水工金属结构设计

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1、水工金属结构设计9.金属结构及电气设计9.1金属结构本设计涉及的金属结构包括钢闸门及启闭机。9.1.1平面钢闸门设计设计选用平面钢闸门，平面钢闸门与其他形式闸门相比有以下优点：结构简单，制造与安装容易，而且工作量小；结构刚度大，工作可靠，运行维护费用低，可提到水面以上检修；操作简单、迅速，安全，有互换性；应用范广泛，可在各类水利水电工程及通航枢纽中，用作工作闸门、事故闸门、检修闸门及施工导流闸门。9.1.1.1平面钢闸门结构型式及布置1、闸门尺寸的确定根据闸孔尺寸为10.0×6.0m，确定闸门两侧止水间距为L1=

2、10.0m，计算跨度为孔口宽度+支撑中心至闸墩侧面的距离的两倍，取为L=10.55m，闸门的高度为孔口高度H=6.0m。2、主梁的型式主梁是闸门最主要的承力构件，其数量主要取决于闸门的尺寸和水头的大小。对于闸门跨度L较大，而门高H较小（L≥1.5H）的露顶闸门，主梁数目一般为两根。本闸门跨度为10.0m，高度为6.0m，10.0/6.0≥1.5，因此确定为双主梁闸门。属于中等跨度闸门，为了便于制造和维护，设计采用实辅式组合粱。3、主梁的布置为使两主梁在设计水位时所受的水压力相等，两个主梁的位置对称于水压力合力的作

3、用线，如图9-1所示。主梁位置还需要满足下列要求：①主梁的间距应尽量大些，以保证闸门的竖向刚度。②闸门的上悬臂c不易过长，通常要求c≤0.45H，以保证门顶悬臂部分有足够的刚度。悬臂c值也不宜超过3.5m。※1※③主梁间距应满足滚轮行走支承布置的要求。④工作闸门的下主梁距平面闸槛的高度应不至于产生真空现象，并要求下悬臂a≥0.12H和a≥0.4m，取：a=0.12×6≈0.7m，c=0.45×6=2.7m；主梁间距：2b=H-c-a=6-2.7-0.7=2.6m；图9-1梁格布置尺寸4、梁格的布置及型式梁格采用复

4、式布置和等高连接，使水平次梁、竖直次梁和主梁的前翼缘都直接与面板相连，以便于梁系与面板形成强固的整体，面板可与梁系共同受力，形成梁截面※2※的一部分，从而减少梁系的用钢量。水平次梁穿过横隔板上的预留孔并被横隔板支承成为连续梁，面板直接支承在梁格的上翼缘上。水平次梁间距布置上疏下密，使面板需要的厚度大致相等。具体数据见“面板设计”一节。5、联接系的型式及布置①横向联接系为了简化闸门的制造、横向联接系采用横隔板式，其布置应和梁的设计跨度有关，本闸门根据主梁的跨度决定布置三道横隔板，间距为2.18m、2.18m、2.1

5、75m，隔板兼做竖直次梁。②纵向联接系纵向联接系设在两个主梁下翼缘的竖平面内，采用简单的斜杆式桁架。6、边梁和行走支承部分因闸门的水头和孔口较大，设计时将轮子装设在双腹式边梁的两块腹板之间，即简支式滚轴，以避免边梁受扭。9.1.1.2主梁设计平面闸门的主梁绝大多数采用组合梁。对于主梁跨度较大的露顶闸门，为减小门槽尺寸和节约钢材，采用变截面的主梁型式。设计中主梁采用变截面的组合梁，材料选用A3钢。图9-2主梁荷载计算简图※3※1、截面选择①弯矩与剪力计算双向水压力作用在下主梁的均布荷载为：q?1.94t/m；因此作

6、用在主梁上的最大剪力和弯矩分别为：Qmax?qL11??1.94?10?9.70t；22MmaxqLL1qL12???26.92t·m。48②截面模量计算考虑钢闸门自重引起的应力影响，取容许弯应力为[σ]=0.9x1600kg/cm2，则需要的截面抵抗矩为：Mmax26.92?105W???1869cm3。[?]0.9?1600③腹板高度选择按刚度要求的最小梁高（变截面梁）为：hmin?0.96?0.23?[?]L0.9?1600?10.55?100?0.96?0.23??95.8cm。E[f/l]2.1?106

7、?1/600（0.96为考虑截面不对称影响的系数）仅对主梁自重而言，其经济梁高为：hj?k?1.5?65cm；注：翼缘截面不改变的焊接梁k=1.5，腹板厚度近似地估计为：??7?3h3?1000?7??10mm；10001000由于钢闸门中的横向隔板重量随主梁增高而增加，故主梁高度宜选得比hj小，但不小于hmin因此确定高度为100cm。④腹板厚度计算※4※3Qmax9.7?103按剪切强度要求：????1.5??0.15cm；2[?]h0950?100按局部稳定要求：??⑤翼缘截面选择每个翼缘需要截面积为：A1

8、?W118691??h0???1.0?100?2.02cm2；h061006h0hA2.02~0?40~20cm之间，需要t?1??0.07cm，2.55b130h0h~0?1.0~0.72cm，选用δ=1.0cm。100140下翼缘选用b1=30cm，在选用t=2cm，符合钢板规格。下翼缘截面积：A1下?30?2?60cm2，上翼缘的部分截面积可利用面板，故只需设置较小