水利水电工程钢结构课程设计 ----露顶式平面闸门
一、设计资料：
① 闸门型式：露顶式平面钢闸门
②孔口尺寸（宽?高）： 14 m ? 12 m ③上游水位： m ④下游水位： m ⑤闸底高程： 0 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 规范：《水利水电工程钢闸门设计规范SL 1974-2005》
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0.2m，故闸门高度=12+0.2=12.2（m）； 闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：L1=14m； 闸门计算跨度：L=L0+2d=14+2*0.2=14.40（m）
整个闸门的荷载为作于和闸门距离闸底H/3的P=706.32 KN/m的均布荷载
2.主梁的形式
主梁的形式根据水头和跨度大小而定，本闸门属偏大跨度，为了方便制造和维护，决定采用实腹式组合梁。 3.主梁的布置
①根据闸门的高跨比：当L小于等于H时采用多主梁形式，当L大于等于1.5H时候采用双主梁形式，根据设计资料为14*12孔口尺寸，本设计采用3根主梁 ②主梁位置的确定：
主梁位置的设计原则是根据每个主梁承受相等水压力的原则确定。
对于露顶式闸门：假定水面至门底的距离为H，主梁的个数为n，第K根主梁至水面的距离为Yk，则
Yk=2H/3√n[K1.5 -（K-1）1.5 ] 根据公式：
Y1=2*12/3√3[11.5 -（1-1）1.5 ]=4.6（m）
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1.5
1.5
Y2=2*12/3√3[2 -（2-1） ]=8.5 （m） Y3=2*12/3√3[31.5 -（3-1）1.5 ]=10.9（m）
考虑到后面梁格的布置和面板的选取将第三根主梁的位置下调0.5m 所以Y3=11.4（m）。 4.梁格的布置和形式
对于露顶式大跨度闸门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撑，水平次梁为连续梁，其间距应上疏下密，使面板各区格需要的厚度大致相等，梁格布置的尺寸详见下图 5.连接系的布置和形式
①横向连接系，根据主梁的跨度，决定布置7道横隔板，其间距为1.75m，横隔板兼做竖直次梁，
②纵向连接系，设在两两主梁下翼缘的竖平面内，采用斜杆式桁架。
6.边梁与行走支承：
边梁采用双腹式，行走支承采用滚轮
三、面板设计
根据SL74-95《水利水电工程钢闸门设计规范》，关于面板的计算，先估算面板的厚度，在主梁截面选择之后再验算面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力。 1.估算面板厚度
假定梁格的布置如上图所示。面板厚度按 T=a√(KP/0.9a[o])
当b/a小于等于3时，a=1.5则T=a√(KP/（0.9*1.5*160）)=0.068√KP 当b/a大于等于3时，a=1.4则T=a√(KP/（0.9*1.5*160）)=0.07√KP 列表计算：
面板厚度的估算 区格 I II III a(mm) 1750 1500 1500 b(mm) 3100 1750 1750 b/a 1.771429 1.166667 1.166667 6
k 0.652 0.368 0.368 p(N/mm2) √kp 0.01519 0.03773 0.05243 0.099518 0.117833 0.138904 t(mm) 12.19098 12.01898 14.16818
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1300 1100 1000 1000 900 600 1750 1750 1750 1750 1750 1750 1.346154 1.590909 1.75 1.75 1.944444 2.916667 0.419 0.462 0.484 0.484 0.495 0.75
IV V VI VII VIII IX 0.06615 0.07791 0.0882 0.098 0.10731 0.11417 0.166484 0.189722 0.206613 0.217789 0.230474 0.292622 14.71717 14.1912 14.04966 14.80964 14.10503 12.29011 如表所示，面板大的▽t在3mm范围内，所以梁格布置合理，现选用面板厚度为t=15mm
2.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按下式计算，已经面板厚度为15mm，并且近似取板中的最大弯应力为[o]=160N/mm2，则：
2
P =0.07t[o]=0.07*15*160=168 N/mm
面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力： T=VS/2I=298 N/mm2 由 hf=√（P2+T2）/（0.7*113）=11.6mm 面板与梁格连接焊缝取其最小厚度hf=12mm
四、水平次梁、底梁、顶梁的设计 1、荷载与内力计算 水平次梁和顶、底梁都是支撑在横隔板上的连续梁，作用在他们上面的水压力可按下式计算：
q = p（a上+a下）/2 列表计算：
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根据上表计算，水平次梁的计算荷载取513.741 KN/m，水平次梁为8跨连续梁，跨度为14/8=1.75m ，8跨弯矩系数选择如下图：
水平次梁弯曲时的边跨中弯矩为
M次中=0.078ql2=0.078*513.741*1.752=122.72 （KN*m） 支座B处的负弯矩：
M次B=0.105q l2=0.105*513.741*1.752=165.20（KN*m）
2.截面选择
W=M/[o]=165.2*106/160=1032500（mm3）
考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选【40c，由教材附录三表4查的： A=9105mm2 Wx=985600mm3 Ix=197112000mm4 b1=104mm d=14.5mm 面板参加次梁工作有效宽度按下式计算，然后取最小值： B<=b1+60t=104+60*15=1004(mm)
按上述中的8号梁进行计算：梁间距b=(b1+b2)/2=(1000+900)/2=950(mm) 对于第一跨中正弯矩段取L0=0.8L=0.8*1750=1400(mm),对于负弯矩段取L0=0.4L=0.4*1750=700(mm)，根据L0/b查表教材P205页表7-1 对于L0/b=1400/950=1.47得&1=0.56则B=&1*b=0.56*950=532(mm) 对于L0/b=700/950=0.74得&2=0.22则B=&2*b=0.22*950=209(mm) 对第一跨中选用B=532mm，则水平次梁的组合截面面积为 A=9105+532*15=17130 mm2 组合截面形心到槽钢的中心线距离为：
e=532*15*207.5/17130=96.66(mm)
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跨中组合截面的惯性矩及截面模量为：
I次中=197112000+9105*96.662+532*15*110.842=380640208.4 mm4
Wmin=380640208.4/296.66=1283085 mm3
对于支座B选B=209(mm)，则组合截面面积为： A=9105+209*15=12240 mm2 截面形心到槽钢的中心线距离为：
e=209*15*207.5/12240=53.15(mm) 支座处组合截面的惯性矩及截面模量：
I次B= 197112000 +9105*53.152 +209*15*602 =234118919.4 mm4 Wmin=234118919.4/253.15=1069951.9 mm3
3.水平次梁的强度验算
由于支座B处弯矩最大，而截面模量较小，故只需验算支座B处抗弯强度，即： O次=M次B/Wmin=165.2*106/1069951.9=154.40（N/mm2）<[o]=160 N/mm2 说明水平次梁选用【40c满足要求。 4.水平次梁的挠度验算 受均布荷载的等跨连续梁，最大挠度发生在跨边，由于水平次梁在B支座处截面的弯矩为MB次=165.2（KN*m），则边跨挠度可近似计算：
w/l=5*ql3/(384*EI次)-M次B*l/16EI次
=5*513.74*(1.75*103)/(384*206000*380640208.4)- 165.2*106*1.75*103/(16*206000*380640208.4) =0.000564<0.004
故水平次梁选用40c满足强度刚度要求 5.顶梁和底梁
顶梁所受荷载较小，但考虑水面漂浮物的撞击影响，必须加强顶梁刚度，所以也采用【40c。
底梁也采用【40c。
五、主梁的设计 1.设计资料
①主梁的跨度：孔口尺寸L0=12m，计算跨度L=L0+2d=12.4m，荷载跨度L1=12m ②主梁荷载：由于第三根主梁位置下调，故将第三根主梁作为设计依据：
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