钢结构课程设计-露顶式焊接平面钢闸门.docx

钢结构课程设计-露顶式焊接平面钢闸门 课程设计(综合实验)报告 ( 201 -- 201 年度第 学期) 名 称：水工钢结构课程设计 题 目：露顶式焊接平面钢闸门 院 系： 学院 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数： 1—2周 成 绩： 日期：201 年 月 日 根据闸门的高跨比,决定采用双主梁.为了使两个主梁在设计水位时所受到的水压力相等,两个主梁的位置应对称于水压力合力的作用线y=H/3=2.0m例图7—1)，并要求下悬臂a≥0.12H和a≥0.4m、上悬臂c≤0.45H，今取 a=0.7m≈0.12H=0.72m 主梁间距：2b=2(y-a)=2×1.3=2.6m 则 c=H-2b-a=6-2.6-0.7=2.7m=0.45H(满足要求) 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，其间距应上疏下密，使面板各区格所需要的厚度大致相等，梁格的布置具体尺寸见例图7-2。 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3道横隔板，其间距为2.6m，横隔板兼做竖直次梁。 （2）纵向连接系，设在两个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。 边梁采用单复试，行走支承采用滚轮支承。 例图7-2 梁格布置尺寸图（单位;mm） 三、面板设计 根据SL74-1995《水利水电工程钢闸门设计规范》修订送审稿，关于面板的计算，先估算面板厚度，在主梁界面选择之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例图7-2所示，面板厚度按下式计算： t=a 当b/a≤3时，=1.5，则t= 当b/a＞3时，=1.4,则t= 现列例表7-1计算如下: 例表7-1 面板厚度的估算 区格 a (mm) b (mm) b/a k P (N/mm2) kp t (mm) Ⅰ 1650 2590 1.57 0.584 0.007 0.064 7.18 Ⅱ 1010 2590 2.57 0.500 0.021 0.102 7.01 Ⅲ 860 2590 3.01 0.500 0.031 0.125 7.50 Ⅳ 770 2590 3.37 0.500 0.040 0.142 7.65 Ⅴ 690 2590 3.75 0.500 0.048 0.155 7.48 Ⅵ 530 2590 4.89 0.750 0.055 0.203 7.53 注：1.面板边长a、b都从面板与梁格的连接焊缝算起，主梁上翼缘宽度为140mm; 2,区格Ⅰ、Ⅵ中系数k由三边固定一边简支板查得。 根据上表计算，选用面板厚度t=8mm。 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，已知面板厚度t=8mm,并且近似地取板中最大弯应力σmax=σ=160N/mm2则 P=0.07tσmax=0.07×8×160=89.6(N/mm) 面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力： T==441000×620×8×3062×1617000000=207(N/mm） 计算面板与主梁连接的焊缝厚度： ==P2+T2/(0.7τtω)=89.62+2072/(0.7×113)=2.9(mm) 面板与梁格连接焊缝最小厚度=6mm 四、水平次梁、顶梁和底梁的设计 1.荷载与内力的计算 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 列例表7-2计算后得： =181.24kN/m 例表7-2 水平次梁、顶梁和底梁均布荷载的计算 梁号 梁轴线处水压强度p(kN/m2) 梁间距(m) （m） (kN/m) 1(顶梁) 3.68 1.72 2 15.4 1.425 21.95 1.13 3 26.5 1.040 27.56 0.95 4(主梁) 35.8 0.895 32.04 0.84 5 44.0 0.825 36.30 0.81 6 51.9 0.705 36.59 0.60 7 57.8 0.400 23.12 备注：①顶梁荷载按下图计算 R1=1.57×15.42×1.5731.72=3.68(kN/m) 根据例表7-2计算，水平次梁计算荷载取36.30KN/m, 水平次梁为四跨连续梁，跨度为2.6m（例图7-3）。水平次梁弯曲时的边跨跨中弯矩为： =0.077ql2=0.077×36.3×2.62=18.9（KN.m） 支座B处的负弯矩为： =0.107ql2=0.107×36.3×2.62=26.26(KN.m) 例图7-3 水平次梁计算简图和弯矩图 2. 截面选择 W= ==164125() 考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选18a，由附录三表4表查得 A=2569()； =141400(); IX=12727000()；=68(mm); d=7 (mm)。 面板参加次梁工作有效宽度按下式计算，然后取其中最小值。 B≤+60t=68+60×8=548(mm) B=ξ1b( 对跨间正弯矩段）； B=ξ2b(对支座负弯矩段）； 按5号梁计算，设梁间距b=(b1+b2)/2=(840+810)/2=825（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=0.8×2600=2080(mm);对于支座负弯矩段取l0=0.4l=0.4×2600=1040（mm)。根据l0/b查表7-1： 对于l0/b=2080/825=2.521，得ξ1=0.78，则B=ξ1b=0.78×825=644(mm) 对于l0/b=1040/528=1.261，得ξ2=0.364，则 B=ξ2b=0.364×825=300(mm) 例图7-4面板参加水平次梁工作后的组合截面 (单位：mm) 对于第一跨中弯矩选用B=548(mm)，则水平次梁组合截面面积（例图7-4）： A=2569+548×8=6953(mm2) 组合截面形心到槽钢中心线的距离： e=(548×8×94)/6953=59(mm) 跨中组合截面的惯性矩及截面模量为： I次中=12727000+2569×452+300×8×492=23691625(mm4) Wmin=23691625/135=175493(mm2) 对支座段选用B=300(mm).则组合截面面积：A=2569+300×8=4969 (mm2) 组合截面形心到槽钢中心线的距离：e=(300×8×94)/4969=45(mm)。 支座处组合截面的惯性矩及截面模量： I次B=12727000+2569×452+300×8×492=23691625(mm4) Wmin=23691625/135=175493(mm2) 3. 水平次梁的强度验算 由于支座处B（例图7-3）弯矩最大，而截面模量较小，故只需验算支座B处截面的抗弯强度，即： ==26.26×106/175493=149.6N/mm2<[σ]=160N/mm2 说明水平次梁选用18a 槽钢满足要求。 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 受均布荷载的等跨连续梁，最大挠度发生在边跨，由于水平次梁在B支座处，截面的弯矩已经求得M次B=26.26KN.m,则边跨挠度可近似地按下式计算： =×- =- =0.000725≤==0.004 故水平次梁选用14槽钢满足强度和刚度要求。 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等影响，必须加强顶梁刚度，所以也采用18a 槽钢。 底梁也采用18a。 五、主梁设计 （一）设计资料 （1）.主梁跨度（例图7-5）：净宽（孔口宽度）L0=10.00m;计算跨度L=10.40m；荷载跨度L1=10m； （2）主梁荷载q=88.2KN/m； （3）横向隔间距：2.6m； （4）主梁容许挠度：=L/600 。 例图7-5 平面刚闸门的主梁位置和计算简图 （二） 主梁设计 主梁设计内容包括：①截面选择；②梁高改变；③翼缘焊缝；④腹板局部稳定验算；⑤面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力验算。 1.截面选择 （1）弯矩与剪力 弯矩与剪力计算如下： Mmax==1191(kN.m) (2)需要的截面模量。已知Q235钢的容许应力=160KN/mm2， 考虑钢闸门自重引起的附加应力作用，取容许应力=0.9×160=144N/mm2,则需要的截面模量为 W===8271cm2 (3)腹板高度选择。按刚度要求的最小梁高（变截面梁）： hmin=0.96×0.23×=0.96×0.23×=96.3（cm） 由于钢闸门中的横向隔板质量将随主梁增高而增加，故主梁高度宜选得比小，但不小于。现选用腹板高度。 (4)腹板厚度选择。按经验公式计算： ，选用。 (5)翼缘截面选择。每个翼缘需要截面为： 下翼缘选用(符合钢板规格） 需要=,选用（). 上翼缘的部分截面可利用面板，故只需设置较小的上翼缘板同面板相连，选用,. 面板兼作主梁上翼缘的有效宽度取为： 上翼缘截面积： (6)弯应力强度验算。主梁跨中截面（例图7-6)的几何特性见例表7-3。 截面形心矩： 截面惯性矩： 截面模量： 上翼缘顶边： 下翼缘底边： 弯应力：<（安全） 例表7-3 主梁跨中截面的几何特性 部位 截面尺寸 截面面积A 各形心离面板表面距离 Ay‘ （cm3） 各形心离中和轴距离 Ay2 (cm4) 面板部分 62×0.8 49.6 0.4 19.8 -50.1 124300 上翼缘板 14×2.0 28.0 1.8 50.3 -48.7 66200 腹 板 100×1.0 100 52.8 5280 2.3 530 下翼缘 34×2.0 68.0 103.8 7058 53.3 193200 合计 245.6 12408 384230 ⑦整体稳定性与挠度验算。因主梁上翼缘直接同钢板相连，按《设计规范》规定可不必验算整体稳