水工鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)--露頂式鋼閘門(mén)平面設(shè)計(jì)及攔污柵設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) </b></p><p>　　課 程 名 稱(chēng): 水工鋼結(jié)構(gòu) </p><p>　　課 程 代 碼: </p><p>　　題 目: 露頂式鋼閘門(mén)平面設(shè)計(jì) </p><p>　　及攔污柵設(shè)計(jì)

2、</p><p>　　學(xué) 生 姓 名: </p><p>　　學(xué) 號(hào): </p><p>　　年級(jí)/專(zhuān)業(yè)/班: </p><p>　　學(xué)院(直屬系) :

3、 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師: </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘 要- 3 -</p><p>　　引 言- 4 -</p><p>　　任務(wù)與分析- 5 -</p>&l

4、t;p>　　1 工程概況- 6 -</p><p>　　2.1露頂式平面鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)- 6 -</p><p>　　2.2攔污柵設(shè)計(jì)- 6 -</p><p>　　3閘門(mén)的結(jié)構(gòu)形式及布置- 6 -</p><p>　　3.1閘門(mén)尺寸的確定- 6 -</p><p>　　3.2主梁的形式- 7 -<

5、/p><p>　　3.3主梁的布置- 7 -</p><p>　　3.4梁格的布置和形式- 8 -</p><p>　　3.5連接系的布置和形式- 8 -</p><p>　　3.6邊梁與行走支承- 8 -</p><p>　　4面板設(shè)計(jì)- 8 -</p><p>　　4.1估算面板厚度

6、- 9 -</p><p>　　4.2面板與梁格的連接計(jì)算- 9 -</p><p>　　5水平次梁、頂梁和底梁的設(shè)計(jì)- 10 -</p><p>　　5.1荷載與內(nèi)力計(jì)算- 10 -</p><p>　　5.2截面選擇- 11 -</p><p>　　5.3水平次梁的強(qiáng)度驗(yàn)算- 12 -</p>

7、<p>　　5.4水平次梁的撓度驗(yàn)算- 12 -</p><p>　　5.5頂梁和底梁- 13 -</p><p>　　6主梁設(shè)計(jì)- 13 -</p><p>　　6.1設(shè)計(jì)資料- 13 -</p><p>　　6.2主梁設(shè)計(jì)- 13 -</p><p>　　7橫隔板設(shè)計(jì)- 17 -</

8、p><p>　　7.1荷載和內(nèi)力計(jì)算。- 17 -</p><p>　　7.2橫隔板截面選擇和強(qiáng)度計(jì)算- 17 -</p><p>　　8縱向連接系設(shè)計(jì)- 18 -</p><p>　　8.1荷載和內(nèi)力計(jì)算。- 18 -</p><p>　　8.2斜桿截面計(jì)算- 19 -</p><p>

9、　　9邊梁設(shè)計(jì)- 19 -</p><p>　　9．1荷載和內(nèi)力計(jì)算。- 20 -</p><p>　　9.2邊梁的強(qiáng)度驗(yàn)算- 21 -</p><p>　　10行走支梁設(shè)計(jì)- 22 -</p><p>　　11.膠木滑塊軌道設(shè)計(jì)- 22 -</p><p>　　11.1確定軌道底板的寬度- 22 -<

10、;/p><p>　　11.2確定軌道底板厚度- 23 -</p><p>　　12閘門(mén)啟閉力和吊座計(jì)算- 23 -</p><p>　　12.1啟門(mén)力計(jì)算- 23 -</p><p>　　12.2閉門(mén)力計(jì)算- 24 -</p><p>　　12.3吊軸和吊耳驗(yàn)算- 24 -</p><p>

11、;　　13攔污柵的設(shè)計(jì)- 26 -</p><p>　　13.1攔污柵的形式和構(gòu)造- 26 -</p><p>　　13.2柵面結(jié)構(gòu)- 26 -</p><p>　　13.3柵欄整體穩(wěn)定性驗(yàn)算- 27 -</p><p>　　結(jié) 論- 29 -</p><p>　　參考文獻(xiàn)- 30 -</p>

12、<p>　　課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表- 31 -</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)內(nèi)容為露頂式閘門(mén)以及攔污柵，它們都是水工建筑物重要的設(shè)施，我們通過(guò)提供的閘門(mén)尺寸、攔污柵尺寸以及上下游設(shè)計(jì)水位等相關(guān)資料，對(duì)閘門(mén)的結(jié)構(gòu)形式和布置、面板尺寸、主次梁數(shù)量和尺寸以及支承結(jié)構(gòu)的選擇等進(jìn)行分析計(jì)算，對(duì)攔污柵柵面的結(jié)構(gòu)布置、

13、主梁數(shù)目和整體穩(wěn)定性進(jìn)行分析計(jì)算。</p><p>　　關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)形式和布置、主次梁設(shè)計(jì)、整體穩(wěn)定性分析計(jì)算</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　鋼閘門(mén)是用于關(guān)閉和開(kāi)放泄(放)水通道的控制設(shè)施，是水工建筑物的重要組成部分，有攔截水流，控制水位、調(diào)節(jié)流量、排放泥沙和飄浮物等重要功能。攔污柵設(shè)在進(jìn)水口前，用于攔阻水流

14、挾帶的水草、漂木等雜物(一般稱(chēng)污物)的框柵式結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)閘門(mén)和攔污柵時(shí)，必須考慮全面，包括其具體用途及布置位置，孔口尺寸和數(shù)量，上下游水位高度，以及風(fēng)荷載和波浪荷載等外界影響，并且還應(yīng)考慮制造、運(yùn)輸和安裝等情況的限制。</p><p><b>　　任務(wù)與分析</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)：通過(guò)所學(xué)的知識(shí)以及查閱相關(guān)資料，掌握正確的設(shè)計(jì)原理和方法對(duì)露頂式閘門(mén)以

15、及攔污柵進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)分析：此次設(shè)計(jì)主要為閘門(mén)和攔污柵兩個(gè)方面，露頂式閘門(mén)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：閘門(mén)的結(jié)構(gòu)形式和布置，閘門(mén)面板設(shè)計(jì)，水平次梁、頂梁和底梁設(shè)計(jì)，主梁設(shè)計(jì)，橫隔板設(shè)計(jì)，縱向連接系設(shè)計(jì)，邊梁設(shè)計(jì)，行走支承設(shè)計(jì)，膠木滑道軌道設(shè)計(jì)，閘門(mén)啟閉力和吊座設(shè)計(jì)。攔污柵設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：攔污柵形式與構(gòu)造，柵面設(shè)計(jì)，柵面整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。</p><p><b>　　1 工

16、程概況</b></p><p>　　閘門(mén)是用來(lái)關(guān)閉、開(kāi)啟或者局部開(kāi)啟的水工建筑物中過(guò)水孔口的活動(dòng)結(jié)構(gòu)。其主要作用是控制水位、調(diào)節(jié)流量。閘門(mén)是水工建筑物的重要組成部分，它的安全與適用，在很大程度影響著整個(gè)水工建筑物的原型效果。</p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)資料</b></p><p>　　2.1露頂式平面鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)</p

17、><p>　　閘門(mén)型式：露頂式平面鋼閘門(mén) （?。?</p><p>　　孔口尺寸（寬*高）： 寬 9 m *高4.5 m </p><p>　　上游水位： 4.3 m </p><p>　　下游水位： 0 m</p><p>　　閘底高程： 0 m </p><p>　　啟

18、閉方式： 卷?yè)P(yáng)式啟閉 </p><p>　　材料 ： 鋼結(jié)構(gòu)：Q235-A.F </p><p><b>　　焊條：E43型 </b></p><p><b>　　行走支承：膠木滑道</b></p><p>　　止水橡皮：側(cè)止水用P型橡皮，底止水用條形橡皮 </p><p

19、>　　混凝土強(qiáng)度等級(jí)：C20</p><p>　　制造條件： 金屬結(jié)構(gòu)制造廠制造，手工電弧焊，滿足Ⅲ級(jí)焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范：《水利水電工程鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范SL 1974-2005》</p><p><b>　　2.2攔污柵設(shè)計(jì)</b></p><p>　　①閘門(mén)型式：露頂式平面鋼閘門(mén) </p><p>　?、诳卓诔?/p>

20、寸（寬*高）： 寬 9 m*高4.5 m</p><p><b>　?、鬯^：2m</b></p><p>　　3閘門(mén)的結(jié)構(gòu)形式及布置</p><p>　　3.1閘門(mén)尺寸的確定</p><p>　　閘門(mén)的高度：考慮風(fēng)浪所產(chǎn)生的水位超高為0.2m，故閘門(mén)高度=4.5+0.2m=4.7m；</p><p&

21、gt;　　閘門(mén)的荷載跨度為兩側(cè)止水的間距：L1=9m</p><p>　　閘門(mén)的計(jì)算跨度：L=L0+2d=9+2*0.2=9.4m</p><p>　　圖3-1 閘門(mén)主要尺寸圖</p><p><b>　　3.2主梁的形式</b></p><p>　　主梁的形式根據(jù)水頭和跨度大小而定，本閘門(mén)屬中等跨度，為了方便制造和維護(hù)

22、，決定采用實(shí)腹式組合梁。</p><p><b>　　3.3主梁的布置</b></p><p>　　根據(jù)閘門(mén)的高跨比，決定采用雙主梁。為了使兩個(gè)主梁在設(shè)計(jì)水位時(shí)所受的水壓力相等，兩個(gè)主梁的位置應(yīng)對(duì)稱(chēng)于水壓力合力的作用線y’=H/3=1.5m，并要求下懸臂a≥0.12H和a≥0.4m、上懸臂c≤0.45H，今取</p><p>　　a=0.525

23、≈0.12H=0.54m</p><p>　　主梁的間距： 2b=2（y’-a）=2*0.975 =1.95m</p><p>　　則 c=H-2b-a=4.5-1.95-0.525=2.025m=0.45H（滿足要求）</p><p>　　3.4梁格的布置和形式</p><p>　　梁格采用復(fù)式布置和等高連接，水平

24、次梁穿過(guò)橫隔板上的預(yù)留孔并被橫隔板所支承。水平次梁為連續(xù)梁，其間距應(yīng)上疏下密，使面板各區(qū)格需要的厚度大致相等，梁格布置的具體尺寸詳見(jiàn)圖。</p><p>　　圖3-2 梁格布置圖（單位mm）</p><p>　　3.5連接系的布置和形式</p><p>　　（1）橫向連接系，根據(jù)主梁的跨度，決定布置3道橫隔板，其間距為2.35m，橫隔板兼做豎直次梁。</p&g

25、t;<p>　?。?）縱向連接系，設(shè)在兩個(gè)主梁的下翼緣的豎平面內(nèi)，采用斜桿式桁架。</p><p>　　3.6邊梁與行走支承</p><p>　　邊梁采用單腹式，行走支承采用膠木滑道。</p><p><b>　　4面板設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)SL74-95《水利水電工程鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范》修訂送

26、審稿，先估算面板厚度，在主梁截面選擇之后再驗(yàn)算面板的局部彎曲與主梁整體彎曲的折算應(yīng)力。</p><p><b>　　4.1估算面板厚度</b></p><p>　　假定梁格布置尺寸，面板厚度t按照公式t≥ )mm計(jì)算。（0.9—面板參加貯量工作需要保留一定的強(qiáng)度儲(chǔ)備系數(shù)；α—彈塑性調(diào)整系數(shù)，當(dāng)b/a≤3時(shí)，α=1.5，當(dāng)b/a≥3時(shí)，α=1.4；[σ]—鋼材的抗彎容許

27、應(yīng)力，以N/mm²計(jì)）</p><p>　　則初取 t= </p><p>　　當(dāng)b/a≤ 3時(shí)，α=1.5則t= =0.068 </p><p>　　當(dāng)b/a≥ 3時(shí)，α=1.4則t= =0.07 </p><p>　　P=0.0098h N/mm²,h為區(qū)格中心水頭</p><

28、;p>　　K值查附錄9矩形彈性波薄板彎矩系數(shù)</p><p>　　據(jù)上表計(jì)算，選用面板厚度t=6mm</p><p>　　4.2面板與梁格的連接計(jì)算</p><p>　　面板局部撓曲時(shí)產(chǎn)生的垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的橫拉力P按照P=0.07tσmax計(jì)算，其中σmax表示厚度t（mm）的面板中最大彎應(yīng)力，計(jì)算時(shí)候可以采取σmax=[σ]，因?yàn)橐呀?jīng)求知面板厚度t=6m

29、m，并且近似地取板中最大彎應(yīng)力σmax=[σ]=160N/mm²則</p><p>　　P=0.07tσmax=0.07*6*160=67.2(N/mm²)</p><p>　　面板與主梁連接焊縫方向單位長(zhǎng)度內(nèi)的剪力：</p><p>　　τ= = =138N/mm</p><p>　　又面板與主梁連接的焊縫厚度hf可以近

30、似的按照hf≥ /(0.7[τwf])和hf不應(yīng)小于6mm確定，公式中的[τwf]表示角焊縫容許剪應(yīng)力，于是</p><p>　　hf≥ /(0.7[τwf])= /（0.7 ）=1.9mm</p><p>　　面板與梁格連接焊縫最小厚度hf=6mm</p><p>　　5水平次梁、頂梁和底梁的設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1荷載與內(nèi)力計(jì)算&

31、lt;/p><p>　　水平次梁和頂、底梁都是支承在隔板上的連續(xù)梁，作用在它們上面的水壓力按</p><p><b>　　q=p 計(jì)算</b></p><p>　　其中p表示次梁橫軸線處的水壓強(qiáng)度；a上和a下分別表示水平次梁軸線到上、下相鄰梁之間的距離。</p><p>　　根據(jù)表計(jì)算，水平次梁計(jì)算荷載取q=22.94KN/

32、m，水平次梁為四跨連續(xù)梁，跨度為L(zhǎng)=2.35m，如下圖5-1。</p><p>　　圖5-1 水平次梁計(jì)算簡(jiǎn)圖和彎矩圖</p><p>　　水平次梁彎曲時(shí)邊跨中彎矩M次中為：</p><p>　　M次中=0.077ql2=0.077*22.94*2.352=9.75 KN*m</p><p>　　支座B處的負(fù)彎矩為：</p>&

33、lt;p>　　M次B=0.107ql2=0.107*22.94*2.352=13.56 KN*m</p><p><b>　　5.2截面選擇</b></p><p>　　W= = =84750mm3</p><p>　　考慮利用面板作為次梁截面的一部分，初選[14b，由表查得：</p><p>　　A=2131mm

34、3； WX=871000mm3； IX=6094000mm4； b1=60mm； tw=8mm</p><p>　　面板參加次梁工作有效寬度按照下面計(jì)算，然后取其中最小值。</p><p>　　考慮面板兼作梁翼緣在受壓是不至喪失穩(wěn)定而限制的有效高度</p><p>　　B≤b1+2c=b1+60t=60+60*6=420mm</p><p>

35、　　考慮面板眼寬度上應(yīng)力分布不均而折算的有效高度</p><p>　　B=ε1b （對(duì)胯間正彎矩段）</p><p>　　B=ε2b (對(duì)支座負(fù)彎矩段)</p><p>　　按照5號(hào)梁計(jì)算，設(shè)梁間距b= = =658mm。確定上式中面板的有效寬度系數(shù)ε時(shí)，需要知道梁彎矩零點(diǎn)之間的距離與梁間距b之比值。對(duì)于第一跨中正彎矩段取L0=0.8L=0.8*2350=1880m

36、m；對(duì)于支座負(fù)彎矩段取L0=0.4L=0.4*2350=940mm。根據(jù)L0/b查表7-1得：</p><p>　　對(duì)于L0/b=1880/658=2.857得ε1=0.82 則 B=ε1b=0.82*658=540mm</p><p>　　對(duì)于L0/b=940/658=1.429 得ε2=0.40則 B=ε2b=0.40*658=236mm</p><p>　　

37、對(duì)于第一跨中彎矩選用B=420mm，則水平次梁組合截面面積為：</p><p>　　A=2131+420*6=4651mm2</p><p>　　組合截面形心到槽鋼中心線的距離為：</p><p>　　e=420*6*73/4651=40mm</p><p>　　跨中組合截面的慣性矩及截面模量為</p><p>　　I

38、次中=6094000+2131*402+420*6*（32+3）2</p><p>　　=12590600mm4</p><p>　　Wmin=12590600/108=116580mm2</p><p>　　最支座選用B=236mm，則組合截面面積：</p><p>　　A=2131+236*6=3547mm2</p><

39、;p>　　組合截面形心到槽鋼中心線的距離：</p><p>　　e=236*6*74/3547=30mm</p><p>　　支座處組合截面的慣性矩及截面模量：</p><p>　　I次B=6094000+2131*302+236*6*452=10879300mm4</p><p>　　Wmin=10879300/103=105624m

40、m2</p><p>　　5.3水平次梁的強(qiáng)度驗(yàn)算</p><p>　　由于支座B處的彎矩最大，而截面模量較小，故需要驗(yàn)算支座B處截面的抗彎強(qiáng)度，即：</p><p>　　σ次=M次B/Wmin=13.56*10^6/105624=128.4N/mm2<[σ]=160 N/mm2</p><p>　　說(shuō)明水平次梁選用[14b滿足要求。&

41、lt;/p><p>　　同時(shí)軋成梁的剪應(yīng)力一般很小，可不必驗(yàn)算。</p><p>　　5.4水平次梁的撓度驗(yàn)算</p><p>　　受均布荷載的等跨連續(xù)梁，最大撓度發(fā)生在邊跨，由于水平次梁在B支座處截面的彎矩已經(jīng)求得M次B=13.56 KN*m，則邊跨撓度課近似地按照下式計(jì)算：</p><p><b>　　= * - </b>

42、;</p><p>　　= - =0.000727≤[ ]= =0.004</p><p>　　故水平次梁選用[14b滿足強(qiáng)度和剛度要求。</p><p><b>　　5.5頂梁和底梁</b></p><p>　　頂梁所受荷載較小，但考慮水面漂浮物的撞擊等影響，必須加強(qiáng)頂梁剛度，所以也采用14b槽鋼。</p>

43、<p><b>　　6主梁設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　6.1設(shè)計(jì)資料</b></p><p>　　（1）主梁的跨度凈寬L0=9.00m；計(jì)算跨度L=9.4m；荷載跨度L1=9m</p><p>　?。?）主梁的荷載q=50.2KN/m</p><p>　?。?）橫向隔間距

44、：2.35m</p><p>　?。?）主梁容許撓度：[w]=L/600</p><p><b>　　6.2主梁設(shè)計(jì)</b></p><p>　　主梁設(shè)計(jì)包括：①截面選擇；②梁高改變；③翼緣焊縫；④腹板局部穩(wěn)定驗(yàn)算；⑤面板局部彎曲與主梁整體彎曲的折算應(yīng)力計(jì)算。</p><p><b>　　截面的選擇</b

45、></p><p>　　圖6-1 平面鋼閘門(mén)的主梁位置和計(jì)算簡(jiǎn)圖</p><p>　　彎矩與剪力。彎矩和剪力計(jì)算如下：</p><p>　　Mmax= =553KN*m</p><p>　　Vmax= = =226N</p><p>　　需要的截面模量。已知Q235鋼的容許應(yīng)力[σ]=160KN/mm2，考慮鋼閘

46、門(mén)自重引起的附加應(yīng)力作用，去容許應(yīng)力[σ]=0.9*160=144KN/mm2，則需要的截面模量為</p><p>　　W= =3840cm2</p><p>　　腹板的高度選擇。按剛度要求的最小梁高（變截面梁）為：</p><p><b>　　Hmin= </b></p><p>　　對(duì)于變截面梁的經(jīng)濟(jì)梁高，hec=3

47、.1w2/5=3.1*38402/5=84cm</p><p>　　由于鋼閘門(mén)中的橫向隔板重量將隨主梁增高而增高，故主梁高度宜選的比hmin大，現(xiàn)在選用腹板高度h0=97cm。</p><p>　　腹板厚度的選擇。按照經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：tw= =0.9cm，選用tw=1.0cm。</p><p>　　翼緣截面選擇。每個(gè)翼緣需要截面為：</p><p&

48、gt;　　A1= =23.4cm</p><p>　　下翼緣選用 t1=2 cm（符合鋼板規(guī)格）</p><p>　　需要b1= =11.7cm，選用b1=22cm（通常采用b1= = ,且不超過(guò) =38.8cm）。</p><p>　　上翼緣的部分截面可利用面板，故只需設(shè)置較小的上翼緣同面板相連，選用t1=2cm，b1=14cm。</p><

49、p>　　面板兼作主梁上翼緣的有效寬度去為：B=b1+60t=14+60*0.6=50cm。</p><p>　　上翼緣截面積A1=14*2+50*0.6=58cm2</p><p>　　彎應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算。主梁跨中截面幾何特性如表：</p><p>　　截面形心矩：y1= =47.5cm</p><p><b>　　截面慣性矩：I

50、= </b></p><p><b>　　= = </b></p><p><b>　　截面模量：</b></p><p>　　上翼緣頂邊：Wmax= =6904cm3</p><p>　　下翼緣底邊：Wmax= =6062cm3</p><p><b>

51、;　　彎應(yīng)力：σ= </b></p><p>　　=9.1KN/cm2<0.9 16=14.4 KN/cm2(安全)</p><p>　　整體穩(wěn)定性與撓度驗(yàn)算。因主梁上翼緣直接同剛面板相連，按照規(guī)范可不必驗(yàn)算整體穩(wěn)定性。又因梁高大于剛度要求的最小梁高，故梁的撓度也不必驗(yàn)算。</p><p><b>　　2）截面改變</b>&l

52、t;/p><p>　　因主梁跨度較大，為減小門(mén)槽寬度和支承邊梁高度（節(jié)省鋼材），有必要將主梁支承端腹板高度減小為h0s=0.6h0=0.6*97=58cm。梁高開(kāi)始改變的位置取在臨近支承段的橫向隔板下翼緣的外側(cè)，離開(kāi)支承段的距離為235-10=225cm。</p><p>　　剪切強(qiáng)度驗(yàn)算：考慮到主梁段部的腹板及翼緣部分分別同支承邊梁的腹板及翼緣相焊接，故可按工字剛截面來(lái)驗(yàn)算剪應(yīng)力強(qiáng)度。主梁支

53、承端截面的幾何特性如表，以及變截面后的尺寸。</p><p>　　截面形心矩：y1= =28cm</p><p>　　截面慣性矩：I0= +92873=109132cm4</p><p>　　截面下半部中和軸的面積矩：S=44 32.9+31.9 1 =1956cm3</p><p>　　剪應(yīng)力：τ= =4.05 KN/cm2≤[τ]=9.5

54、 KN/cm2。(安全)</p><p><b>　　3）翼緣焊縫</b></p><p>　　翼緣焊縫厚度hf按受力最大的支承端截面計(jì)算。最大剪力Vmax=226KN，截面慣性矩I=109132cm4。</p><p>　　上翼緣對(duì)中和軸的面積矩：S1=30 28.4+28 27.1=1611cm3</p><p>　

55、　下翼緣對(duì)中和軸的面積矩：S=44 32.9=1448<S1</p><p>　　需要 hf= =0.21cm</p><p>　　角焊縫最小厚度 hf>1.5 =1.5 =6.7mm</p><p>　　全梁的上下翼緣焊縫都采用hf=8mm</p><p><b>　　7橫隔板設(shè)計(jì)</b></p&g

56、t;<p>　　7.1荷載和內(nèi)力計(jì)算。</p><p>　　橫隔板同時(shí)兼作豎直次梁，它主要承受水平次梁、頂梁和底梁傳來(lái)的集中荷載以及面板傳來(lái)的分布荷載，計(jì)算時(shí)可把這些荷載用以三角形分布的水壓力來(lái)代替，并且把橫隔板作為支撐在主梁的雙懸臂梁。則每片橫隔板在懸臂的最大彎矩為：</p><p>　　M= =58.8 KN*mm</p><p>　　7.2橫隔板

57、截面選擇和強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　其腹板選用與主梁腹板同高，采用970*6mm</p><p>　　上翼緣利用面板，下翼緣采用180*6mm的扁鋼，上翼緣可利用面板的寬度按B=ε2b確定，其中b=2350mm，按l0/b=2*2490/2350=2.119,查的有效寬度系數(shù)ε2=0.51，B=0.51*2350=1199mm，取B=1200mm。</p><p&g

58、t;　　截面形心到腹板中心線的距離：</p><p><b>　　e= =212mm</b></p><p><b>　　截面慣性矩為：</b></p><p>　　I= =189511 mm4</p><p><b>　　截面模量為：</b></p><p

59、>　　Wmin= =2695747mm3</p><p><b>　　驗(yàn)算彎應(yīng)力為：</b></p><p>　　σ= = =21.8N/mm2<[σ]</p><p>　　由于橫隔板截面高度較大，剪切強(qiáng)度更不必驗(yàn)算。橫隔板翼緣焊縫采用hf=6mm。</p><p><b>　　8縱向連接系設(shè)計(jì)&l

60、t;/b></p><p>　　8.1荷載和內(nèi)力計(jì)算。</p><p>　　向連接系承受閘門(mén)自重。露頂式平面鋼閘門(mén)葉自重G按附錄11中的式計(jì)算：</p><p>　　G=9.8KZKCKgH1.43B0.88=9.8 1 0.13 4.51.43 90.88=75.7 KN</p><p><b>　　下游縱向連接系承受<

61、;/b></p><p>　　0.4G=0.4*75.5=30.2 KN</p><p>　　縱向連接系視作簡(jiǎn)支的平面桁架，其桁架腹板桿布置如圖所示，其節(jié)點(diǎn)荷載為</p><p><b>　　=7.55 KN</b></p><p>　　桿件內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如圖所示。</p><p>　　圖8-

62、1 縱向連接系計(jì)算圖 （單位mm）</p><p><b>　　8.2斜桿截面計(jì)算</b></p><p>　　斜桿承受最大拉力N=15.56KN，同時(shí)考慮閘門(mén)偶然扭曲時(shí)可能承受壓力，故長(zhǎng)細(xì)比的限制值應(yīng)與壓桿相同，即λ≤[λ]=200</p><p>　　選用單角鋼└100*8，由附錄三查得</p><p>　　截面面積

63、 A=15.6cm2=1560mm2</p><p>　　回轉(zhuǎn)半徑 iy0=1.98cm=19.8mm</p><p><b>　　斜桿計(jì)算長(zhǎng)度</b></p><p>　　l0=0.9 =3.01m</p><p><b>　　長(zhǎng)細(xì)比</b></p><p>　　λ= =

64、=152.02<[λ]=200</p><p><b>　　驗(yàn)算拉桿強(qiáng)度</b></p><p>　　σ= =10N/mm20.85[σ]=133 N/mm2</p><p>　　考慮單角鋼受力偏心的影響，將容許應(yīng)力降低15%進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。</p><p><b>　　9邊梁設(shè)計(jì)</b><

65、;/p><p>　　邊梁的截面形式采用單腹式，邊梁的截面尺寸按照構(gòu)造要求確定，即截面高度與主梁端部高度相同，腹板厚度與主梁腹板厚度相同，為了便于安裝壓合膠木滑道，下翼緣寬度不宜小于300mm。</p><p>　　邊梁是閘門(mén)的重要受力構(gòu)件，由于受力情況復(fù)雜，故在設(shè)計(jì)時(shí)可將容許應(yīng)力降低20%為考慮受扭影響的安全儲(chǔ)備。</p><p>　　圖9-1 邊梁截面（單位mm）&l

66、t;/p><p>　　9．1荷載和內(nèi)力計(jì)算。</p><p>　　在閘門(mén)每側(cè)邊梁上各設(shè)兩個(gè)膠木滑道。其布置尺寸如圖所示。</p><p>　　圖9-2 邊梁計(jì)算圖</p><p>　　水平荷載。主要是主梁傳來(lái)的水平荷載，還有水平次梁和頂、底梁傳來(lái)的水平荷載。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，可假定這些荷載由主梁傳給邊梁。每個(gè)邊梁作用于邊梁的荷載為R=226KN<

67、;/p><p>　　豎向荷載。有閘門(mén)自重、滑道摩阻力、止水摩阻力、起吊力等</p><p>　　上滑塊所受的壓力 R1= =174 KN</p><p>　　下滑塊所受的壓力 R2=452-174=278 KN</p><p>　　最大彎矩 Mmax=174 0.7=121.88 KN*m</p><

68、;p>　　最大剪力 Vmax=R1=174 KN</p><p>　　最大軸向力為作用在一個(gè)邊梁上的起吊力，估計(jì)為200KN。在最大彎矩作用截面上的軸力為N=200-R1f=200-174 0.12=179.12KN。</p><p>　　9.2邊梁的強(qiáng)度驗(yàn)算</p><p>　　截面面積 A=580 10+2 30

69、0 14=14200mm2</p><p>　　面積矩 Smax=14 300 297+10 290 150=1682400mm3</p><p>　　截面慣性矩 I= +2 300 14 2972=903548933mm4</p><p>　　截面模量 W= =2877544mm3</p><

70、;p>　　截面邊緣最大應(yīng)力驗(yàn)算</p><p>　　σmax= = + </p><p>　　=12.6+42.4=55N/mm2<0.8[σ]=0.8 160=128N/mm2</p><p><b>　　腹板最大剪應(yīng)力驗(yàn)算</b></p><p><b>　　τ= = </b><

71、;/p><p>　　=32N/mm2<0.8[τ]=0.8 95=76 N/mm2</p><p>　　腹板與下翼緣連接處折算應(yīng)力驗(yàn)算</p><p>　　σ= =12.6+42.4 =52 N/mm2</p><p>　　τ= = =24 N/mm2</p><p><b>　　σ2h= = </b

72、></p><p>　　=57 N/mm2<0.8[σ]=0.8 160=128 N/mm2</p><p>　　以上驗(yàn)算均滿足強(qiáng)度要求。</p><p><b>　　10行走支梁設(shè)計(jì)</b></p><p>　　膠木滑塊的計(jì)算：滑塊位置如圖所示，下滑塊受力最大，其值為R2=278KN。設(shè)滑塊長(zhǎng)度為300mm

73、，則滑塊單位長(zhǎng)度的承壓力為</p><p>　　q= =927 N/mm</p><p>　　由所計(jì)算的q，查表7-2得軌道頂弧面半徑R=100mm，軌道設(shè)計(jì)寬度b=25mm，膠木軌道與軌頂弧面的接觸應(yīng)力為</p><p>　　σmax=104 =104 =317 N/mm2≤[σ]=500 N/mm2</p><p>　　選定膠木滑道高30

74、mm，寬120mm，長(zhǎng)300mm</p><p>　　11.膠木滑塊軌道設(shè)計(jì)</p><p>　　11.1確定軌道底板的寬度</p><p>　　軌道底板寬度按混凝土承壓強(qiáng)度確定。根據(jù)C20混凝土由附錄10表2查的混凝土的容許承壓應(yīng)力為[σh]=7 N/mm2，則所需的軌道底板寬度為</p><p>　　Bh= = =132mm，取Bh=14

75、0mm</p><p><b>　　故軌道底面壓應(yīng)力為</b></p><p>　　σh= =6.6 N/mm2 </p><p>　　圖10-1 膠木滑塊支承軌道截面（單位mm）</p><p>　　11.2確定軌道底板厚度</p><p>　　軌道底板厚度δ按其彎曲強(qiáng)度確定。軌道底板的最大彎應(yīng)

76、力為</p><p>　　σ=3σh ≤ [σ]</p><p>　　式中軌道底板的懸臂長(zhǎng)度c=102.5mm，對(duì)于Q235鋼，查得[σ]=100 N/mm2。故所需軌道底板厚度為</p><p>　　t= = =46mm取t=50mm</p><p>　　12閘門(mén)啟閉力和吊座計(jì)算</p><p><b>　

77、　12.1啟門(mén)力計(jì)算</b></p><p>　　T起=1.1G+1.2（TZd+TZs）+Px</p><p>　　其中閘門(mén)自重 G=75.7KN</p><p>　　滑道摩阻力 TZd=fP=0.12 904.4=109 KN</p><p>　　止水摩阻力 TZS=2fbHp<

78、;/p><p>　　因?yàn)橄鹌ぶ顾c鋼板的摩擦系數(shù) f=0.65</p><p>　　橡皮止水的受壓寬度取為 b=0.06m</p><p>　　每邊側(cè)止水受水壓長(zhǎng)度 H=4.5m</p><p>　　側(cè)止水平均壓強(qiáng) p=21.38 KN/m2</p><p>　　故

79、 TZS=2 0.65 0.06 4.5 21.38=7.5 KN</p><p>　　下吸力Px底止水橡皮采用I110-16型，規(guī)格為寬16mm、長(zhǎng)110mm。底止水沿門(mén)跨長(zhǎng)9.4m。根據(jù)《水利水電工程鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范》：?jiǎn)㈤T(mén)時(shí)閘門(mén)底緣平均下吸強(qiáng)度一般按20 KN/m2計(jì)算，則下吸力為</p><p>　　Px=20 9.4 0.016=3 KN</p><p

80、><b>　　故閘門(mén)啟門(mén)力為</b></p><p>　　T起=1.1G+1.2（TZd+TZs）+Px</p><p>　　=1.1 75.7+1.2 (109+7.5)+3=319.27 KN</p><p><b>　　12.2閉門(mén)力計(jì)算</b></p><p>　　T閉=1.2（TZd

81、+TZs）-0.9G</p><p>　　=1.2 (109+7.5)-0.9 75.7=72 KN</p><p>　　顯然僅靠閘門(mén)自重是不能關(guān)閉閘門(mén)的。由于該溢洪道閘門(mén)孔口較多，若把閘門(mén)行走支承改為滾輪，則邊梁需由單腹式改為雙腹式，加上增設(shè)滾輪等設(shè)備，則總造價(jià)增加較多。為此，應(yīng)考慮采用一個(gè)總量為200KKN的加載梁，在關(guān)閉時(shí)可以依次對(duì)需要關(guān)閉的閘門(mén)加載下壓關(guān)閉。</p>

82、<p>　　12.3吊軸和吊耳驗(yàn)算</p><p>　　圖12-1 吊軸和吊耳板（單位mm）</p><p><b>　?。?）吊軸</b></p><p>　　采用Q235鋼，由第二章表2-8查得[τ]=65 KN/mm2,采用雙吊點(diǎn)，每邊起吊力為</p><p>　　P=1.2 =1.2 =191.6 KN

83、</p><p>　　吊軸每邊剪力 V= =96 KN</p><p>　　需要吊軸截面積 A= = =1477mm2</p><p>　　又 A= =0.785d2</p><p>　　故吊軸直徑 d≥ = =43.3mm，故d=80mm</p>&l

84、t;p>　?。?）吊耳板強(qiáng)度驗(yàn)算</p><p>　　按局部緊接承壓條件，吊耳板需要厚度按下式計(jì)算，由第二章表2-8查得Q235鋼的[σcj]=80 N/mm2,故</p><p>　　t= = =30mm</p><p>　　因此在邊梁腹板上端部分的兩側(cè)各焊一塊厚度為15mm的軸承板。軸承板采用圓形，其直徑取為3d=3 80=240mm</p>

85、<p>　　吊耳孔壁拉應(yīng)力按下式計(jì)算 </p><p>　　σk=σcj ≤0.8[σk]</p><p>　　式中 σcj= = =60 N/mm2，吊耳板半徑R=120mm，軸孔半徑r=40mm，又查附表1.7得[σk]=120 N/mm2，所以孔壁拉應(yīng)力</p><p>　　σk=60 =75 N/mm2<0.8 120=96 N/mm2&

86、lt;/p><p><b>　　故滿足要求。</b></p><p><b>　　13攔污柵的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　13.1攔污柵的形式和構(gòu)造</p><p>　　采用固定式攔污柵，放置方式采用垂直放置。如圖所示。</p><p>　　尺寸（寬 高）：9m 4.5m&

87、lt;/p><p><b>　　水頭：2m</b></p><p>　　圖13-1固定式攔污柵構(gòu)造圖</p><p><b>　　13.2柵面結(jié)構(gòu)</b></p><p>　?。?）攔污柵的珊面由垂直放置的金屬柵條互相連接而成，連接方式為焊接。每片柵條選用長(zhǎng)2.35m，厚t=10mm，高h(yuǎn)=100mm。

88、一共用兩塊攔污柵，兩塊攔污柵在豎直方向連接，每塊攔污柵在豎直方向長(zhǎng)2.35m，每塊攔污柵的尺寸祥圖如下。攔污柵柵條之間的空隙尺寸根據(jù)雜物及水輪機(jī)的導(dǎo)水機(jī)或噴嘴確定，攔污柵的柵條空隙為30mm。每塊攔污柵用了236片柵條，2根主梁。</p><p>　　圖13-1 柵條橫截面尺寸（左）和一塊攔污柵尺寸（右）</p><p><b>　?。?）主梁的選擇</b></

89、p><p>　　攔污柵上的水壓強(qiáng) p=ρgh=9.8 2=19.6 KN/mm2</p><p>　　一塊攔污柵受的水壓力</p><p>　　P=236 pS柵條=236 19.6 2.35 0.01=108.8 KN</p><p>　　每根主梁承受的壓力 q主= = =5.2 KN/m</p><p>　　主梁的

90、最大彎矩 Mmax= q主L2= 5.2 9.42=229.7 KN*m</p><p>　　截面抵抗模量 W= = =1435625 mm3=1436cm3</p><p>　　查附錄3工字鋼表選用工字鋼I45b，其中Wx=1500.4cm3</p><p>　　13.3柵欄整體穩(wěn)定性驗(yàn)算</p><p>　　E=2

91、.06 10^5 N/mm2 G=0.79 10^5 N/mm2 l=1600mm</p><p>　　柵條截面對(duì)Y軸的慣性矩：</p><p>　　Iy= ht3= 100 103=8.3 103 mm4</p><p>　　柵條截面的抗扭慣性矩：</p><p>　　Id= ht3= 100 103=33.3 103 mm

92、4</p><p><b>　　= </b></p><p>　　=21.2 108 N*mm2</p><p>　　柵條單位長(zhǎng)度荷載 q=9.8 103 2 0.01=0.196 N/mm</p><p>　　受均布荷載的簡(jiǎn)支梁，其臨界荷載</p><p>　　PL= = 21.2 108=2.

93、34 104 N</p><p>　　因?yàn)?kql=2 0.195 1600=0.62 103 N，（k整體穩(wěn)定安全系數(shù)取2）</p><p>　　而 PL>kql</p><p>　　所以該設(shè)計(jì)滿足穩(wěn)定性要求。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>

94、　　鋼閘門(mén)和攔污柵均是水工建筑物重要的設(shè)施，對(duì)維持水庫(kù)和水電站的正常運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。我們經(jīng)過(guò)了一學(xué)期的水工鋼結(jié)構(gòu)的課程學(xué)習(xí)，對(duì)理論知識(shí)都有所掌握，通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)讓我們很好的將理論和實(shí)際相結(jié)合，對(duì)知識(shí)進(jìn)行鞏固。這次課程設(shè)計(jì)也讓我對(duì)閘門(mén)和攔污柵的結(jié)構(gòu)形式，布置方式有了更進(jìn)一步的了解，加深了對(duì)水工鋼閘門(mén)的設(shè)計(jì)規(guī)范的認(rèn)識(shí)；通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)也讓我明白，對(duì)一個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并不單單是力學(xué)的分析與運(yùn)算，要獲得一個(gè)質(zhì)優(yōu)的結(jié)構(gòu)，還必須熟悉結(jié)構(gòu)

95、的使用要求，了解結(jié)構(gòu)的工作狀況，需要掌握剛才在各種因素影響下的工作性能以及構(gòu)造方面的要求。也讓我明白工程中的許多問(wèn)題不是全部能借助現(xiàn)有的公式就能解決的，往往還需要有豐富的工程實(shí)踐知識(shí)的積累，如進(jìn)行全面的規(guī)劃，作出合理的總體結(jié)構(gòu)布置和進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)選型等，然后才能設(shè)計(jì)構(gòu)件，進(jìn)行構(gòu)造處理，并確定必要的制造工藝和安裝方法。這次課程設(shè)計(jì)不單單是一個(gè)課程任務(wù)，同時(shí)能夠讓我們學(xué)以致用，鞏固知識(shí)，積累經(jīng)驗(yàn)，這對(duì)我們以后的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</

96、p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　?。?］水工鋼結(jié)構(gòu)（第四版） 中國(guó)水利水電出版社 </p><p>　?。?］水工鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范SL74-95 中華人民共和國(guó)水利部發(fā)布</p><p><b>　　［3］百度文庫(kù)</b></p><p><b