水工钢结构设计资料.docx
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水工钢结构设计资料
水利水电工程钢结构课程设计任务书
学院名称:
专业:
水利水电工程年级:
2012级
一、设计题目
1、某露顶式平面钢闸门设计
2、某潜孔式平面钢闸门设计
3、某小型露顶式闸门(或潜孔式平面钢闸门)设计+拦污栅设计
二、主要内容
1、某大型露顶式平面钢闸门设计
①闸门型式:
露顶式平面钢闸门
②孔口尺寸(宽高):
20m14m
③上游水位:
m
④下游水位:
m
⑤闸底高程:
m
⑥启闭方式:
⑦材料钢结构:
Q235-A.F;
焊条:
E43型;
行走支承:
滚轮支承或胶木滑道
止水橡皮:
侧止水用P型橡皮,底止水用条形橡皮
⑧制造条件金属结构制造厂制造,手工电弧焊,满足Ⅲ级焊缝质量检验标准
⑨规范:
《水利水电工程钢闸门设计规范SL1974-2005》
三、具体要求
学生应在规定时间内,要求完成下列成果:
1、设计书一份。
包括:
①设计资料;闸门结构的型式及布置;面板设计;水平次梁、顶梁和底梁的设计;主梁设计;面板参加主(次)梁工作的折算应力验算;横隔板设计;纵向连接系设计;边梁设计;行走支承设计;轨道设计;埋设构件设计,闸门启闭力计算,启闭设备选择等;②设计资料,拦污栅的结构布置,栅面结构设计,梁格设计。
设计书要求分章节次序,采用设计纸来书写;要求数字计算正确,书写端正并符合规范化要求的格式,装订成册。
2、图纸。
要求设计中图纸与设计计算相匹配,要求图纸结构布置合理,构造合理正确、线条清晰匀称,符合制图标准要求。
图纸包含:
①梁格布置尺寸图,次梁截面图,主梁截面图,主梁变截面图,横隔板图,纵向连接系图,边梁图,轨道图,启闭设备图纸等等;②拦污栅结构布置图,栅面构造图,梁格设计图。
图纸附在说明书里。
四、主要技术路线提示
1、平面钢闸门的设计路线
①闸门结构的型式及布置
②面板设计
③水平次梁、顶梁和底梁的设计
④主梁设计
⑤面板参加主(次)梁工作的折算应力验算
⑥横隔板设计
⑦纵向连接系设计
⑧边梁设计
⑨行走支承设计,埋设构件设计
⑩轨道设计以及闸门启闭力计算,启闭设备选择
2、拦污栅的设计路线
①拦污栅的结构布置
②栅面结构设计
③梁格设计
五、进度安排
1.露顶式平面钢闸门或潜孔式平面钢闸门设计
①第一天上午:
布置设计和理清设计思路
②第一天下午:
闸门结构的型式及布置
③第二天:
面板,次梁和主梁的设计
④第三天:
横隔板,纵向连接系和边梁的设计
⑤第四天:
行走支承,轨道设计和闸门启闭力计算,启闭设备选择,止水布置等
⑥第五天:
上交课程设计成果和答辩
2、拦污栅设计+小型潜孔式平面钢闸门设计
①第一-第二天:
拦污栅设计
②第三-第四天:
小型钢闸门设计
③第五天:
上交课程设计成果和答辩
六、完成后应上交的材料
1.水工钢结构课程设计说明书
七、推荐参考资料
1.曹平周,朱召泉.钢结构.北京:
科学技术文献出版社.2002,6
2.范崇仁.水工钢结构设计.北京:
中国水利水电出版.2000,5
3.水利水电工程钢闸门设计规范(SL74-95)
指导教师签名日期年月日
系主任审核日期年月日
露顶式平面钢闸门设计
一:
设计资料
闸门形式:
露顶式平面钢闸门。
孔口尺寸:
20.0m×14.0m
空口净宽:
20.0m
设计水头:
13.8m
结构材料:
Q235
焊条:
E43型;
止水橡皮:
侧止水用P型橡皮,底止水用条形橡皮。
行走支承:
滚轮支承
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:
闸门高度:
考虑风浪所产生的水位超高为0.2m,故闸门高度=13.8+0.2=14m
闸门的荷载跨度为两侧止水的间距:
L1=20m
闸门的计算跨度:
L=L1+2×0.3=20.6m
2.主梁的形式
主梁的形式根据水头合跨度大小而定,本闸门属大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4根主梁,为使两个主梁在设计水位时所承受的水压力相等,两个主梁的位置应对称于水压力合力的作用线H=13.8,n=4则
=4.6m=8.4m
=10.9m=12.9m
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,其间应上疏下密,使面板各区格所需要的厚度大致相等,梁布置的具体尺寸详见上图
5连接系的布置和形式
(1)横向联接系根据主梁的跨度决定布置9道横隔板,其间距为2m,横隔板兼作竖直次梁。
(2)纵向联接系采用斜杆式桁架。
6边梁与行走支承
边梁采用复合腹式,行走支承采用滚轮支承。
三:
面板设计
1.估算面板厚度
当b/a≤3时,a=1.5,当b/a≥3时,a=1.4现列表计算如下:
面板的厚度估算
区格
a(mm)
b(mm)
b/a
k
h
p
t(mm)
1
1225
2000
1.633
0.6006
0.605
0.0059
4.96
2
1175
2000
1.702
0.479
1.8125
0.0178
7.37
3
1125
2000
1.778
0.485
2.9625
0.029
9.08
4
1075
2000
1.86
0.491
4.0625
0.0398
10.23
5
1000
2000
2
0.497
5.1
0.05
10.72
6
975
2000
2.051
0.4973
6.0875
0.0597
11.43
7
925
2000
2.162
0.498
7.0375
0.0690
11.66
8
900
2000
2.22
0.4983
7.95
0.0780
12.07
9
875
2000
2.286
0.4987
8.8375
0.0866
12.37
10
850
2000
2.353
0.499
9.7
0.0951
12.60
11
775
2000
2.581
0.5
10.5125
0.103
11.97
12
750
2000
2.667
0.5
11.275
0.1105
11.99
13
650
2000
3.077
0.5
11.975
0.1174
11.09
14
600
2000
3.33
0.5
12.6
0.1235
10.5
15
500
2000
4
0.5
13.15
0.1289
8.94
16
300
2000
6.7
0.75
13.6
0.1334
6.68
根据上表计算,选用面板厚度t=14mm.
1.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=14mm,并且近似地取板中最大弯应力==160则
P=0.07t=0.0714160=156.8(N/mm)
面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力
T==2335270124014730.8/(244989771400)=329.26(N/mm)
计算面板与主梁连接的焊缝厚度:
=/(0.7[])
=
=1.6mm
面板与梁格连接焊缝最小厚度=6mm
4.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:
=896.4482(KN/m)
梁号
梁轴线水压强度()
梁间距(m)
(m)
q=p(m)
1顶梁
0
2.1864
1.225
2
12.02
1.2
14.424
1.175
3
23.544
1.15
27.0756
1.125
4
34.58
0.6
20.748
1.075
5主梁
45.126
0.5375
24.255
1
6
54.936
0.9875
54.2493
0.975
7
64.5
0.95
61.275
0.925
8
73.575
0.9125
67.137
0.9
9主梁
82.404
0.8875
73.134
0.875
10
90.99
0.8625
78.479
0.85
11
99.33
0.8125
80.706
0.775
12主梁
106.929
0.7625
81.533
0.75
13
114.2865
0.7
80
0.65
14
120.663
0.625
75.414
0.6
15主梁
126.549
0.55
69.602
0.5
16
131.454
0.45
59.1543
0.3
17底梁
135.378
0.2
27.0756
水平次梁,顶梁和底梁均布荷载的计算
根据上表计算,水平次梁计算荷载取80.706KN/m,水平次梁为10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:
M次中=0.077ql^2=0.07780.7064=24.857(KN﹒m)
支座B处的负弯矩为:
M次B=0.107ql^2=0.107*80.706*4=34.542(KN·m)
2.截面选择
W==(34.54210^6)/160=215887.5
考虑利用面板作为次梁截面的一部分,初选槽钢20b.由附录三表4查得:
A=3283;=1914000;=19137000;=75mm;d=9mm;h=200
面板参加次梁工作有效宽度按下式计算,然后取最小值。
B≤+60t=75+60*14=915(mm)
B=ξ1b(对跨间正弯矩段)
B=ξ2b(对支座负弯矩段)
按11号梁计算,设梁间距b=(b1+b2)/2=(850+775)/2=812.5(mm)。
确定上式中面板的有效宽度系数ξ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=1600mm;
对于支座负弯矩段取L0=0.4L=0.4*2000=800mm.
根据L0/b查表2-1得:
对于L0/b=1600/812.5=1.97得ξ1=0.6928
则B=ξ1b=0.6928*812.5=562.9mm.
对于L0/b=800/812.5=0.98得ξ2=0.2944
则B=ξ2b=0.2944*812.5=239.2mm
对于第一跨中弯矩选用B=562.9mm,则水平次梁
组合截面面积(如图):
A=3283+14562.9=11163.6mm2
组合截面形心到槽钢中心线的距离:
e=(562.914107)/11163.6=75.53mm
跨中组合截面的惯性矩及截面模量为:
I次中=19137000+328375.532+562.91431.472
=45670433.8mm4
Wmin=45670433.8/175.53=260185.9mm2
对支座段选用B=239.2mm.
则组合截面面积:
A=3283+239.214=6631.8mm2
组合截面形心到槽钢中心线的距离:
e=(239.2*14*107)/6631.8=54.0
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