文档介绍：9. 金属结构及电气设计
金属结构
本设计涉及的金属结构包括钢闸门及启闭机。
平面钢闸门设计
设计选用平面钢闸门,平面钢闸门与其他形式闸门相比有以下优点:结构简单,制造与安装容易,而且工作量小;结构刚度大,工作可靠,运行维护费用低,可提到水面以上检修;操作简单、迅速,安全,有互换性;应用范广泛,可在各类水利水电工程及通航枢纽中,用作工作闸门、事故闸门、检修闸门及施工导流闸门。
平面钢闸门结构型式及布置
1、闸门尺寸的确定
×,确定闸门两侧止水间距为L1=,计算跨度为孔口宽度+支撑中心至闸墩侧面的距离的两倍,取为L =,闸门的高度为孔口高度H=。
2、主梁的型式
主梁是闸门最主要的承力构件,其数量主要取决于闸门的尺寸和水头的大小。对于闸门跨度L较大,而门高H较小(L≥)的露顶闸门,主梁数目一般为两根。
,,≥,因此确定为双主梁闸门。属于中等跨度闸门,为了便于制造和维护,设计采用实辅式组合粱。
3、主梁的布置
为使两主梁在设计水位时所受的水压力相等,两个主梁的位置对称于水压力合力的作用线,如图9-1所示。
主梁位置还需要满足下列要求:
①主梁的间距应尽量大些,以保证闸门的竖向刚度。
②闸门的上悬臂c不易过长,通常要求c≤,以保证门顶悬臂部分有足够的刚度。。
③主梁间距应满足滚轮行走支承布置的要求。
④工作闸门的下主梁距平面闸槛的高度应不至于产生真空现象,并要求下悬臂a≥ 和 a≥,
取:a=×6≈,c=×6=;
主梁间距:2b=H-c-a=6--=;
图9-1 梁格布置尺寸
4、梁格的布置及型式
梁格采用复式布置和等高连接,使水平次梁、竖直次梁和主梁的前翼缘都直接与面板相连,以便于梁系与面板形成强固的整体,面板可与梁系共同受力,形成梁截面的一部分,从而减少梁系的用钢量。水平次梁穿过横隔板上的预留孔并被横隔板支承成为连续梁,面板直接支承在梁格的上翼缘上。
水平次梁间距布置上疏下密,使面板需要的厚度大致相等。具体数据见“面板设计”一节。
5、联接系的型式及布置
①横向联接系
为了简化闸门的制造、横向联接系采用横隔板式,其布置应和梁的设计跨度有关,本闸门根据主梁的跨度决定布置三道横隔板,、、,隔板兼做竖直次梁。
②纵向联接系
纵向联接系设在两个主梁下翼缘的竖平面内,采用简单的斜杆式桁架。
6、边梁和行走支承部分
因闸门的水头和孔口较大,设计时将轮子装设在双腹式边梁的两块腹板之间,即简支式滚轴,以避免边梁受扭。
主梁设计
平面闸门的主梁绝大多数采用组合梁。对于主梁跨度较大的露顶闸门,为减小门槽尺寸和节约钢材,采用变截面的主梁型式。设计中主梁采用变截面的组合梁,材料选用A3钢。
图9-2 主梁荷载计算简图
1、截面选择
①弯矩与剪力计算
双向水压力作用在下主梁的均布荷载为:;
因此作用在主梁上的最大剪力和弯矩分别为:
;
t·m。
②截面模量计算
考虑钢闸门自重引起的应力影响,取容许弯应力为[σ]=²,则需要的截面抵抗矩为:
。
③腹板高度选择
按刚度要求的最小梁高(变截面梁)为:
。
()
仅对主梁自重而言,其经济梁高为:
;
注:翼缘截面不改变的焊接梁k=,腹板厚度近似地估计为:
;
由于钢闸门中的横向隔板重量随主梁增高而增加,故主梁高度宜选得比hj小,但不小于hmin因此确定高度为100cm。
④腹板厚度计算
按剪切强度要求:;
按局部稳定要求:,选用δ=。
⑤翼缘截面选择
每个翼缘需要截面积为:
;
下翼缘选用b1=30cm,在之间,需要,选用t=2cm,符合钢板规格。
下翼缘截面积:A1下,上翼缘的部分截面积可利用面板,故只需设置较小的上翼缘板同面板相连接,选用t=2cm,b1=14cm。
面板兼做主梁上翼缘的有效宽度取为:;
上翼缘截面积:A1上。
弯应力强度验算:
主梁跨中截面的几何特性图如下:
图9-3 主梁跨中截面
截面形心矩:;
截面惯性矩:I=444507cm4
截面抵抗矩:上翼缘顶边;
下翼缘底边;
弯应力:<[σ]=1440kg/cm²。
表9-1 主梁截面几何特性表
部位
截面长(cm)
截面厚(cm)
截面
面积A(cm²)
各形心离面板表面距离
y´(cm)