1、 潜潜 孔孔 式式 平平 面面 钢钢 闸闸 门门 设设 计计 工程概况：工程概况： 闸门是用来关闭、开启或者局部开启水工建筑物中过水孔口的活动闸门是用来关闭、开启或者局部开启水工建筑物中过水孔口的活动 结构。其主要作用是控制水位、调节流量。闸门是水工建筑物的重要组成结构。其主要作用是控制水位、调节流量。闸门是水工建筑物的重要组成 部分，它的安全与适用，在很大程度影响着整个水工建筑物的原行效果。部分，它的安全与适用，在很大程度影响着整个水工建筑物的原行效果。 设计设计目录：目录： 1.1. 水工刚结构水工刚结构潜孔式焊接平面钢闸门设计计算书潜孔式焊接平面钢闸门设计计算书。 。 。 。 。 。 。
2、 。1 （1）设计资料及有关规定）设计资料及有关规定。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。1 （2）闸门结构的形式及布置）闸门结构的形式及布置。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。1 闸门尺寸的确定。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。
3、 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 1 主梁的布置。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 1 （3）面板设计。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。
4、 。 。2 （4）水平次梁、顶梁和底梁地设计。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。3 （5）主梁设计。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。6 （6）横隔板设计。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。
5、 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。8 （7）边梁设计。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。9 （8）行走支承设计。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。
6、 。 。 。 。 。 。 。 。10 （9）胶木滑块轨道设计。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。11 （10）闸门启闭力和吊座验算。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。11 2.2. 水工刚结构水工刚结构潜孔式焊接平面钢闸门设计潜孔式焊接平面钢闸门设计图图。 。 。 。 。 。 。
7、 。 。 。 （附图） 水工刚结水工刚结构构潜孔式焊接平面钢闸门设计计算书潜孔式焊接平面钢闸门设计计算书 一、设计资料设计资料及有关规定及有关规定： 1. 闸门形式： 潜孔式焊接平面钢闸门。 2.孔的性质： 深孔形式。 3.材料： 钢材：Q235 焊条：E43；手工电焊；普通方法检查。 止水：侧止水用 P 型橡皮，底止水用条型橡皮。 行走支承：采用胶木滑道，压合胶布用 MCS2。 砼强度等级：C20。 启闭机械：卷扬式启闭机。 4.规范： 水利水电工程刚闸门设计规范（SL74-95） ，中国水利水电出版社 1998.8 二二、闸门结构的形式及布置闸门结构的形式及布置 （一）闸门尺寸的确定（图
8、1 示） 1.闸门孔口尺寸： 孔口净跨：3.50m。 孔口净高：3.50m。 闸门高度：3.66m。 闸门宽度：4.20m。 荷载跨度：3.66m。 计算跨度：3.90m。 2.计算水头：50.00m。 （二）主梁的布置 1.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=3.50m, 闸门高度 h=3.66m,L3 时，a=1.55,则 t=a 16055. 19 . 0 kp =0.067kpa 现列表 1 计算如下： 表 1 区格 a(mm) b(mm) b/a k PN/mm 2 kp t(mm) 405 965 2.383 0.732 0
9、.49 0.60 13.795 345 965 2.80 0.50 0.49 0.50 11.2125 345 965 2.80 0.74 0.49 0.60 13.455 根据上表计算，选用面板厚度 t=14mm 。 2.面板与梁格的连接计算 已知面板厚度 t=14mm ,并且近似地取板中最大弯应力max=160N/mm 2,则 p=0.0714160=156.8.2N/mm , 面板与主梁连接焊缝方向单位长度内地应力： T 0 2I VS =,/398 37767700002 27214100010790 3 mmN 面板与主梁连接的焊缝厚度： mmTPh w tf 51137 . 0/3
10、987 . 0/ 22 ， 面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度mmhf6。 四、水平次梁，顶梁和底梁地设计 1.荷载与内力地验算 水平次梁和顶，底梁都时支承在横隔板上地连续梁，作用在它们上面的水压力可 按下式计算，即 q=p 2 下上 aa 现列表 2 计算如下： 表 2 梁号 梁轴线处水压力强 度 P （kN/mm 2） 梁间距（m） 2 下上 aa （m） q=p 2 下上 aa (kN/m) 1(顶梁) 454.13 0.225 115.80 0.51 2（主梁） 459.13 0.48 220.38 0.45 3 （水平次梁） 463.54 0.45 208.59 0.45 4（主梁）
11、 467.95 0.45 210.58 0.45 5 （水平次梁） 472.36 0.45 212.56 0.45 6（主梁） 476.47 0.45 214.41 0.45 7 （水平次梁） 481.18 0.45 216.53 0.45 8（主梁） 485.59 0.45 218.51 0.45 9（底梁） 490 0.225 110.25 1727.61kN/m 根据上表计算， 水平次梁计算荷载取 216.53kN/m， 水平次梁为4跨连续梁， 跨度为 0.90m， 水平次梁弯曲时的边跨弯距为: M次中0.077ql 2=0.077216.530.9752=15.85kNm 支座 B 处
12、的负弯距： M次 B0.107ql 2=0.107216.530.9752=22.0248kNm 2.截面选择 W=137655 160 100248.22 6 M mm 3 考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选18b,由附录三表四查得： A=2929mm 2 ; W x=152200mm 3 ; I x=13699000mm 4 ; b1=70mm ; d=9mm 。 面板参加次梁工作的有效宽度分别按式 611 及式 612 计算，然后取其中较小值。 式：611 Bb1+60t=70+6014=910mm ; 式：612 B=1b (对跨间正弯距段) B=2b （对支座负弯距段） 。 梁
13、间 距 b=mm bb 900 2 900900 2 21 。 对 于第 一 跨中 正 弯 距段 l0=0.8l=0.8975=780mm ;对于支座负弯距段 l0=0.4l0.4975390mm 。 根据 l0/b 查表 61： 对于 l0/b780/9000.867 得10.40 ，得 B=1b0.40900360mm , 对于 l0/b390/9000.430 得20.16 ，得 B=2b0.16900144mm , 对第一跨中选用 B360mm,则水平次梁组合截面面积（例图 4）: A=2929+36014=6961mm 2 ; 组合截面形心到槽钢中心线得距离： e= 8689 981
14、4360 =65mm ; 跨中组合截面的惯性距及截面模量为： I次中13699000+292965 2+36014 35 229662171mm4 Wmin= 2 6 .203165 155 33130025 mm 对支座段选用 B144mm，则组合截面面 积：A=2929+14414=4592mm 2 ; 组合截面形心到槽钢中心线得距离： e= 2 .4592 98148 .118 =35mm 支座初组合截面的惯性距及截面模量 为： I次 B13699000+292943 2+14414 35 223680365.8mm4 Wmin= 2 9 .189442 125 8 .23680365
15、mm 3.水平次梁的强度验算 由于支座 B 处（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 次,/160/24.116 9 .189442 100248.22 22 6 mmNmmN 说明水平次梁选用18b 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，最大挠度发生在便跨，由于水平次梁在 B 支座处截面 的弯距已经求得 M 次 B=22.0248kNm,则边跨挠度可近似地按下式计算： 次 次 次 EI lM EI ql l w B 16384 5 3 296621711006. 216 9751002
16、48.22 296621711006. 2384 97553.2165 5 6 5 3 0.0002004. 0 250 1 l w 故水平次梁选用18b 满足强度和刚度要求。 五、主梁设计 (一)设计资料 1） 主梁跨度： 净跨 （孔口净宽） l03.5m ； 计算跨度 l3.9m ； 荷载跨度 l13.66m 。 2） 主梁荷载：kN P q9 .4314/ ) 2 34.46 34.468 . 9 2 50 508 . 9( 4 总 3) 横向隔板间距： 0.975m 。 4）主梁容许挠度： W=L/750 。 （二）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
17、： mkNM 818) 4 66. 3 2 9 . 3 ( 2 66. 39 .431 max 剪力： kN ql V790 2 66. 39 .431 2 1 max 需要的截面抵抗距 已知 A3 钢的容许应力=160N/mm2 ,考虑钢闸门自重引起附加 应力的影响，取容许应力=,/1441609 . 0 2 mmN 则需要的截面抵抗矩为； W=。 3 6 max 5681 144 10818 cm 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：。cmWhec43.98)833.5681(1 . 31 . 3 5/25/2 ,5 .42 750/11006. 2 1
18、09 . 321516. 0 / 208. 0 5 3 min cm lwE fl h 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 h090cm 。 (4)腹板厚度选择 ,86. 011/9011/cmhtw选用 tw1.0cm 。 (5)翼缘截面选择：每个翼缘需要截面为 ,58 6 901 90 833.5681 6 20 0 1 cm ht h W A w 下翼缘选用 t12.0cm（符合钢板规格） ，需要,29 2 58 1 1 1 cm t A b取 B130cm,上翼缘 的部分截面积可利用面板，故只需设置较小的翼
19、缘板同面板相连，选用 t12.0cm，b1 16cm，面板兼作主梁上翼缘的有效高度为 Bb1+60t16+601.4100cm 。 上翼缘截面面积 A1=182.0+1001.4=172cm 2 。 (6)弯应力强度验算 截面形心距：,82.31 312 8 .9926 cm A Ay y 截面惯性距：,377677335010 12 900 . 1 12 4 3 2 3 0 cmAy ht I w 截面抵抗距：上翼缘顶边 ,17.11869 82.31 377677 3 1 max cm y I W 下翼缘底边 ,6568 5 .57 377677 3 2 min cm y I W 弯应力：
20、,/4 .14169 . 0/45.12 6568 100818 22 min max cmkNcmkN W M 安全 表表 3 3 部位 截面尺寸 （cmcm） 截面面积 A(cm 2) 各型心离面 板表面距离 y（cm） Ay （cm 3） 各型心离中和 轴距离 y=y-y1(cm) Ay 2 (cm 4) 面板部分 1001.4 140.0 0.7 980 -27.21 103578 上翼缘 162.0 32.0 2.4 76.8 -25.5 20808 腹板 901.0 90.0 43.4 3906 15.5 19220 下翼缘 302.0 60.0 84.4 5064 56.5 19
21、1405 合计 312 9926.8 335011 （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 的最小梁高，故梁的挠度也不必验算。 2. 截面改变 因主梁跨度较大，为减小门槽宽度与支承边梁高度（节约钢材） ，有必要将主梁承端腹 板高度减小为cmhhs546 . 0 00 。考虑到主梁端部腹板及翼缘相焊接，故可按工字截面 梁验算应力剪力强度。尺寸表 4 所示： 表表 4 4 部位 截面尺寸 （cmcm） 截面面积 A(cm 2) 各型心离面 板表面距离 y（cm） Ay （cm 3） 各型心离中和 轴距离 y=y-y1(cm) Ay 2 (cm 4) 面板部分
22、1001.4 140.0 0.7 980 -27.21 103578 上翼缘 162.0 32.0 2.4 76.8 -25.5 20808 腹板 541.0 54.0 43.4 2343.6 15.5 19220 下翼缘 302.0 60.0 50.64 3038.4 56.5 191405 合计 286 8710.8 335011 4 3 0 13122 12 541 cmI cmy45.30 286 8710 1 ,6584 2 2 .60 6 . 12 .6095.585 .62 3 cmS ,/5 . 9/10 0 . 113122 6584790 22 0 max cmkNcmkN
23、 tI SV w 因误差未超过 10，安全 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。Vmax790kN。I0=13122cm 4， 上翼缘对中和轴的面积距：S1=32.025.5+14027.2=4624cm 3， 下翼缘对中和轴的面积距：S2=6056.53390cm 3S 1, 需要,511. 0 3 .11131224 . 1 4624790 4 . 1 0 1 cm I VS h f w f 角焊缝最小，mmthf7 . 6205 . 15 . 1。 全梁的上下翼缘焊缝都采用 hf8mm 。 4.加筋肋验算 因,80 0 . 1 80 0 w t h 不需设置横向加
24、劲肋。闸门上已布置横向隔板可兼作横加劲肋，其间距 a0.975m 。腹板区格划分见图 2。 5.取面板区格验算其长边点的折算应力 ,/110 16 300915.490098. 05 . 0 2 2 2 mmN my a=450-80-90=280mm, ,/331103 . 0 2 mmNV mymx 面板区格的长边中点的主梁弯距和弯应力 ,784 2 )15. 0 2 3 975. 0(9 .431 2 3 975. 0 2 66. 3 9 .431 2 mkNM ,/58 1013537 10784 2 3 6 0 mmN W M x 该区格长边中点的折算应力 )()( 0 2 0 2
25、xmxmyxmxmyzh 2222 /26416065. 1/8 .100)5833(110)5833(110mmNmmN 故面板厚度选用 14mm 满足强度要 求 。 六、横隔板设计 1.荷载和内力计算 如图所示水平次梁为 4 跨均布 连续梁， R 可看作它所受的最大剪力， 由规范表查知： 作用于竖直次梁上由 水平荷载传递的集中荷载： n lqR 次 )536. 0607. 0( ;241975. 053.216143. 1kN 取 qq 次 mkNRlqlM15.769 . 0241 4 1 9 . 053.216 8 1 4 1 8 1 2 0 2 0 2.横隔板和截面选择和强度验算 腹
26、板选用与主梁腹板同高，采用 80010mm，上翼缘利用面板，下翼缘采用 200mm 800mm 的扁钢，上翼缘可利用面板的宽度公式按式 B1b 确定。 ,923. 0975/900/ 0 bl查表 得10.369 ， B=0.369 975=360mm，取 B 360mm 。计算如下图所示截面 几何特性截面型心到腹板 中心线距离： 10800820010360 405820040510360 e 61mm 截面惯性距： 22 3 46520086110800 12 80010 I 442 1012284034436010mm 3 min 2619190 469 mm I W ， 验算应力： /
27、29 2619190 1015.76 ,2 6 min mmN W M 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 hf 6mm 。 七、边梁设计 边梁的截面形式采用单腹式，如下图，边梁的截面尺寸按构造要求确定，即截面 高度与主梁端部高度相 同， 腹板厚度与主梁腹板 厚度相同， 为了便于安装 压合胶木滑块， 下翼缘宽 度不宜小于 300mm 。 边梁是闸门的重要受力 构件，由于受力情况复 杂， 故在设计时将容许应 力值降低 20作为考虑 受扭影响的安全储备。 1.荷载和内力计算在闸 门每侧边梁上各设4个胶 木滑块，其布置如下图： （1）水平荷载 主要是主梁传来的
28、水平荷载， 还有水平次梁和顶， 底梁传来的水平荷载， 为了简化起见， 可假定这些荷载由主梁传给边梁，每个边梁作用于边梁荷载为 R790kN （2） 竖向荷载 有闸门自重，滑道摩阻力，止水摩阻力，起吊力等。 上滑块所受压力： kNR7902 1 ， 下滑块所受压力： kNR15807902 2 ， ,7119 . 0790 max mkNM kNV790 max , 最大阻力为作用于一个边梁上的起吊力，估计为 650kN，有 N650kN 进行强度验算， kNfRN4 .46012. 01580650650 1 , 2.边梁强度验算 截面面积,2880016800204002 2 mmA ,45
29、600002001640041040020 3 max mmS ,3372266667410204002 12 80016 42 3 mmI 3 8029206 420 mm I W 。 截面边缘最大应力验算： 22 63 max max /1261578 . 0 8 . 0/111 6428253 10711 8029206 104 .460 mmNmmN W M A N 腹板最大剪应力验算： ,/76758 . 0 8 . 0/68 16 456000010790 22 3 max mmNmmN IIt SV w maz 腹板与下翼缘连接处则算应力验算： ,/4 .84 420 400 8
30、029206 10711 28800 104 .460 2 63 max mmN y y W M A N 2 3 1max /48 16 4102040010790 mmN IIt SV w ， 222222 2 /1281608 . 0 8 . 0/1194834 .843mmNmmN h 。 均满足强度要求 八、行走支承设计 胶木滑块计算：下滑块受力最大，起值为 R1580kN，设滑块长度为 350mm，则滑块单 位长度承受压力,/4514 350 101580 3 mmNq 由表 2 查得轨顶弧面半径 R=200mm， 轨头设 计宽度为 b40mm，胶木滑块与规定弧面的接触应力验算： 2
31、2 max /500/494 200 4514 104104mmNmmN R q j 。 九、胶木滑块轨道设计 1. 确定轨道底板宽度 轨道底板宽度按砼承压强度确定，查表得：砼允许承压应力为7N/mm2 ，则所需 轨道底板宽度为： .322 7 2257 mm q B n n 取 Bh350mm， 故轨道底面压应力： 2 /4 . 6 350 2257 mmN h 2.确定轨道底版厚度 轨道底板厚度按其弯 曲强度确定，轨道底版 的最大弯应力： 3 2 2 t c n 轨道底板悬臂长度 C 102.5mm，对于 A3 查表 得100N/mm2 ， 故：mm c t n 9 .44 100 5 .
32、1024 . 63 3 22 ，故 t50mm 。 十、闸门启闭力和吊座验算 1.启门力：T启 启1.1G+1.2(T2d+T2s)+Px G=0.022K1K2K3A 1.34H s 0.639.8 其中，A=3.53.5=12.25mm 2 ,可查知：系数 K 1,K2,K3，均取为 1.0 ， G=0.0221.01.01.012.25 1.34500.639.8=80.1kN ， 滑道摩阻力：,76066. 39 .431412. 0 2 kNfpT d 止水摩阻力：.4 .1173 .41166. 306. 065. 022 2 kNfbhpT s 因橡皮止水与钢板间摩擦系数 f0.
33、65， 橡皮止水受压宽度取为 b0.06m， 每边侧止水受压长度 H3.66m ，侧止水平均压强： ,/3 .411 2 . 466. 3 66. 39 .4314 2 mkNP 下吸力 Px 底止水橡皮采用 I11016 型，其规格为宽 16mm，长 110mm，底止水沿门跨长 3.9m，根据规范 SDJ1378，启门时闸门底缘平均下吸强度一般按 20kN/m2 计算，则下 吸力：kNPx248. 1016. 09 . 320 故闸门启门力：.1142248. 1)4 .117760(2 . 11 .801 . 1kNT 启 2.闭门力：,79.9801 .809 . 0)4 .117760
34、(2 . 19 . 0)2 . 1 2d2 kNGTTT S （ 闭 3.吊轴和吊耳板验算 （1） 吊轴 采用 3 号钢，由第一章表 19 查得=65n/mm 2,采用双吊 点，每边启吊力为： ,2 .685 2 1142 2 . 1 2 2 . 1kN T P 启 吊轴每边剪力： ,6 .342 2 2 .685 2 kN P V 需吊轴截面积： 2 3 5270 65 106 .342 mm V A 由,785. 0 4 2 2 d d A 有：d,83 785. 0 5270 785. 0 mm A 取 d100mm， （2） 吊耳板强度验算 按局部紧接承压条件，吊耳板需要厚度按下式计算，查表 19 得 A3 得cj=80N/mm, t,86 80100 102 .685 3 mm d P cj 固在边梁腹板上端部的两侧各焊一块为 45mm 的轴承 板。轴承板采用圆形，其直径取为 3d3100300mm， 吊耳孔壁拉应力计算： 8 . 0 22 22 Kk YR YR 2 3 /1 .76 10090 102 .685 mmN td P cj ，吊耳板直径 R=150mm,轴孔半径 Y=50mm，由表 19 查得：k=120N/mm 2，故孔壁拉应力： 22 22 22 /961208 . 0/1 .95 50150 50150 1 .76mmNmmN k ，满足要求。
