钢结构课程设计露顶式平面钢闸门设计word精品文档14页Word格式.docx
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学生姓名:
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学号:
指导老师:
设计地点:
东大九龙湖校区
交通学院港航系
露顶式平面钢闸门设计
一、设计资料
1)闸门型式。
露顶式平面钢闸门。
2)空口尺寸(宽×
高)。
12m×
6.0m。
3)上游水位。
▽9.0。
4)下游水位。
无。
5)闸底高程。
▼3.0。
6)启闭方式。
电动固定式启闭机。
7)材料。
钢结构:
Q235AF;
8)焊条:
E43型;
行走支承:
胶木滑道,压合胶木为MCS-2;
止水橡皮:
侧止水用P型橡皮,底止水用条形橡皮;
混泥土强度等级:
C20(200号)。
9)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。
10)规范。
《水利水电工程钢闸门设计规范》(SL74-2019)。
二、闸门结构的型式及布置
1.闸门尺寸的确定
2.闸门高度:
考虑风浪所产生的水位超高为0.2m,故
闸门高度
闸门的荷载跨度为两侧止水间的间距
闸门计算跨度
2.主梁的型式
主梁的型式应根据水头和跨度大小而定,本闸门属于中等跨度,为了便于制造和维护,采用实腹式组合梁。
3.主梁的布置
根据闸门的高垮比,决定采用双主梁。
为使2根主梁在设计时水压力相等,2根主梁的位置应对称于水压力合力的作用线
,并要求上悬臂
,且使底主梁到底止水的距离尽量符合底缘布置要求(即
),取
,则主梁间距
4.梁格的布置和形式
梁格采用复式布置和齐平连接,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,其间距上疏下密,面板各区格所需要的厚度大致相等。
5.联结系的布置和形式
(1)横向联结系。
根据主梁的跨度,采用布置3道横隔板,其间距为3.1m,横隔板兼作竖直次梁。
(2)纵向联结系。
采用斜杆式桁架,布置在2根主梁下翼缘的竖平面内。
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。
三、面板设计
1.估算面板厚度
当
时,
当
;
(h为区格中心的水头,单位m)
设计时选用[20b
计算结果
注1.竖直次梁腹板厚取8㎜;
2.主梁上翼缘宽度取140㎜。
3.区格1,4中系数k按三边固定一边简支查得
根据计算结果,选用面板厚度
。
2.面板与梁格的连接焊缝计算
面板局部弯曲式产生的垂直于焊缝长度方向上的横拉力Nt。
近似取板中最大弯应力
面板与梁连接焊缝方向单位长度内剪力
面板与主梁连接的焊缝厚度
面板与梁格的连接焊缝取其最小厚度
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,作用在他们上面的水压力的计算式为
计算列表
梁号
梁轴线处
水压强度p
(kN/m2)
梁间距
(m)
(kN/m)
1
(顶梁)
—
3.68
1.72
2
15.386
1.425
21.95
1.13
3
(上主梁)
26.46
1.040
27.56
0.95
4
35.77
0.895
32.04
0.84
5
44.002
0.825
36.30
0.81
6
(下主梁)
51.94
0.705
36.59
0.60
7
(底梁)
57.82
0.400
23.12
0.10
根据表计算结果,水平次梁计算荷载取最大值36.30KN/m,水平次梁为四跨连续梁,跨度为3.1m,水平次梁边跨中的正弯矩为
支座B处的负弯矩为
2.截面选择
考虑利用面板作为次梁截面的一部分,初选[20b由附表3-6,查得
面板参加次梁翼缘工作的有效宽度
按5号梁进行计算,该梁平均间距
对于第一跨中正弯矩段,零点之间的距离
,由
查表得
,
对于支座负弯矩段,
对第一跨中,选用
,则水平次梁的组合截面积为
组合截面形心到槽钢中心线的距离
跨中组合截面的惯性矩及截面模量为
对支座,选用
支座处截面的惯性矩及截面模量为
3.水平次梁的强度验算
支座处弯矩最大截面模量较小,故只需检验支座处截面的抗弯强度,即
满足强度要求。
轧成梁的剪应力一般很小,故不再验算。
4.水平次梁的扰度验算
水平次梁为受均布荷载的四跨连续梁,最大扰度发生在边跨,查表得
,则
满足刚度要求
5.顶梁和底梁
顶梁和底梁也采用和中间次梁相同的截面,故也选用[20b。
五、主梁设计
(一)已知条件
(1)主梁跨度:
计算跨度
,荷载跨度
(2)主梁荷载:
(3)横隔板间隔:
3.1m。
(4)主梁容许绕度:
(二)主梁设计
1.截面选择
(1)主梁内力
(2)需要的截面抵抗矩(考虑闸门自重引起的附加应力的影响,取容许应力为
)
(3)腹板高度h0选择
为减小门槽的宽度,主梁采取变梁高形式,按刚度要求的最小梁高为
经济梁高
则选取的梁高h一般应大于
但比
稍小,选取
(4)腹板厚度选择
由经验公式
选用
(5)翼缘截面选择
每个翼缘所需截面积为
下翼缘选用
,需要
,选用
上翼缘的部分面积可利用面板,故只需设置较小的上翼缘板同面板相连,选用
面板兼做主梁上翼缘的有效宽度B可按下列二者计算,然后取较小值
下主梁与相邻两水平次梁的平均间距较小,为
由
,查表得
故面板可利用的有效宽度为
,则主梁上翼缘的总面积为
(6)弯应力强度验算
主梁跨中截面形心距面板表面的距离
截面惯性矩为
截面抵抗矩为
弯应力
弯应力强度满足要求。
(7)整体稳定与绕度验算。
因主梁上翼缘直接同钢面板相连,按《钢结构设计规范》(GB50017—2019)规定可不必验算其整体稳定性。
又因梁高大于按刚度要求的最小梁高,故梁的绕度也不必验算。
2.截面改变
因主梁跨度较大,为节约钢材,同时减小门槽宽度,决定降低主梁端部高度,取主梁支承端腹板高度为
梁高开始改变的位置取在邻近支承端的横向隔板下翼缘的外侧,若横隔板的下翼缘宽度取为200,则梁高改变位置离开支承端的距离为3100-200/2=3000
剪切强度验算:
主梁支承端截面参数
截面形心距面板表面的距离
截面下半部对中和轴的面积矩
则
剪切强度满足要求。
3.翼缘焊缝
翼缘焊缝厚度hf按受力最大的支承端截面计算。
最大剪力
,截面惯性矩
上翼缘对中和轴的面积矩
下翼缘对中和轴的面积矩
需要焊缝厚度
角焊缝
主梁上、下翼缘焊缝全长均取
4.腹板的加劲肋和局部稳定验算
加劲肋的布置:
因为
,故需设置横加劲肋,以保证腹板的局部稳定性。
因闸门上已布置横向隔板可兼作横向加劲肋,其间据a=3100mm。
腹板区格划分如图。
梁高都较大的区格,按式(5-59)验算,即
区格II左边截面的剪力
该截面的弯矩
腹板边缘的弯曲压应力
查表5-9得内插法
0.9665由a/b=310/120=2.6查表5-10得
所以
故在区段II的横隔板之间不必再增设加劲肋。
再从剪力最大的区格I来考虑
需验算。
故需局部稳定性验算。
区格Ⅰ左边最大剪力
,该截面弯矩
则腹板边缘的弯曲压应力
由a/b=310/72=4.3查表得
故在区段Ⅰ的横隔板之间不必再增设加劲肋。
六、面板参加主(次)梁工作的折算应力验算
主(次)梁截面选定后,还需要按式8-4(p276)验算面板局部弯曲与主次梁整体弯曲的折算应力。
因水平次梁的截面很不对称,面板参加水平次梁翼缘整体弯曲的应力
与其参加主梁翼缘工作的整体弯曲应力
要小的多,故只需验算面板参加主梁工作是的折算应力。
由前文的面板计算可见,直接与主梁相邻的面板区格,只有区格III所需要的板厚较大,这意味着该区格的场边中点应力也较大,所以选取区格III按式8-4验算其长边中点的折算应力。
面板区格III在长边中点的局部弯曲应力为
对应于面板区格Ⅲ的长边中点的主梁弯矩和弯应力为
面板区格Ⅲ的长边中点的折算应力为
(面板的边长比b/a=310/86=3.905>
3所以
故面板厚度选用8mm,满足强度要求。
七、横隔板(竖向次梁)设计
横隔板按支承在主梁上的双悬臂梁计算,则每道横隔板在上悬臂的最大负弯矩为
横隔板的腹板选用与主梁腹板相近,采用
,上翼缘利用面板,下翼缘采用
的扁钢。
利用面板的宽度计算
横隔板平均间距
选择较小的利用宽度
截面
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- 钢结构 课程设计 露顶式 平面 闸门 设计 word 精品 文档 14