潜孔式平面钢闸门设计

潜 孔 式 平 面 钢 闸 门 设 计工程概况：：闸门是用来来关闭、开开启或者者局部开开启水工工建筑物物中过水水孔口的的活动结结构其其主要作作用是控控制水位位、调节节流量闸闸门是水水工建筑筑物的重重要组成成部分，它它的安全全与适用用，在很很大程度度影响着着整个水水工建筑筑物的原原行效果果设计目录：：1. 水工工刚结构构潜孔式式焊接平平面钢闸闸门设计计计算书书11（1）设计计资料及及有关规规定1（2）闸门门结构的的形式及及布置1 <1>>闸门尺尺寸的确确定1 <22>主梁梁的布置置1（3）面板板设计2 （4）水平平次梁、顶顶梁和底底梁地设设计3（5）主梁梁设计6（6）横隔隔板设计计8（7）边梁梁设计9（8）行走走支承设设计10（9）胶木木滑块轨轨道设计计11（10）闸闸门启闭闭力和吊吊座验算算112. 水工工刚结构构潜孔式式焊接平平面钢闸闸门设计计图附图）水工刚结构构潜孔式式焊接平平面钢闸闸门设计计计算书书一、设计资资料及有有关规定定：1. 闸门形式：：潜孔式焊接接平面钢钢闸门2.孔的性质：深孔形式3.材料：：钢材：Q2235焊条：E443；手手工电焊焊；普通通方法检检查。

止水：侧止止水用PP型橡皮皮，底止止水用条条型橡皮皮行走支承：：采用胶胶木滑道道，压合合胶布用用MCSS—2砼强度等级级：C220启闭机械：：卷扬式式启闭机机4.规范：： 水利利水电工工程刚闸闸门设计计规范（SSL744-955），中中国水利利水电出出版社119988.8二、闸门结结构的形形式及布布置（一） 闸门尺寸的的确定（图1示示）1.闸门孔孔口尺寸寸：孔口净跨：：3.550m孔口净高：：3.550m闸门高度：：3.666m闸门宽度：：4.220m荷载跨度：：3.666m计算跨度：：3.990m2.计算水水头：550.000m二） 主梁的布置置1.主梁的的数目及及形式 主主梁是闸闸门的主主要受力力构件，其其数目主主要取决决于闸门门的尺寸寸因为为闸门跨跨度L==3.550m,,闸门高高度h==3.666m,,L

设设计时按按最下面面的那根根受力最最大的主主梁来设设计，各各主梁采采用相同同的截面面尺寸3.梁格的的布置及及形式梁格采用复复式布置置与等高高连接，水水平次梁梁穿过横横隔板所所支承水水平梁为为连续梁梁，间距距应上疏疏下密，使使面板个个区格需需要的厚厚度大致致相等，布布置图22示三、面板设设计根据《钢闸闸门设计计规范SSDJ——78（试试行）》关关于面板板的设计计，先估估算面板板厚度，在在主梁截截面选择择以后再再验算面面板的局局部弯曲曲与主梁梁整体弯弯曲的折折算应力力1.估算面面板厚度度 假定定梁格布布置尺寸寸如图22所示面面板厚度度按下式式计算t=a 当bb/a≤≤3时，aa=1..65,,则t==a=00.0665 当bb/a >3时时，a==1.555,则则t=aa=0..0677现列表1计计算如下下：表1区格a(mm))b(mm))b/akP[N/mmm2]t(mm))Ⅰ4059652.38330.73220.490.6013.7995Ⅱ3459652.800.500.490.5011.21125Ⅲ3459652.800.740.490.6013.4555根据上表计计算，选选用面板板厚度tt=144mm 。

2.面板与与梁格的的连接计计算已知面板厚厚度t==14mmm ,并并且近似似地取板板中最大大弯应力力σmaxx=[σσ]=1160NN/mmm2,则p=0.007х14х1600=1556.88.2NN/mmm ,面板与主梁梁连接焊焊缝方向向单位长长度内地地应力：：T＝=面板与主梁梁连接的的焊缝厚厚度：，面板与梁格格连接焊焊缝厚度度取起最最小厚度度四、水平次次梁，顶顶梁和底底梁地设设计1.荷载与与内力地地验算水平次梁和和顶，底底梁都时时支承在在横隔板板上地连连续梁，作作用在它它们上面面的水压压力可按下式计算算，即q=p现列表2计计算如下下：表2梁号梁轴线处水水压力强强度P（kN/mmm2）梁间距（mm）（m）q=p(kN/mm)1(顶梁))454.1130.2255115.8800.512（主梁）459.1130.48220.3380.453（水平次次梁）463.5540.45208.5590.454（主梁）467.9950.45210.5580.455（水平次次梁）472.3360.45212.5560.456（主梁）476.4470.45214.4410.457（水平次次梁）481.1180.45216.5530.458（主梁）485.5590.45218.5510.459（底梁）4900.2255110.225∑＝17227.661kNN/m 根据上表计计算，水水平次梁梁计算荷荷载取2216..53kkN/mm，水平平次梁为为4跨连连续梁，跨跨度为00.900m，水水平次梁梁弯曲时时的边跨跨弯距为为: M次中中＝0..0777ql22=0..0777х2166.533х0.997522=155.855kN∙∙m支座B处的的负弯距距：M次B＝00.1007qll2=0..1077х2166.533х0.997522=222.02248kkN∙m 2.截面面选择W=mm33 考虑利用面面板作为为次梁截截面的一一部分，初初选［18bb,由附附录三表表四查得得：A=29229mmm2 ; WWx=15222000mm33 ; IIx=1366990000mmm4 ; b11=70mmm ;; dd=9mmm 。

面板参加次次梁工作作的有效效宽度分分别按式式6—11及及式6——12计计算，然然后取其其中较小小值 式：66—11 B≤≤b1++60tt=700+600Х14=9100mm ;; 式：66—12 B==ζ1b (对对跨间正正弯距段段) BB=ζ2b （对支支座负弯弯距段） 梁梁间距bb= 对对于第一一跨中正正弯距段段l0=0.88l=0.88Х9755=7880mmm ;对对于支座座负弯距距段l0=0.44l＝0.44Х9755＝3990mmm 根据l0//b查表表6—1： 对对于l0/b＝＝7800/9000＝00.8667 得ζ1＝0..40 ，得BB=ζ1b＝00.400Х9000＝3660mmm , 对对于l0/b＝＝3900/9000＝00.4330 得ζ2＝0..16 ，得BB=ζ2b＝00.166Х9000＝1444mmm ,对第一跨中中选用BB＝3660mmm,则水水平次梁梁组合截截面面积积（例图图4）:A=29229+3360ХХ14=69661mmm2 ;组合截面形形心到槽槽钢中心心线得距距离：e==655mm ;跨中组合截截面的惯惯性距及及截面模模量为：：I次中＝11369990000+229299Х652+3660Х14Х352＝2966621171mmm4Wmin==对支座段选选用B＝＝1444mm，则则组合截截面面积积：A==29229+1144ХХ14=45992mmm2 ;组合截面形形心到槽槽钢中心心线得距距离：e==355mm支座初组合合截面的的惯性距距及截面面模量为为：I次B＝11369990000+229299Х432+1444Х14Х352＝2366803365..8mmm4Wmin== 3.水平平次梁的的强度验验算由于支座BB处（例例图3）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，即σ次＝说明水平次次梁选用用[188b满足足要求。

轧成梁梁的剪应应力一般般很小，可可不必验验算4.水平次次梁的挠挠度验算算 受均布荷荷载的等等跨连续续梁，最最大挠度度发生在在便跨，由由于水平平次梁在在B支座座处截面面的弯距距已经求求得M次次B=222.002488kN∙∙m,则则边跨挠挠度可近近似地按按下式计计算： ＝ ＝00.00002≤≤ 故故水平次次梁选用用[188b满足足强度和和刚度要要求五、主梁设设计(一)设计计资料1）主梁跨跨度：净净跨（孔孔口净宽宽）l0＝3.55m ；；计算跨跨度l＝3.99m ；；荷载跨跨度l1＝3..66mm 2）主梁荷荷载：33) 横横向隔板板间距：： 0..9755m 4）主梁容容许挠度度： [[W]==L/7750 二）主梁梁设计1.截面选选择（1） 弯距和剪力力 弯距与与剪力计计算如下下：弯距： 剪力： 需要的截面面抵抗距距 已知AA3钢的的容许应应力[σσ]=1160NN/mmm2 ,,考虑钢钢闸门自自重引起起附加应应力的影影响，取取容许应应力[σ]= 则需要要的截面面抵抗矩矩为；[ W]== （3）腹板板高度选选择 按刚刚度要求求的最小小梁高（变变截面梁梁）为：经济梁高：： 由于钢闸门门中的横横向隔板板重量将将随主梁梁增高而而增加，故故主梁高高度宜选选得比hhec为小小，但不不小于hhminn。

现选选用腹板板厚度hh0＝90cmm 4)腹板板厚度选选择选用tw＝＝1.00cm 5)翼缘缘截面选选择：每每个翼缘缘需要截截面为下翼缘选用用t1＝2.00cm（符符合钢板板规格），需需要取BB1＝30ccm,上翼缘缘的部分分截面积积可利用用面板，故故只需设设置较小小的翼缘缘板同面面板相连连，选用用t1＝2.00cm，bb1＝16cmm，面板兼兼作主梁梁上翼缘缘的有效效高度为为B＝bb1+600t＝116+660Х1.44＝1000cm 上翼缘截面面面积AA1=188Х2.00+1000Х1.44=1722cm2 6)弯应应力强度度验算截面形心距距：截面惯性距距：截面抵抗距距：上翼翼缘顶边边 下翼翼缘底边边 弯应力：安安全表3部位截面尺寸（cmХccm）截面面积AA(cmm2)各型心离面面板表面面距离yy′（cmm）Ay′（cm3）各型心离中中和轴距距离y=y′--y1(cmm)Ay2(cm4))面板部分100Х11.4140.000.7980-27.2211035778上翼缘16Х2..032.02.476.8-25.55208088腹板90Х1..090.043.4390615.5192200下翼缘30Х2..060.084.4506456.51914005合计3129926..83350111（7）因主主梁上翼翼缘直接接同面板板相连，可可不必验验算整体体稳定性性，因梁梁高大于于按高度度要求的最小梁高高，故梁梁的挠度度也不必必验算。

2. 截面改变因主梁跨度度较大，为为减小门门槽宽度度与支承承边梁高高度（节节约钢材材），有有必要将将主梁承承端腹板板高度减减小为考考虑到主主梁端部部腹板及及翼缘相相焊接，故故可按工工字截面面梁验算算应力剪剪力强度度尺寸寸表4所所示：表4部位截面尺寸（cmХccm）截面面积AA(cmm2)各型心离面面板表面面距离yy′（cmm）Ay′（cm3）各型心离中中和轴距距离y=y′--y1(cmm)Ay2(cm4))面板部分100Х11.4140.000.7980-27.2211035778上翼缘16Х2..032.02.476.8-25.55208088腹板54Х1..054.043.42343..615.5192200下翼缘30Х2..060.050.6443038..456.51914005合计2868710..83350111 因误差未超超过100％，安安全3.翼缘焊焊缝翼缘焊缝厚厚度hff按受力力最大的的支承端端截面计计算VVmaxx＝7900kNII0=131122ccm4，上翼缘对中中和轴的的面积距距：S11=32..0Х25..5+1400Х27..2=46224cmm3，下翼缘对中中和轴的的面积距距：S22=60Х56.55＝33900cm3

全梁的上下下翼缘焊焊缝都采采用hff＝8mmm 4.加筋肋肋验算因不需设置置横向加加劲肋闸闸门上已已布置横横向隔板板可兼作作横加劲劲肋，其其间距aa＝0..9755m 腹板板区格划划分见图图25.取面板板区格ⅢⅢ验算其其长边点点的折算算应力 a=4500-800-900=2880mmm,面板区格ⅢⅢ的长边边中点的的主梁弯弯距和弯弯应力该区格长边边中点的的折算应应力 ＝ 故面板厚度度选用114mmm满足强强度要求求 六、横隔板板设计1.荷载和和内力计计算 如图所所示水平平次梁为为4跨均均布连续续梁，RR可看作作它所受受的最大大剪力，由由规范表表查知：：作用于于竖直次次梁上由由水平荷荷载传递递的集中中荷载：： 取qq＝q次次2.横隔板板和截面面选择和和强度验验算腹板选用与与主梁腹腹板同高高，采用用8000Х10mmm，上上翼缘利利用面板板，下翼翼缘采用用2000mmХХ8000mm的的扁钢，上上翼缘可可利用面面板的宽宽度公式式按式BB＝ζ1b确确定查查表得ζζ1＝00.3669 ，B=0.3369××9755=3660mmm，取BB＝3660mmm 。

计计算如下下图所示示截面几几何特性性截面型型心到腹腹板中心线距离离： ＝61mmm截面面惯性距距： ，验算应力：： 由于横隔板板截面高高度较大大，剪切切强度更更不必验验算，横横隔板翼翼缘焊缝缝采用最最小焊缝缝厚度hhf＝6mmm 七、边梁设设计边梁的截面面形式采采用单腹腹式，如如下图，边边梁的截截面尺寸寸按构造造要求确确定，即即截面高高度与主主梁端部部高度相相同，腹腹板厚度度与主梁梁腹板厚厚度相同同，为了了便于安安装压合合胶木滑滑块，下下翼缘宽宽度不宜宜小于3300mmm 边梁是闸门门的重要要受力构构件，由由于受力力情况复复杂，故故在设计计时将容容许应力力值降低低20％％作为考考虑受扭扭影响的的安全储储备1.荷载和和内力计计算在闸闸门每侧侧边梁上上各设44个胶木木滑块，其其布置如如下图：： （1）水平平荷载 主要是主梁梁传来的的水平荷荷载，还还有水平平次梁和和顶，底底梁传来来的水平平荷载，为为了简化化起见，可可假定这这些荷载载由主梁梁传给边边梁，每每个边梁梁作用于于边梁荷荷载为RR＝7990kNN（2） 竖向荷载有闸门自重重，滑道道摩阻力力，止水水摩阻力力，起吊吊力等。

上滑块所受受压力：：，下滑块所受受压力：：， ,最大阻力为为作用于于一个边边梁上的的起吊力力，估计计为6550kNN，有NN＝6550kNN进行强强度验算算， ,2.边梁强强度验算算截面面积 截面边缘最最大应力力验算：：腹板最大剪剪应力验验算：腹板与下翼翼缘连接接处则算算应力验验算：， 均满足强度度要求八、行走支支承设计计胶木滑块计计算：下下滑块受受力最大大，起值值为R＝＝15880kNN，设滑滑块长度度为3550mmm，则滑滑块单位位长度承承受压力力由表22查得轨轨顶弧面面半径RR=2000mmm，轨头头设计宽宽度为bb＝400mm，胶胶木滑块块与规定定弧面的的接触应应力验算算：九、胶木滑滑块轨道道设计1. 确定轨道底底板宽度度轨道底板宽宽度按砼砼承压强强度确定定，查表表得：砼砼允许承承压应力力为[σσ]＝77N/mmm2 ，则所所需轨道道底板宽宽度为：： 取BBh＝3350mmm， 故轨道道底面压压应力：： 2.确定轨轨道底版版厚度轨道底板厚厚度δ按其弯弯曲强度度确定，轨轨道底版版的最大大弯应力力：轨道底板悬悬臂长度度C＝1102..5mmm，对于于A3查查表得[[σ]＝1100NN/mmm2 ，故：，故tt＝500mm 。

十、闸门启启闭力和和吊座验验算1.启门力力：T启＝1.11G+11.2((T2dd+T2ss)+PPx G=00.0222K11K2K3A1.334Hs0.663Х9.88其中，A==3.55Х3.55=122.255mm22 ,可可查知：：系数KK1,K2,K3，均取取为1..0 ，∴G=0..0222Х1.00Х1.00Х1.00Х12..2511.344Х500..63ХХ9.88=800.1kkN ，滑道摩阻力力：止水摩阻力力：因橡皮止水水与钢板板间摩擦擦系数ff＝0..65， 橡皮止水受压宽度取为b＝0.06m，每边侧止水水受压长长度H＝＝3.666m ，侧止止水平均均压强：：下吸力Pxx底止水水橡皮采采用I1110——16型型，其规规格为宽宽16mmm，长长1100mm，底底止水沿沿门跨长长3.99m，根根据规范范SDJJ13——78，启启门时闸闸门底缘缘平均下下吸强度度一般按按20kkN/mm2计算算，则下下吸力：：故闸门启门门力：2.闭门力力：3.吊轴和和吊耳板板验算（1） 吊轴 采用3号钢钢，由第第一章表表1—9查得得[τ]=665n//mm22,采用用双吊点点，每边边启吊力力为：吊轴每边剪剪力：需吊轴截面面积：由由有：d≥取d＝＝1000mm，（2） 吊耳板强度度验算 按局部紧接接承压条条件，吊吊耳板需需要厚度度按下式式计算，查查表1——9得AA3得[[σcj]==80NN/mmm,∴t固在边边梁腹板板上端部部的两侧侧各焊一一块为445mmm的轴承承板。

轴轴承板采采用圆形形，其直直径取为为3d＝＝3Х1000＝3000mmm，吊耳孔壁拉拉应力计计算：，吊耳板直直径R==1500mm,,轴孔半半径Y==50mmm，由由表1——9查得得：[σσk]=1120NN/mmm2，故孔孔壁拉应应力：，满足要求求。