钢闸门及启闭机水工金属结构及电气设计

钢闸门及启闭机水工金属结构及电气设计

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时间:2018-08-03

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1、金属结构及电气设计1金属结构本设计涉及的金属结构包括钢闸门及启闭机。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。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=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,

2、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。

3、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。※27※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※27※梁格采用复式布置和等高连接,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

4、受力,形成梁截面的一部分,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、2.175m,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

5、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。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※27※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:;因此作用在主梁上的最大剪力和弯矩分别为:;t·m。②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:。③腹板高度选择按刚度要求的最小梁高(变截面梁

6、)为:。(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:;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:;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※27※按剪切强度要求:;按局部稳定要求:,选用δ=1.0cm。⑤翼缘截面选择每个翼缘需要截面积为:;下翼缘选用b1=30cm,在之间,需要,选用t=2cm,符合钢板规格。下翼缘截面积:A1下,上翼缘的部分截面积可利用面板,故只需设置较小的上翼缘板同面板相连接,选用t=2cm,b1

7、=14cm。面板兼做主梁上翼缘的有效宽度取为:;上翼缘截面积:A1上。弯应力强度验算:主梁跨中截面的几何特性图如下:图9-3主梁跨中截面截面形心矩:;※27※截面惯性矩:I=444507cm4截面抵抗矩:上翼缘顶边;下翼缘底边;弯应力:<0.9[σ]=1440kg/cm²。表9-1主梁截面几何特性表部位截面长(cm)截面厚(cm)截面面积A(cm²)各形心离面板表面距离y´(cm)Ay´(cm³)截面形心距y1(cm)各形心离中和轴距离y=y´-y1(cm)Ay²(cm³)面板部分620.8460.418448.7-48.3115855上翼缘板

8、142281.850.4-46.961668腹板部分100110052.852804.11657下翼缘板30260103.8622855.118196

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