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课程名称:水工钢构造课程设计
年级/专业/班:级水利水电工程1班
学生姓名:
学号:
任课教师:徐良芳教师
开课学院:能源与环境学院
水利水电工程钢构造课程设计
设计题目
重要内容
某露顶式平面钢闸门设计
门型式:露顶式平面钢闸门
孔口尺寸(宽高):
启闭方式:卷扬式启闭
材料钢构造:Q235-;
焊条:E43型;
行走支承:胶木滑道
止水橡皮:侧止水用P型橡皮,底止水用条形橡皮
⑤制造条件金属构造制造厂制造,手工电弧焊,满足Ⅲ级焊缝⑥质量检查原则
规范:《水利水电工程钢闸门设计规范SL1974-》
3、拦污栅设计
①拦污栅型式:固定式平面拦污栅
②尺寸(宽高):
③水头:2m
三、闸门构造的形式及布置
闸门高度:,故闸门高度=4+=
闸门的荷载跨度为两侧止水的间距:L1=
闸门计算跨度:L=L0+2d=+2*=
图1闸门的重要尺寸(单位:m)
主梁的形式根据水头和跨度的大小决定,本闸门属于小跨度,为了便于制造和维护是,采用实腹式组合梁。
根据闸门的高垮比,采用2根主梁。为使两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作用线y’=H/3=,并规定下悬臂a≥,和a≥,上悬臂c≤,今取
a=≈=
主梁间距2b=2(y’-a)=2*=
则c=H-2b-a=4--==(满足规定)
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冰被横隔板所支承。
水平次梁为持续梁,其间距应上疏下密,使面板各区格需要的厚度大体相等,梁格布置具体尺寸如图2所示
图2梁格布置尺寸图(单位:mm)
(1)横向连接系,根据主梁的跨度,决定布置道横隔板,,横隔板兼作竖直次梁。
(2)纵向连接系,设在两个主梁下的翼缘的竖平面内。采用斜杆式桁架。
(6)边梁与行走支承。边梁采用单复式,行走支承采用胶木滑道。
四、面板设计
根据《水利水电工程钢闸门设计规范》(SL74-95),有关面板的计算,先估算面板的厚度,在主梁截面选择之后再验算面板的局部弯曲与主梁弯曲的折算应力。
估算面板厚度。假定梁格布置尺寸图2所示。面板厚度按式计算
当b/a3时,a=,则
当b/a>3时,a=,则
现列表1进行计算。
表1面板厚度的估算
区格
a(mm)
b(mm)
b/a
k
P(N/mm)
t(mm)
I
900
1623
II
880
1623
III
780
1623
IV
740
1623
V
340
1623
注1、面板边长a、b都从面板宇梁格的连接焊缝算起,主梁上翼缘宽为140mm(详见背面)
2、区格I、VI中的系数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t=8mm
(2)面板与梁格的连接计算。面板局部绕曲时产生的垂直于焊缝长度方向的横向拉力P按式max计算,已知面板厚度t=8mm,并且近似地取板中最大弯应力σmax=【σ】=160N/mm2则
max=×8×160=(N/mm)
面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力
T=VS/2I0=177000×620×8×118/(2×)=77(N/mm)
由式计算面板与主梁连接的焊缝厚度为
hf=((p/)2+T2)^(1/2)/([τth)=(×+77×77/(×113)=(mm)
面板与梁格连接焊缝取其最小厚度hf=6mm
五、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持续梁,作用在它们上面的水平压力可按式
计算。
列表2计算后得
εq=
表2水平次梁、顶梁和底梁均布荷载的计算
梁
号
梁轴
线处
水压
强度
梁间距(m)
(m)
(kN/m)
备注
1(顶梁)
顶梁荷载按下图计算
2
3上主梁
4
5下主梁
6底梁
根据表2计算,,水平次梁为三跨持续梁,跨度为2..35m(图3)。水平次梁弯曲时的边跨中弯矩为
M次中==×××=(kN﹒m)
支座B处的弯矩为
M次B===×××=(kN﹒m)
图3水平次梁计算简图和弯矩图
截面选择。
W=M/[σ]=×106/160=35563mm3
考虑到运用面板作为次梁截面的一部分,初选[10,由附录三表4查的:A=1274;Wx=39700;Ix=198300;b=48mm;d=。
图4面板参与水平次梁工作后的组合截面(单位:mm)
面板参与次梁工作有效宽度分别按式(1)及式或(其中)计算,然后取其其中较小值。
式(1)B≤b1+60t=48+60×8=528mm
(对胯间正弯矩段)
(对支座负弯矩段)
按4号梁计算,设梁间距(870+830)/2=850(mm)。拟定式中面板的有效宽度系数时,需要懂得梁弯矩零点之间间距与梁间距b比值。对于第一跨中正弯矩段取==×1633=1306。对于支座负弯矩段取=×1633=653。
表3面板有效宽度系数和
3
4
5
6
8
10
12
根据查表3,得
对于=1306/850=,得=,则B=×850=502(mm);
对于=653/850=,得=,则B=×850=196(mm);
对第一跨中选用B=502mm,则水平次梁组合截面面积图3为
A=1274+502×8=5290mm2
组合截面形心到槽钢中心线的距离为
e=502×8×54/5290=41(mm)
跨中组合截面的惯性矩及截面模量为
I次中=198300+1274×412+502×8×132=300mm4
Wmin=300/91=33200mm2
对支座B=196mm,则组合截面面积为
A=1274+196×8=2842mm2
组合截面形心到槽钢中心线的距离为
e=196×8×54/2842=30(mm)
支座处组合截面的惯性矩及截面模量为
I次B=198300+1274×302+196×8×342=3157508mm4
Wmin=3157508/80=39469mm2
(3)水平次梁的强度验算。由支座B(图3)处弯矩最大,而截面模量最小,故只需验算支座B处的截面的抗弯强度,即
σ次=M次B/Wmin=×106/39469=144N/mm2<[σ]=160N/mm2
阐明水平次梁选用[10满足规定。
轧成梁的剪应力一般很小,可不必验算。
水平次梁的挠度验算。受均布荷载的等跨持续梁,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=,则边跨挠度可近似地计算为
=5/384×ql3/EI次-M次Bl/16EI次=5××(×103)3/(384××105×302×104)-×106××103/(16××105×302×104)=<[W/L]=1/250=
故水平次梁选用[10满足强度和刚度规定。
(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,必须加强顶梁的刚度,因此也采用[10。
底梁也采用[10
六、主梁的设计
(1)设计资料。
1)主梁跨度(图5);净跨(孔口宽度)Lo=,计算跨度L=,荷载跨度