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 （1）弯矩与剪力