《水工鋼結構》暨露頂式平面鋼閘門課程設計
一、 設計資料
某水庫溢洪道工作閘門，孔口淨寬8.0m，設計水頭h=5m，採用直公升式露頂平面鋼閘門，門頂超高取0.2m，試設計閘門門葉結構、門槽埋件、選擇啟閉機裝置。
閘門門葉採用q235鎮靜鋼，焊條e43 。側止水選用p60a型，底止水選用i110—16型。行走支承（學號為單號者，採用膠木滑道，壓合膠木為mcs—2。
學號為雙號者，採用滾輪支承）。閘墩混凝土強度等級c20。依照《水利水電工程鋼閘門設計規範》sl74—95設計。
二、 設計內容及步驟
1、 閘門結構的形式及布置
整個設計過程的關鍵，應綜合考慮各方面因素。內容包括：閘門尺寸確定，門葉上需要的各種構件、數目及所在位置，梁格的形式及連線方式，聯結系的布置和形式及邊梁與行走支承。
首先確定主梁形式、數目、位置，然後確定水平次梁及豎直次梁的形式、數目和位置。
2、面板設計
在滿足強度要求的基礎上，設計出一經濟合理的面板厚度。在主梁截面選擇之後再驗算面板的區域性彎曲與主梁整體彎曲的折算應力。
3、水平次梁、頂樑和底梁設計
水平次梁採用不等肢角鋼（單學號），槽鋼（雙學號）。頂、底梁宜採用槽鋼。在計算出各構件的內力後，選擇各梁的截面，考慮利用部分面板抗彎，將所選截面適當縮小。
之後，進行強度、剛度驗算。
4、主梁設計
採用焊接組合截面，面板兼作主梁上翼緣的有效寬度按教材
（7—11）式確定。內容包括：截面選擇、（樑高改變）、翼緣焊縫、腹板區域性穩定驗算、面板區域性彎曲與主梁整體彎曲的折算應力驗算。
若主梁高度滿足門槽寬深比=1.4--2.5的要求，可不改變樑高。
5、豎直次梁及橫向聯結系設計
橫向聯結系採用橫隔板，並兼作豎直次梁。按構造要求確定其尺寸，即截面高度、腹板厚度與主梁相同，橫隔板可不設上翼緣，其下翼緣用寬度100~200mm厚度10~12mm的扁鋼做成。因橫隔板截面尺寸大應力很小，可不進行強度驗算。
6、縱向聯結系設計
閘門自重g按教材附錄十一附式（1）計算。縱向斜桿採用等肢單角鋼其截面尺寸主要按剛度條件要求進行選擇。
7、邊梁設計
截面型式採用單腹式（適用滑動支承），雙腹式（適用滾動支承），尺寸按構造要求確定，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。對單腹式邊梁，為了便於安裝膠木滑快，下翼緣寬度不宜小於300mm。對雙腹式邊梁，為便於腹板焊接其兩腹板間距為300~400mm。
邊梁需驗算的危險截面為與主梁連線處，即求出該截面的彎矩、剪力、軸力，按拉彎構件驗算截面的強度以及抗剪強度和腹板與翼緣連線處的折算應力強度。
8、行走支承及軌道設計
①、滑動行走支承設計
滑塊每側布置兩個，由三條膠木壓入鑄鋼夾槽內，用螺栓固定在邊梁下翼緣上。根據滑塊傳遞的荷載，確定其幾何尺寸及單位長度的承壓力，並由此確定夾槽尺寸及由表（7—2）確定出支承軌道軌頂弧面半徑r及軌頭寬度b。之後，驗算滑塊與軌頂弧面的接觸應力及夾槽的強度。
膠木滑塊軌道設計
軌道通長布置，埋設在門槽內。先根據混凝土承壓強度確定出軌道底板寬度，然後按其彎曲強度確定底板厚度，最後定出軌道總高度，應大於三分之一的軌道底板寬度。
②、滾動行走支承設計
採用圓柱形滾輪，簡支滑動軸承滾動支撐。滾輪尺寸：輪徑d=300~1000mm，輪緣寬度b=80~150mm，d/d=4~6。
在上述範圍內初選d與b，後經（7—15式）驗算滾輪輪緣與軌道之間接觸應力強度，若不滿足可增大d、b值。
輪軸直徑d與輪徑之比為d/d=0.15~0.3，初定d，並經驗算。
輪軸驗算包括：彎曲應力，剪應力強度，若不滿足可加大d值。還應按（7—17式）驗算輪軸與軸承板之間的緊密接觸區域性承壓應力。
滾輪支承軌道設計
視輪壓採用三塊鋼板焊接的工字形截面，應驗算軌道底與門槽砼之間的承壓應力。為提高其剛度，可將軌道與門槽護角角鋼連線起來，並將軌道上端做成斜坡形，以便將門葉引入門槽。
9、止水、止水座、門槽金屬護角、導向裝置及軌道設計
按設計資料設計門葉兩側及底止水，上游止水座可由門槽護角兼。導向裝置可採用鑄鋼弧面滑塊和鋼板軌道，均按構造要求設定不必做結構計算。
10、閘門啟閉力計算和吊耳設計，啟閉機容量確定
閘門啟閉力依照式（7—24、25）計算。根據閘門的寬高比宜採用雙吊點，吊耳可設在邊梁頂部（適用滾動行走支承，但需加設軸承板）或橫隔板與頂樑相交處（需另設吊耳板，適用滑動行走支承）。由啟吊力設計吊軸直徑及初估吊耳板尺寸，之後由（7—26、27）式驗算吊耳板孔壁區域性緊接承壓應力和孔壁拉應力。
由啟門力選擇雙吊點電動捲揚式啟閉機及容量
三、設計成果及要求
1、露頂式平面鋼閘門設計計算說明書1份。
2、設計圖紙1張。
內容包括：門葉上、下游立檢視，側檢視，俯檢視（包括門槽寬深比及行走支承和導向裝置預埋軌道、護角、止水），材料表（將構件依次編號逐項填入表中，包括名稱、形狀、規格、數量），說明（提出對鋼材、焊條、螺栓、止水、膠木、混凝土的材質要求和型號及標號）。
3、圖紙採用50×75cm公尺格計算紙，製圖比例1：25。
四、時間安排（共一周時間）
第一天閘門結構的形式及布置，面板設計，水平次梁，頂、底梁設計。
第二天主梁設計，橫、縱向聯結系設計。
第三天邊梁設計，行走支承及軌道設計。
第四天止水、止水座，門槽埋件，導向裝置，啟閉力，吊耳板設計，啟閉機容量選擇。
第五天整理計算說明書，畫圖。
第六天畫圖
第七天交設計成果
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