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露顶式平面钢闸门设计
一、设计资料
闸门形式:溢洪道露顶式平面钢闸门;
孔口净宽:;
设计水头:;
结构材料:Q235;
焊条:E43;
止水橡皮:侧止水用P形橡皮,底止水用条形橡皮;行走支撑:采用胶木滑道,压合胶木为MCS-2;混凝土强度等级:C20;
二、闸门结构的形式及布置
1、闸门尺寸的确定(图设-1)
闸门高度:,故闸门高度=6+=(m);闸门的何在跨度为两侧止水的间距:L]=12m;
闸门的计算跨度:L=L0+2d=12+=(m)。
rMi
圏设T闻H主要尺寸團51-
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,为了便于制造和维护,决定采用实腹式组合梁。
3、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的作用线
__=H/3=(图设-1),并要求下悬臂a>>、上悬臂c<,今取
a==(m)
主梁间距:2b=2(严a)=2x(2-)=(m)
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贝yc=H-2b-a=6--=(m)=(满足要求)
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,梁格布置的具体尺寸详见图设-2
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道横隔板,,横隔板兼作竖直次梁。
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
边梁采用单腹式,行走支承采用胶木滑道。
■■梨榴布置尺子圉(am)
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三、面板设计
根据SL74—95《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设-2所示。面板厚度可按下式计算:
t=a:'切
[g]
当b/aW3时,a=,
kp
则t_a\
=
当矶>3时,a】.4,则贝二二m丽
现列表-1计算如下:
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表—1面板厚度的估算
区格
a
(mm)
b
(mm)
b/a
k
P
(N/mm2)
i
<'kp
t
(mm)
I
1650
3090
II
990
3090
III
840
3090
770
3090
:1.
变长a
面q板
b都V
与梁
670
3090
726从面板
格的连
接焊切
主梁
510
3090
,
上翼缘
宽度为180mm(详见于后)
2•区格l、VI中系数k有三边定一边简支板查得。
根据上表计算,选用面板厚度t=8mm。
四、水平次梁、顶梁和底梁的设计
1、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压力可按下式计算:
列表-2进行计算
•
梁轴线处水压强度
(kN/m2)
梁间距
(m)
a+a-上下
2
a+a
q=p下
2
备注
顶梁荷载的计算
1(顶梁)
2
3(主梁)—
x
R=2=
4
5
~1殳壮F尢牛
6(下主梁)
TFTTTTTIVTIVrTTVTTTTTf
060
1
7(底梁)
有表-2计算后得
工q=
,水平次梁为四跨连续梁,(图设-3)。水平次梁弯曲时的边跨中弯矩为
M===(KN-m)
次中
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支座B出的负弯矩为
M===(KN-m)
次B
图设-3水平次梁计算简图和弯矩图
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2、截面选择
=233250(mm3)
W==
[b]160
考虑利用面板作为次梁截面的一部分,初选[22a,由槽钢表查得
I=23939000mm4
x
A=3184mm2W=217600mm3
x
b=77mmd=7mm
1
面板参加次梁工作的有效宽度可由公式B<b+2c及Bb计算,然后取其中的较
1
小值。
B<b+60t=77+60x8=557(mm)i
B=gb(对跨间正弯矩段)
1
B=gb(对支座负弯矩段)
2
按5号量计算,设两间距b="1*"2="0+81。=825(mm)。确定上式中面板的有效宽度系数g时,需要知道梁弯矩零点之间的距离I。与梁间距b之比值。对于第一跨中正弯矩取l===2480(mm),对于支座负弯矩段取
0
1===1240(mm)。根据I/b查面板有效宽度系数表:
00
对于I/b=2480/825=,得g1=,则B==693(mm)
01
对于I/b=1240/825=,得g2=,则B==347(mm)
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02
对第一跨中选用B=557mm,则水平次梁组合界面面积(图设-4)为
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图设7面板純水乎据工作后蜩緘面血j
A二3184+557x8二7640(mm2)
组合截面形心到槽钢中心线距离为
557x8x114“、
e==66(mm)
7640
跨中组合截面的惯性矩及截面模量为
=23939000+3184x662+557x8x482
次中
二48075128(mm4)
e48075128、
W==273154(mm3)
min176
对支座段选用B=347mm,则组合截面面积:
A二3184+8x347二5960(mm2)
组合截面形心到槽钢中心线距离:
347x8x114—、
e==53(mm)
5960
支座处组合截面的惯性矩及截面模量:
W
min
43212352
1^3
=265106(mm3)
I=23939000+3184x532+347x8x612=43212352(mm4)次B
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3、水平次梁的强度验算
由于支座B(图设-3)处弯矩最大,而截面模量较小故只需验算支座B处截面的抗弯强度,即
M
次B
W
min
265106
=(N/mm2)vQ]=160N/mm2
说明水平次梁选择[22a满足要求扎成梁的剪应力很小,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=・m,则边跨挠度可近似计算:
①5ql3Ml
=—次B—
l384EI16EI
次次
()
^
=0W0692V[宁]=£=0^04
故水平次梁选用[22a满足强度要求和刚度要求。
5、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,必须加强顶梁刚度,所以也米用]22a。
底梁也采用】22a。
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五、主梁设计
(一)设计资料
(1)主梁跨度(图设-5):净跨(孔口宽度)L0=12m,计算跨度L=,荷载跨度L1=12m;
(2)主梁荷载:q=882kN/m;
(3)横向隔板间距:;
(4)主梁容许挠度0]=L/600.。
(二)主梁设计
主梁设计内容包括:截面选择;梁高改变;翼缘焊缝;腹板局部稳定验算;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。弯矩与剪力计算如下:
M
max
2
x(耳-12)=1693(kN/m)
V=笙==529(kN)
max22
胶木港道
L=12^
iiHtftffttntff
11=1im
q-P/2-
•橫闵隔极
橫隔板
三I水平欢梁
ri--
rI
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r-
13i?T严迦钢闸的..L梁位凰命计算简图-
(2)需要的截面模量。已知Q235钢的容许应力0]二160kN/mm2,考虑钢
闸门自重引起的附加应力作用,取容许应力为宙],则需要的截面模量为
W=Mmax
0]
1693x100
=11757(cm3)
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(3)腹板高度的选择。按刚度要求的最小梁高(变截面梁)为
h
min
Q]L
E[rn/L]
=
(1/600)
=(cm)
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经济梁高h=/(cm)
ec
由于钢闸门中的横行隔板重量将随主梁的增高而增加,故主梁高度宜选得比
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hec小,但是不小于hmin,现选用腹板高度h0=12Ocm。
(4)腹板厚度的选择。按经验公式计算t=4h/=(cm),选
w
用t=。
w
(5)翼缘截面的选择。每个翼缘需要的截面为
“、
A=—w0=—=78(cm2)
1h61206
0
下翼缘选用t1=(符合钢板规格)
A
需要b二t二78/,选用b=40cm(在h/~h/5=48~24cm之间)。1t1
1
上翼缘的部分截面可以利用面板,故只需设置较小的上翼缘板同面板相
连,选用t]=,b]=。
面板兼作主梁上翼缘的有效宽度取为
B=b+60s=18+=66(cm)
1
上翼缘截面面积
A=+=(cm2)
1
(6)弯应力强度验算。主梁跨中截面(图
截面形心距:
=(cm)
截面惯性矩:
th3
=—w—0-
12
Ay2
12
=779936(cm4)
截面模量:
上翼缘顶边
I779936
W=—==12849(cm3)
1
下翼缘底边
+635936
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M
max
W
min
779936
W=一==12849(cm3)
2
弯应力:
-12^=13・9(kN/cm2)<0・9x16=14・4(kN/cm2)(安全)
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部位
cmXcm)(cm2)表面的距离y'(cm)(cm3)距离y=y'-y】(cm4)
-
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部位
cmXcm)(cm2)表面的距离y'(cm)(cm3)距离y=y'-y】(cm4)
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表-3主梁跨中截面的几何特性
截面尺寸
截面面积
各形心离面板
Ay'各形心离中和轴的
Ay2
-
289
17526
635936
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部位
cmXcm)(cm2)表面的距离y'(cm)(cm3)距离y=y'-y】(cm4)
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部位
cmXcm)(cm2)表面的距离y'(cm)(cm3)距离y=y'-y】(cm4)
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(7)整体稳定性与挠度验算。因主梁上翼缘直接同钢面板相连,按规范规定可不必验算整体稳定性。又因梁高大于按刚度要求的最小梁高,故梁的挠度也不必验算。
2、截面改变因主梁的跨度较大,为减小门槽宽度和支承边梁高度(节省钢材),
有必要将主梁支承端腹板高度减小为设-7)。
660
1
1
二
gr-
丨200町0"
400*2(r
图设T主梁支端截而(ram)
(cm)(图00
梁高开始改变的位置取在邻近支承段的横向隔板下翼缘的外侧(图设-8),离开支承端的距离为310-10=300cm。剪切强度验算:考虑到主梁端部的腹板及翼缘都分别同支承边梁的腹板及翼缘相焊接,故可按工字形截面来验算剪应力强度。主梁支承端截面的几何特性见表-4.
-
-横隔粧
a
?100
J100
图设主梁变截面位置團
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