模板潜孔式平面钢闸门设计.docx

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模板潜孔式平面钢闸门设计

一、设计资料及有关规定2

二、闸门结构的形式及布置2

三、面板设计3

四、水平次梁、顶梁和底梁地设计4

五、主梁设计7

六、横隔板设计10

七、纵向连接系11

八、边梁设计11

九、行走支承设计13

十、轨道设计14

十^一、止水布置方式14

十二、埋固构件15

十三、闸门启闭力15

十四、闸门的启闭机械15

、设计资料及有关规定

1、闸门形式：

潜孔式平面钢闸门

2、孔口尺寸（宽X高）：

5.0mx5.0m

3、上游水位：

45m

4、下游水位：

0m

5、闸底咼程：

0m

6、启闭方式：

电动固定式启闭机

7、材料：

钢结构：

Q235-A.F

焊条：

E43型

行走支承：

采用滚轮支承

止水橡皮：

侧止水和顶止水用P型橡皮，底止水用条型橡皮

&制造条件：

金属结构制造厂制造，手工电弧焊，满足川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》

、闸门结构的形式及布置

1、闸门尺寸的确定

闸门高度：

顶止水△H=0.2m，故闸门高度5.2m

闸门的荷载跨度为两止水的间距：

5.0m

闸门计算跨度：

5+2X0.2=5.4（m）

设计水头：

45m

2、主梁的数目及形式

主梁是闸门的主要受力构件，其数目主要取决于闸门的尺寸。

因为闸门跨度L=5m,闸门高度h=5m,L

所以闸门采用6根主梁。

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

本闸门为高水头的深孔闸门，主梁的位置可按主梁均匀间隔来布置。

设计时按最下面的那根受力最大的主梁来设计，各主梁采用相同的截面尺寸。

4、梁格的布置及形式

梁格采用复式布置与等高连接，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，其间距应均匀，以减少计算量。

5、连接系的布置与形式

（1）横向连接系，根据主梁的跨度，决定布置5道横隔板，其间距为1.24m，横隔板兼作竖直次粱。

（2）纵向连接系，采用斜杆式桁架。

三、面板设计

根据《钢闸门设计规范S74—95》关于面板的设计，先估算面板厚度，在主梁截面选择以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2所示。

面板厚度按下式计算

当b/W3寸，a=1.5,则

当b/a>3时，a=1.4,则

现列表1计算如下:

表1

区格

a（mm）

b（mm）

b/a

k

p[N/mm2]

—

t（mm）

1

910

1230

1.35

0.510

0.544

0.527

32.61

2

910

1230

1.35

0.429

0.554

0.488

30.20

3

910

1230

1.35

0.429

0.564

0.492

30.44

4

910

1230

1.35

0.429

0.573

0.496

30.69

5

910

1230

1.35

0.429

0.583

0.500

30.94

6

910

1230

1.35

0.429

0.593

0.504

31.19

7

910

1230

1.35

0.429

0.603

0.509

31.50

8

910

1230

1.35

0.429

0.613

0.513

31.74

9

910

1230

1.35

0.429

0.622

0.517

31.99

10

910

1230

1.35

0.429

0.632

0.521

32.24

11

910

1230

1.35

0.429

0.642

0.525

32.49

12

860

1230

1.43

0.539

0.652

0.593

34.68

根据上表计算，选用面板厚度t=35mm

2、面板与梁格的连接计算

已知面板厚度t=35mm，并且近似地取板中最大弯应力maxN/mm2,则面板

局部扰曲时产生的垂直于焊缝长度方向的横向拉力P为：

Pmax=0.07X35X160=392（N/mm）

面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力：

3

3N/mm

3

面板与主梁连接的焊缝厚度：

P333mm

角焊缝最小厚度：

3mm

面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度mm

四、水平次梁，顶梁和底梁地设计

1、荷载与内力验算

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，即

上下

现列表2计算如下

表2

梁号

梁轴线处水压力强度P

（kN/mm2）

梁间距

上下

上下

（m）

（m）

（kN/m）

1（顶梁）

539

0.5075

273.5

1.015

2（主梁）

548.9

1.015

557.1

1.015

3（水平次梁）

558.9

1.015

567.3

1.015

4（主梁）

568.8

1.015

577.3

1.015

5（水平次梁）

578.8

1.015

587.5

1.015

6（主梁）

588.7

1.015

597.5

1.015

7（水平次梁）

598.7

1.015

607.7

1.015

8（主梁）

608.6

1.015

617.7

1.015

9（水平次梁）

618.6

1.015

627.9

1.015

10（主梁）

628.5

1.015

637.9

1.015

11（水平次梁）

638.5

1.015

648.1

1.015

12（主梁）

648.4

0.990

641.9

0.965

13（底梁）

657.9

0.4825

317.4

由列表计算后得

刀N/m

根据上表计算，水平次梁计算荷载取648.1kN/m，水平次梁为6跨连续梁，跨度为1.24m,水平次梁弯曲时的边跨弯距为：

M次中二0.072ql2=0.072X648.1X12=41.9（kNm）支座B处的负弯距：

M次b=0.106ql2=0.106X648.1X1.=405.4（kNm）

q=648.1kNm

iunrIifurIIirir1IIirirIIirirIIIirIIIIIIIirJIjJrJII\tirirIIirirII

图；面板参加水平次粱后工作截面

（mm）

mm

考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选［36a,由附录三表4查得：

A=6089mm2；Wx=659700mm3；lx=118742000mm4；bi=96mm；d=9mm

面板参加次梁工作的有效宽度分别按下式计算，然后取其中较小值。

B

BEib（对跨间正弯距段）

BE2b（对支座负弯距段）

按11号梁计算，梁间距

bb

bmm

对于第一跨中正弯距段：

10=0.81=0.8X1240=992（mm）

对于支座负弯距段：

b=0.4l=0.4X124&496（mm）

根据b/b查表7-1:

对于l0/b=992/1015=0.997得8=0.40，得BEb=406（mm）对于l0/b=496/1015=0.489得8=0.16，得B8b=162.4（mm）对第一跨中选用B=406mm,则水平次梁组合截面面积（如图）：

A=6089+406X35=21199（mm2）

组合截面形心到槽钢中心线得距离：

33mm

跨中组合截面的惯性距及截面模量为：

I次中=118742000+6089X1322+406X35X6525=285801188（mm4）

mm

3

对支座段选用B=162.4mm，则组合截面面：

A=6089+162.4V5=11773（mm2）

组合截面形心到槽钢中心线得距

3

mm

3

支座初组合截面的惯性距及截面模量为：

惯性距：

次中3

333mm

截面模量：

333

mm

3.水平次梁的强度验算

由于支座B处弯距最大，而截面模量较小，故只需验算支座B处截面的抗弯强度,

NmmN/mm

次中

3NmmNmm

说明水平次梁选用［36a满足要求。

轧成梁的剪应力一般很小，可不必验算。

4•水平次梁的挠度验算

B支座处截面的弯距

受均布荷载的等跨连续梁，最大挠度发生在便跨，由于水平次梁在已经求得M次b=N?

m,则边跨挠度可近似地按下式计算：

<———

故水平次梁选用［36a度和刚度要求。

五、主梁设计

（1）设计资料

（1）主梁跨度：

净跨（孔口净宽）Lo=7.0m;计算跨度L=7.44m;荷载跨度Li=7m;

（2）主梁荷载：

N/m

（3）横向隔板间距：

1.24m

（4）主梁容许挠度：

［W］=L/600

（2）主梁设计

1、截面选择

（1）弯距和剪力。

弯距与剪力计算如下：

弯距：

——-3N/m

剪力：

——-N

（2）需要的截面抵抗距：

已知Q235钢的容许应力N/mm2，考虑钢闸门自重引起附

加应力的影响，取容许应力N/mm2则需要的截面抵抗矩为：

3

m

（3）腹板高度选择：

按刚度要求的最小梁高（变截面梁）为：

经济梁高：

33

由于钢闸门中的横向隔板重量将随主梁增高而增加，故主梁高度宜选得比hec为小，但不小

于hmin。

现选用腹板厚度ho=240cm。

（4）腹板厚度选择

选用tw=4cm

（5）翼缘截面选择：

每个翼缘需要截面为

下翼缘采用ti=2cm（符合钢板规格）

需要b3m，选用bi=60cm（在h/2.5~h/5=96~48之间）。

上翼缘的部分截面积可利用面板，故只需设置较小的翼缘板同面板相连，选用ti二2cm,

bi=14cm，

（6）弯应力强度验算截面形心距：

刀m

截面惯性距：

m

截面抵抗距：

上翼缘顶边

—m

下翼缘底边

—m

弯应力：

3

3

N/m

表3

部位

截面尺寸（cm汇cm）

截面面积

A（cm2）

各型心离面板表面距离

'（cm）

f

（cm3）

各型心离中和轴距离

'-y1（cm）

Ay2（cm4）

面板部分

224X3.5

784

1.75

1372

-78.35

P4812758

上翼缘

14X2

28

4.5

126

-75.6

1600301

腹板

240X4

960

125.5

120480

45.4

1978714

下翼缘

60X2

120:

246.5

29580

166.4

P3322675]

合计

1892

151558

10274177

（7）因主梁上翼缘直接同面板相连，可不必验算整体稳定性，因梁高大于按高度要求

主梁支承端截面

（单位二cm）

部位

截面尺寸（cmxcm）

截面面积

A（cm2）

各型心离面板表面距离

'（cm）

f

（cm3）

各型心离中和轴距离

-y1（cm）

Ay2（cm4）

面板部分

P224X3.51

784

1.75

1372

-40.85:

13082781

上翼缘

14X2

28

4.5

126

-38.1

40645

腹板

144X4

576

77.5

44640

43.9

701573

下翼缘

「60X2n

120

150.5

P18060

107.9「

13970891

合计

1508

64198

3447585

截面形心距:

m

截面惯性距：

3

33m

截面下半部对中和轴的面积距：

一33m

剪应力：

33

N/mN/m

3

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。

Vmax=4184.6kN。

lo=4442913cm4,

上翼缘对中和轴的面积距：

Si=784X40.8升28X38.1=33093（cm3）下翼缘对中和轴的面积距：

S2=120X107.9=12948（cm3）

需要

333

mmm

33

mm

角焊缝最小厚度_—

全梁的上下翼缘焊缝都采用hf=21mm

4、腹板的加劲肋

加劲肋的布置：

因，故不需要设置横向加劲肋。

5、面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力的验算取面板区格12验算其长边中点的折算应力计算

3

3N/mm

33N/mm

面板区格12的长边中点的主梁弯矩和弯应力

33Nm

一N/mm

该区格长边中点的折算应力

Nmm

N/mm

故面板厚度选用35mm满足强度要求。

六、横隔板设计

1、荷载和内力计算

横隔板同时兼作竖直次粱，主要承受水平次粱、底梁和顶梁传来的集中荷载以及面板传来的分布荷载，则每片横隔板在上悬臂的最大负弯矩为：

mm

截面模量:

3mm

3

验算应力：

3N

3mm

由于横隔板截面高度较大，剪切强度更不必验算，横隔板翼缘焊缝采用最小焊缝厚度

mm，选取hf=8mm。

七、纵向连接系

1、荷载和内力计算

纵向连接系承受闸门自重。

潜孔式平面钢闸门门叶自重按下式计算

33

N

则下游纵向连接系承受0.4G=464KN

纵向连接系视作平面简支桁架，其结点荷载为

33N

斜杆承受的最大的拉力为305KN，同时考虑闸门偶然扭矩时可能造成的压力，故细

长比的限制应该与压杆相同。

即<

选用单角钢L110X12由附录三表2查得：

截面面积A=25.2cm2

回转半径iy0=21.5cm

斜杆计算长度

m

长细比

3

验算拉杆强度

3

Nmm33Nmm

八、边梁设计

由于深孔大孔口，行走支承采用滚轮式。

所以这里用双腹式组合边梁。

边梁的截面尺寸按构造要求确定，梁高1460mm，上翼缘直接采用面板，下翼缘用150mmX20mm的扁钢做成。

腹板厚度40mm。

边梁是闸门的重要受力构件，由于受力情况复杂，做设计时将容许应力值降低20%作为考虑受扭影响的安全储备。

1、荷载和内力计算

滚轮采用等荷载布置，在每个边梁上分别布置6个大小相等的主轮。

每个主轮位于主梁后面。

每个主轮受力为2092.3kN。

具体计算根据结构力学求解器。

最大弯矩Mmax=2092.3kN/m

最大剪力Vmax=4184.6kN

最大轴向力为作用在边梁上的一个起吊力，估为2300kN

在最大弯矩作用截面上轴向力为：

N=2300-4184.6X0.仁1881.5kN

mm

33mm

2、边梁强度验算

截面面积3

yi=700mm

上半部分对中和轴的面积矩

33

下半部分对中和轴的面积矩

Nmm<333Nmm

Pi:

一个轮子的计算压力，N；b、R:

轮缘宽度和轮半径，mm；

E:

材料的弹性模量，N/mm2;fy：

屈服强度，N/mm2。

轴和轴套间接触应力：

P3

Nmm

b

d:

轴的直径，mm；b1:

轴套的工作长度，mm；

eg]:

滑动轴套的容许应力，N/mm2。

轮轴与轴承板间局部承压应力

N

Nmm

N:

轴承板所受的压力（N=Pi/2）以上计算均满足强度要求。

十、轨道设计

滚轮荷载R=2092.3kN,混凝土为C25,其h]=9N/mm2。

轨道材料为35Mn2,轨道选156c,

由附录三表4查得：

Wx=2551400mm3；lx=714300000mm4；b=170mm；tw=16.5mm；h=560mm

1、轨道底板混凝土承压应力：

mm

Nmm

P3

b

2、轨道局部承压应力：

Nmm

故满足要求

卜一、止水布置方式

侧向止水采用P型橡皮，顶止水采用P型橡皮，底止水采用条形橡皮,

布置方式如图

十三、闸门启闭力

闸门自重G=1160kN

滚动摩擦阻力

33N

型号表示方法

QPKY系列快速闸门液压启闭机基本参数

序

号

参数

型号'、、、

持住力

Fg（KN）

启门力

Fq（KN）

最大行程

Lman

（m）

缸内径

D

（mm）

活塞杆直径

d

（mm）

缸内计算压力

Fg/Fq

（MPa）

速度

Vg/Vq

（m/min）

1

QPKY-60/60-8*

60

60

8.0

100

50

9.99/9.99

2

QPKY-80/80-8*

80

80

8.0

110

60

10.39/10.39

3

QPKY-100/100-8*

100

100

8.0

125

63

10.7/10.7

4

QPKY-125/125-8*

125

125

8.0

140

70

10.6/10.6

5

QPKY-160/160-8*

160

160

8.0

160

70

9.7/9.7

6

QPKY-200/200-8*

200

200

8.0

180

90

10.29/10.29

7

QPKY-250/250-8*

250

250

8.0

200

100

10.4/10.4

8

QPKY-320/320-11.5*

320

320

11.5

220

100

10.33/10.33

9

QPKY-400/400-11.5*

400

400

11.5

250

110

10.0/10.0

10

QPKY-500/250-11.5*

500

250

11.5

300

120

10.39/5.28

11

QPKY-630/320-11.5*

630

320

11.5

300

120

10.39/5.28

Vg=

12

QPKY-800/400-11.5*

800

400

11.5

320

140

12.1/6.05

3.0〜8.5

13

QPKY-1000/500-11.5*

1000

500

11.5

320

140

15.09/7.55

Vq=

14

QPKY-1250/630-11.5*

1250

630

11.5

340

150

16.76/8.4

0.25〜1.0

15

QPKY-1600/800-11.5*

1600

800

11.5

360

150

18.65/9.33

16

QPKY-2000/1000-11.5*

2000

100

11.5

400

150

18.16/9.1

17

QPKY-2500/1250-11.5*

2500

1250

11.5*

450*

180

18.4/9.2*

18

QPKY-3200/1600-12

3200

1600

12.0

450

220

26.5/13.25

19

QPKY-4000/2000-14.5

4000

2000

14.5

500

250

27.1/13.6

20

QPKY-4500/2500-15.0

4500

2500

15.0

560

280

24.4/13.5

21

QPKY-5000/2500-16.0

5000

2500

16.0

600

300

23.6/11.8

22

QPKY-6300/3150-16.0

6300

3150

16.0

630

300

26.2/13.1

23

QPKY-8000/4000-17.0

8000

4000

17.0

710

350

26.7/13.35

24

QPKY-10000/5000-17.0

10000

5000

17.0

800

350

24.6/12.3

注：

*为修改后的数据

QPKY系列快速闸门液压启闭机机座

i=LHa+：

i+t2

液压缸结构图

课程设计成绩评定表

学习态度（15）

技术水平与实际能力（25）

说明书、图纸质量（60）

总成绩评定：

3mm

截面惯性距：

1=3.31176X10（mm34）

截面模量：

33

mm

33

截面边缘最大应力验算：

N3