第PAGE第1頁目錄一．小型潛孔式平面鋼閘門1、設(shè)計資料及有關(guān)規(guī)定 22、閘門結(jié)構(gòu)的形式及布置 23、面板設(shè)計 34、水平次梁、頂梁和底梁地設(shè)計 45、主梁設(shè)計 66、橫隔板設(shè)計 97、縱向連接系 108、邊梁設(shè)計 119、行走支承設(shè)計 1210、軌道設(shè)計 1311、止水布置方式 1412、埋固構(gòu)件 1413、閘門啟閉力 1414、閘門的啟閉機(jī)械 16二．固定式平面攔污柵1、基本資料 192、攔污柵的結(jié)構(gòu)布置 193、柵面結(jié)構(gòu) 194、梁格設(shè)計 20鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計第PAGE第3頁一、設(shè)計資料及有關(guān)規(guī)定1、閘門形式：潛孔式平面鋼閘門2、孔口尺寸（寬×高）：7.0m×4.0m3、上游水位：64m、下游水位：0m、閘底高程：0m6、啟閉方式：電動固定式啟閉機(jī)7、材料：鋼結(jié)構(gòu)：Q235-A.F焊條：E43型行走支承：采用滾輪支承止水橡皮：側(cè)止水和頂止水用P型橡皮，底止水用條型橡皮8、制造條件：金屬結(jié)構(gòu)制造廠制造，手工電弧焊，滿足Ⅲ級焊縫質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)。9、規(guī)范：《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范SL1974-2005》二、閘門結(jié)構(gòu)的形式及布置1、閘門尺寸的確定閘門高度：4.2m閘門的荷載跨度為兩止水的間距：7.0m閘門計算跨度：7+2×0.22=7.44m設(shè)計水頭：64m646442、主梁的數(shù)目及形式主梁是閘門的主要受力構(gòu)件，其數(shù)目主要取決于閘門的尺寸。因為閘門跨度L=7m,閘門高度H=4m,L≥1.5H。所以閘門采用2根主梁。本閘門決定采用實腹式組合梁。3、主梁的布置本閘門為高水頭的深孔閘門，主梁的位置可按主梁均勻間隔來布置。設(shè)計時按最下面的那根受力最大的主梁來設(shè)計，各主梁采用相同的截面尺寸。4、梁格的布置及形式梁格采用復(fù)式布置與等高連接，水平次梁穿過橫隔板上的預(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)均勻，以減少計算量。5、連接系的布置與形式51.24m，兼作豎直次粱。三、面板設(shè)計根據(jù)《鋼閘門設(shè)計規(guī)范S74—95》關(guān)于面板的設(shè)計，先估算面板厚度，在主梁截面選擇以后再驗算面板的局部彎曲與主梁整體彎曲的折算應(yīng)力。1、估算面板厚度2b/a≤3，a=1.5,則b/a>3，a=1.4,則現(xiàn)列表1計算如下：表1區(qū)格a(mm)b(mm)b/akp[N/mm2]kpt(mm)192012301.340.4220.5940.50131.34291012301.350.4240.6040.50631.31391012301.350.4240.6130.51031.56491012301.350.4240.6330.51832.05根據(jù)上表計算，選用面板厚度t=33mm鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計第PAGE第8頁2、面板與梁格的連接計算已知面板厚度t=33mm,并且近似地取板中最大彎應(yīng)力σ部擾曲時產(chǎn)生的垂直于焊縫長度方向的橫向拉力P為：

=[σ]=160N/mm2,則面板局maxP0.07t

0.0733160369.6Nmm2max面板與主梁連接焊縫方向單位長度內(nèi)的剪力：VS 4410062033306T 85.374Nmm2I 216170000000面板與主梁連接的焊縫厚度：P2P2T2h /(0.7w)f t16828702 (0.7115)16828702面板與梁格連接焊縫厚度取起最小厚度 hf四、水平次梁，頂梁和底梁地設(shè)計1、荷載與內(nèi)力驗算水平次梁和頂、底梁都是支承在橫隔板上的連續(xù)梁，作用在它們上面的水壓力可按下式計算，即2

qpa a上下2上下梁號梁號強(qiáng)度Paa上 下2qpa a上 下2（kN/mm）梁間距（m）2（m）(kN/m)1(頂梁)2（主梁）588598.910.51294598.93（水平次梁）608.611608.64（主梁）618.411618.415（底梁）627.21627.2由列表計算后得q2747.1kN/m61.24m，水平次梁彎曲時的邊跨彎距為: 支座B處的負(fù)彎距： M

0.042ql20.042608.61.24222.5kNm次中次B608.6kN/m0.083ql30.083608.61.24377.7kN次B608.6kN/m2、截面選擇

WM

77.7106160

485625mm3考慮利用面板作為次梁截面的一部分，初選［32b,由附錄查得：A=5510mm2； W=509012mm3； I=81442000mm4；b=90mm；d=10mmx x 1面板參加次梁工作的有效寬度分別按下式計算，然后取其中較小值。Bb160t9060332070mmB=ξB=ξ

b (對跨間正彎距段)1b （對支座負(fù)彎距段）2bb 10001000按11號梁計算，梁間距 b

122 2 對于第一跨中正彎距段：l=0.8l=0.8×1240=992(mm)0對于支座負(fù)彎距段：l=0.4l＝0.4×1240＝496(mm)0l/b7-1：0對于l/b＝992/1000＝0.992 得0

＝0.40，1得B=ξ

b＝400(mm)1對于l/b＝496/1000＝0.496 得0

＝0.16，2得B=ξ

b＝160(mm)2B＝400mm,（如圖:A=5510+400×33=18710(mm2)組合截面形心到槽鋼中心線得距離:40033176.5e18710

124.5mm跨中組合截面的慣性距及截面模量為：I ＝81442000+5510×124.52+400×33×522次中＝202541177.5(mm4)202541177.5Wmin

284.5 71146.5mm3對支座段選用B＝160mm，則組合截面面:A=5510+16033=10790(mm2)組合截面形心到槽鋼中心線得距離：16033176.5e 86.4mm10790支座初組合截面的慣性距及截面模量為：慣性距：I次B

81442000551086.421603390.12165437002.4mm4截面模量：

Wmin

165437002.4246.4

671416.5mm3水平次梁的強(qiáng)度驗算BB即: M次次 W

77.7106 115.7N/mm2160N/mm2,671416.5min說明水平次梁選用[32b滿足要求。軋成梁的剪應(yīng)力一般很小，可不必驗算。水平次梁的撓度驗算受均布荷載的等跨連續(xù)梁，最大撓度發(fā)生在便跨，由于水平次梁在B支座處截面的彎距

=77.7kNm,則邊跨撓度可近似地按下式計算：次BBw5ql3M次lBl 384 EI次

16EI次 5608.612403 77.710612403852.06105202541177.5 162.06105202541177.5w 1 2.17104 0.004 l 250故水平次梁選用[32b度和剛度要求。五、主梁設(shè)計（一）設(shè)計資料主梁跨度：凈跨（孔口凈寬）L＝7.0mL＝7.44m；L=7m；0 1主梁荷載：qPn1215.2kNm橫向隔板間距：1.24m主梁容許撓度：[W]=L/600（二）主梁設(shè)計1、截面選擇彎距：Mmax

1215.27(7.447)8378.8Nm2 2 4剪力：

ql 1215.27Vmax

1 4253.2kN2 2Q235σ]=160N/mm2應(yīng)力的影響，取容許應(yīng)力[σ]=0.9×160=144N/mm2，則需要的截面模量為：MW= max

8378.810058186cm3。] 1440.1腹板高度選擇：按剛度要求的最小梁高（變截面梁）為：Lhmin0.960.23Ewl2.061076000.960.231442.06107600經(jīng)濟(jì)梁高： hec

3.1W253.15818625249.6cm由于鋼閘門中的橫向隔板重量將隨主梁增高而增加，故主梁高度宜選得比hec

為小，但hh＝240cm。min 0（4）腹板厚度選擇 t h/11 240/11選用t＝4cmw w（5）翼緣截面選擇：每個翼緣需要截面為0AWtwh0

58186 4240 82.4cm2,1 h 6 240 60下翼緣采用 t=2cm（符合鋼板規(guī)格）1b=60cm（h/2.5~h/5=96~48）。1上翼緣的部分截面積可利用面板，故只需設(shè)置較小的翼緣板同面板相連，t＝2cm，b＝14cm，1 1面板兼作主梁上翼緣的有效高度為B＝b+60δ＝14+60×3.3＝212(cm)1上翼緣截面面積A=14×2.0+212×3.3=727.6(cm2)1(6)彎應(yīng)力強(qiáng)度驗算截面形心距：Ay'1yA1

15111883.6cm,1807.6截面慣性距：30Itwh30

42403Ay2 974551712 1214353517cm4截面抵抗距：上翼緣頂邊

I 14353517 171692.8cm3, max y1

83.6下翼緣底邊

I 14353517 87681.8cm3, min y2

163.7彎應(yīng)力：

MmaxW

8378.8100 9.56kN/cm20.91614.4kN/cm2（安全）87681.8min面板部分212×3.3699.61.651154-81.954280411上翼緣14×2284.3120-79.3159903腹板240×4960125.312028841.71981330下翼緣60×2120246.329556162.73323873合計1807.615111897455173部位3部位截面尺寸 截面面積（cmcm）各型心離面板表面距離y′（cm）Ay′各型心離中和軸距離y=y′-y(cm)1Ay2A(cm2)（cm）3(cm)42、截面改變（）hs0.6h144cm。梁高開始改變的位置取在鄰近支承端的0 0橫向隔板下翼緣的外側(cè)，離開支承端的距離為124－10=114cm4部位截面尺寸部位截面尺寸（cmcm）截面面積A(cm)2各型心離面板表面距離y′（cm）1各型心離中Ay′和軸距離Ay2（cm3）y=y′(cm4)-y(cm)面板部分212×3.3699.61.651154-43.151302601上翼緣14×2284.3120-40.545927腹板144×457677.34452532.5608400下翼緣60×2120150.318036105.51335630合計1423.6638363292558鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計第PAGE第9頁Ay'

63836截面形心距：y1

A1423.644.8cm,截面慣性距：I0

3.3144312

32925584113703.6cm4截面下半部對中和軸的面積距：S120105.5104.54.0

2

34500.5cm3,剪應(yīng)力：

VItV

S 4253.234500.5 8.91kN/cm2[]9.5kN/cm2411370340w3、翼緣焊縫hV＝4253.2kN。I=4113703.6cm4，f max 0上翼緣對中和軸的面積距： S=699.5×43.15＋28×40.5=31317.4(cm3)1下翼緣對中和軸的面積距： S=120×105.5＝12660(cm3)﹤S需要

2 11VS 4253.231317.4 20mm1f 1.4If] 1.44113703.611.30 wt角焊縫最小厚度 htf

9.5mm40全梁的上下翼緣焊縫都采用 h＝21mm。40f六、橫隔板設(shè)計1、荷載和內(nèi)力計算橫隔板同時兼作豎直次粱，主要承受水平次粱、底梁和頂梁傳來的集中荷載以及面板傳來的分布荷載，則每片橫隔板在上懸臂的最大負(fù)彎矩為：9.81M 1.24 367.6kNm2 22、橫隔板和截面選擇和強(qiáng)度驗算腹板選用與主梁腹板同高，采用2400mm×20mm，上翼緣利用面板，下翼緣采用200mm×10mm的扁鋼，上翼緣可利用面板的寬度公式按式B＝ξ

b確定其中b=1240mm,2l/b=2×1/1.24=1.61,查表得ξ＝0 20.46，則B=0.46×1240=570mm，取B＝570mm。計算如圖所示截面幾何特性。截面型心到腹板中心線距離570331221.5200101221.5e 5703324002020010298mm鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計第PAGE第16頁截面慣性距：2024003I 2024002982200101503233570918.524.771010mm40 12截面模量： Wmin

4.771010 31631299.7mm31508M 367.6106驗算應(yīng)力： 11.6N/mm2[]Wmin

31631299.7h＝8mm。f七、縱向連接系1、荷載和內(nèi)力計算縱向連接系承受閘門自重。潛孔式平面鋼閘門門葉自重按下式計算G0.073KKK123

A0.93H0.799.80.07311.11.23280.93640.799.8573.5kNS則下游縱向連接系承受0.4G=229.4KN縱向連接系視作平面簡支桁架，其結(jié)點荷載為2、斜桿截面計算

229.438.2kN6斜桿承受的最大的拉力為N 219.1135.2kN同時考慮閘門偶然扭矩時可能成的壓力，故細(xì)長比的限制應(yīng)該與壓桿相同。即[]150。選用單角鋼L100×8，由附錄三表2查得：截面面積A15.6cm21560mm2 回轉(zhuǎn)半徑i1.2420.42

1.98cm19.8mm斜桿計算長度 l0

0.9

1.48m長細(xì)比

l 1.4810374.7[]1500i 19.80y0 N Nmm Nmm驗算拉桿強(qiáng)度 86.7 / 2]133 / 21560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)度驗算。3.斜桿與結(jié)點板的連接計算（略）。八、邊梁設(shè)計邊梁的截面形式采用雙腹式，邊梁的截面尺寸按構(gòu)造要求確定，即截面高度與主梁端部門每側(cè)邊梁上各設(shè)兩個滾輪。20%慮受扭影響的安全儲備。1、荷載和內(nèi)力計算2面。每個主輪受力為2126.6kN。具體計算根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器。M=2126.6kN/mmaxV=4253.2kNmax最大軸向力為作用在邊梁上的一個起吊力，估為2300kN在最大彎矩作用截面上軸向力為：N=2300-4253.2×0.1=1874.68kN2、邊梁強(qiáng)度驗算截面面積A=490×35+150×20×2+40×1460×2=140020(mm2) y=700mm1上半部分對中和軸的面積矩S1=35×490×(700?17.5)+40×(700?35)2=29393875mm3下半部分對中和軸的面積矩S=2×150×20×1490?700+10+2×(1490?700)2×40÷22=30111000mm3截面慣性距：I=3.31176×1010 mm4截面模量：I 3.311761010W76661049mm3y 432截面邊緣最大應(yīng)力驗算： N

1874.68103 2126.6106max max

A W 140020 7666104913.427.741.1N/mm20.8[]0.8160128N/mm2腹板最大剪應(yīng)力驗算：VmaxV

Smaz

4253.210230111000 9.7N/mm2]0.89576N/mm2It 3.31176×101040w均滿足強(qiáng)度要求九、行走支承設(shè)計D=900mm,b=150mm,d=200mm,b=250mm，；ZG35GrlMo.1滾輪驗算圓柱形滾輪與平面軌道接觸應(yīng)力：max

0.418 0.418 1064.9N/mm23fPEtbRPEtbR2126.61032.06105150450

33901170N/mm2P：一個輪子的計算壓力，N；b、R：輪緣寬度和輪半徑，mm；lE：材料的彈性模量，N/mm2；f：屈服強(qiáng)度，N/mm2。y軸和軸套間接觸應(yīng)力：d：軸的直徑，mm；b：軸套的工作長度，mm；1[σ ]：滑動軸套的容許應(yīng)力，N/mm2。cg輪軸與軸承板間局部承壓應(yīng)力N：軸承板所受的壓力軸承l(wèi)板疊總厚度，mm；[σ

]：容許應(yīng)力，N/mm2。cj以上計算均滿足強(qiáng)度要求。十、軌道設(shè)計滾輪荷載R=2092.3kN,混凝土為C25,其[σ2。軌道材料為35Mn2,軌道選I56c,由附錄三表4查得：W=2551100mm3； I=714300000mm4；b=170mm；t=16.5mm x x wEI3EI3EbhXa3.3

3.320600071430000010121.4mm3 30000170P 2126600 1.2N/mm2h ab 10121.4170

9N/mm2h2、軌道局部承壓應(yīng)力：I3tI3tXfba3.31

16.5 1158.7mmP 2126600 111.2N/mm2

150N/mm2cd故滿足要求。

at1fb

1158.716.5 cd十一、止水布置方式PP布置方式如圖十二、埋固構(gòu)件側(cè)止水座 底止水十三、閘門啟閉力和吊座計算1、啟門力、閉門力計算閘門自重G=573.5kN 滾動摩擦阻力:T W(zd R

rf1

）491.4kNk止水摩阻力tT2fbHp20.60.064672.2193.6kN P=0KNtzs閉門力 T閉

1.2(Tzd

T)-0.9G1.2193.60.9573.5305.9kNzs下吸力 Px

2070.0162.3kN則啟門力為：T1.1G1.2(Tr=80R=19030 50 30啟 r=80R=19030 50 30

T)Pzs

1.1573.51.2491.4193.62.31455.2kN160吊吊耳160吊吊耳板VVP吊軸采用Q235鋼，查得[]65kN/mm2，采用雙吊點，每邊起吊力為T 1455.2P1.2P 873.1

啟1.2 2 2吊軸每邊剪力 V436.5kN2 2V 436.5103 d2需要吊軸截面積 A

6715.4mm2

A

0.785d2] 65 4A0.7856715.40.785故吊軸直徑 d 87mm （A0.7856715.40.785吊耳板強(qiáng)度驗算按局部緊接承壓條件，吊耳板需要厚度按式計算，查得Q235鋼的[

]80N/mm2，故cjP 873.1103t 68.2mmt=50mmd

] 16080cj軸承采用正方形，其邊長取為b(1.4~2.5)d224~400mm，取b=380mmP 873.1103

吊耳孔壁強(qiáng)度驗算：

70N/mm2td 68.2160

80N/mm2吊耳孔壁拉應(yīng)力按式k

R2r2]cjR2r2 k其中，吊耳板半徑Rb190mm，軸孔半徑rd80mm，所以孔壁拉應(yīng)力：2 21902702 7091N/mm20.812096N/mm2k 1902702故滿足要求。十四、閘門的啟閉機(jī)械1455.2kN，PKY-3200/1600-12號的啟閉機(jī)。QPKY系列——平面快速閘門液壓啟閉機(jī)QPKY14游快速事故閘門的啟閉，也可用于一般平面事故閘門啟閉，本系列液壓缸按閘門利用水柱壓力或部分加重可關(guān)閉孔口而無需投運油泵電機(jī)組的條件進(jìn)行設(shè)計。型號表示方法Q P K Y □/□—□—□行程（m）啟門力持住力液壓傳動快速關(guān)閉平面閘門啟閉機(jī)表QPKY系列快速閘門液壓啟閉機(jī)基本參數(shù)序 數(shù)號 型號

持住 啟門 最大參 力 力 程F F L（KN）（KN）（KN）（KN）（m）(mm）1QPKY-60/60-8* 60608.0100502QPKY-80/80-8* 80808.0110603QPKY-100/100-8* 1001008.012563

缸內(nèi)徑徑徑缸內(nèi)計算壓力速度Vg/VqdF/F（m/min（mm） g q（MPa） ）9.99/9. Vg=99 3.0～10.39/10 8.5.3910.7/10.7 Vq=鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計第PAGE第17頁4 QPKY-125/125-8*5 QPKY-160/160-8*6 QPKY-200/200-8*7 QPKY-250/250-8*

10.6/10.69.7/9.710.29/10.2910.4/10.4

0.25～1.01251258.01401251258.0140701601608.0160702002008.0180902502508.020010032032011.522010040040011.525011050025011.530012063032011.530012080040011.5320140100050011.5320140125063011.5340150160080011.5360150200010011.54001502500125011.5*450*1803200160012.04502204000200014.55002504500250015.05602805000250016.06003006300315016.06303008000400017.0710350.5*9 QPKY-400/400-11.5*10 QPKY-500/250-11.5*11 QPKY-630/320-11.5*12 QPKY-800/400-11.5*13 QPKY-1000/500-11.5*14 QPKY-1250/630-11.5*15 QPKY-1600/800-11.5*QPKY-2000/1000-1116 .5*17 QPKY-2500/1250-11.5*QPKY-3200/1600-18 1219 QPKY-4000/2000-14.520 QPKY-4500/2500-15.021 QPKY-5000/2500-16.0QPKY-6300/3150-1622 .023 QPKY-8000/4000-17.024 QPKY-10000/5000-17.0注：*為修改后的數(shù)據(jù)

5000

17.0

800

350

10.33/10.3310.0/10.010.39/5.2810.39/5.2812.1/6.0515.09/7.5516.76/8.418.65/9.3318.16/9.118.4/9.2*26.5/13.2527.1/13.624.4/13.523.6/11.826.2/13.126.7/13.3524.6/12.3鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計第PAGE第20頁QPKYQPKY液壓缸結(jié)構(gòu)圖固定式平面攔污柵一、基本資料尺寸（寬X高）：7m4m水頭：2m二、攔污柵的結(jié)構(gòu)布置攔污柵結(jié)構(gòu)布置如圖：三、柵面結(jié)構(gòu)柵面和柵條連接方式選用焊接固定，以開有槽口的肋片與柵條相焊接。1、強(qiáng)度計算，確定柵條的