鋼結構課程設計
露頂式平面鋼閘門設計
題號：31號
學院：水利與土木建築工程學院
專業：農業水利工程
姓名：武偉
學號：100613551
指導教師：趙佔彪
職稱：教授
設計完成日期：二ο一二年十二月
1、設計資料
閘門形式:露頂式平面鋼閘門
孔口淨寬：9.00 m
設計水頭：6.80 m
結構材料：q235 b-f
焊條：焊條採用e43型手工焊；
止水橡皮：側止水用p型橡皮，底止水用條形橡皮；
行走支承：採用膠木滑道，壓合膠木為mcs-2；
啟閉方式：電動固定式啟閉機；
製造條件：金屬結構製造廠製造，手工電弧焊，滿足ⅲ級焊縫質量檢驗標準；
執行規範：《水利水電工程鋼閘門設計規範》（sl74--1995）。
2、 設計步驟
2.1．閘門結構的型式及布置
2.1.1 閘門尺寸的確定
閘門高度：考慮風浪所產生的水位超高為0.2m,
故閘門高度=6.8+0.2=7(m);
閘門的荷載跨度為兩側止水的間距：;
閘門計算跨度：;
圖2.1
2.1.2 主梁的型式
主梁的型式應根據水頭和跨度大小而定，本閘門屬中等跨度，為了便於
造和維護，決定採用實腹式組合梁。
2.1.3 主梁的布置
根據閘門的高跨比，決定採用雙主梁。為使兩個主梁在設計時所受的水壓力相等，兩個梁的位置應對稱於水壓力合力的作用線並要求下懸臂、上懸臂，今取
主梁間距
則2.1.4 梁格的布置和形式
梁格採用複式布置和齊平連線，水平次梁穿過橫隔板上的預留孔並被橫隔板所支承。水平次梁為連續梁，其間距應上疏下密，使面板各區格所需要的厚度大致相等，梁格布置的具體尺寸如圖2.2所示。
2.1.5 連線系的布置和形式
（1）橫向連線系。根據主梁的跨度，決定布置3道橫隔板，其間距為2.1m,橫隔板兼作豎直次梁。
（2）縱向連線系。採用斜桿式桁架，布置在2根主梁下翼緣的豎平面內。
2.1.6 邊梁與行走支承
邊梁採用單腹式，行走支承採用膠木滑道。
圖2.2
3、面板設計
根據《水利水電工程鋼閘門設計規範》（sl74-1995）及2006修訂送審稿，關於面板的計算，先估算面板厚度，在主（次）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。
3.1估算面板厚度
初步布置梁格尺寸如圖2.2所示，面板厚度按下式計算
當，則當，則
現列表3.1進行計算。
表3.1面板厚度的估算
注：1、面板邊長a，b都從面板與粱格的連線焊縫算起，主梁上翼緣寬度取140mm;
2、區格i、vi中係數按三邊固定一邊簡支查得。
根據表3.1計算，選用面板厚度t=8㎜。
3.2面板與梁格的連線計算
面板區域性撓曲時產生的垂直與焊接長度方向的橫向
拉力p按下式計算，已知面板厚度t=8㎜,並且近似地取板中最大彎矩，則
面板與主梁連線焊縫方向單位長度內的剪力為
由式計算面板與主梁連線的焊縫厚度
面板與梁格連線焊縫取其最小厚度。
4、水平次梁、頂樑和底梁的設計
4.1 荷載與內力計算
水平次梁和頂、底梁都是支承在橫隔板的連續梁,作用在它們上面的水壓力可按下式計算，即
表63.2計算厚得
表4.1 水平次梁和頂、底梁均布荷載的計算
根據表4.1計算結果,水平次梁計算荷載取34.61kn/m,水平次梁為四跨連續梁,跨度為2.1m,如圖4.1所示.水平次梁彎曲時的邊跨中正彎矩為
支座b處的彎矩為
圖4.1 水平次梁計算簡圖和彎矩圖
4.2 截面選擇
考慮利用面板作為次梁截面的一部分,初選由附錄三附表3-6,查得
面板參加次梁翼緣工作的有效寬度分別下式計算,然後取其中的最小值。
(對跨間正彎矩段)
(對支座負彎矩段)
圖4.2 面板參加水平次梁工作後的組合載面
按5號梁計算,設梁間距
確定上式中面板的有效寬度係數時，需要知道梁彎矩零點之間的距離與梁間距b比值。
對於第一跨中正彎矩段取。對於支座負彎矩段取
。根據查表6.1，得
對於對於
第一跨中選用b=548mm,則水平次梁的組合截面面
積為(6.48)
組合截面形心到槽鋼中心線的距離
跨中組合截面的慣性矩及截面模量為
對支座選用b=300mm,則組合截面面積為
組合截面形心到槽鋼中心線的距離為
支座處組合截面的慣性矩及截面模量為
4.3 水平次梁的強度驗算
因支座b(圖6.47)處彎矩最大,而截面模量較小,故只需驗算支座b處截面的抗彎強度,即
說明水平次梁選用滿足強度要求。
軋成梁的剪應力一般很小,可不必驗算。
4.4 水平次梁的撓度驗算
水平次梁為受均布荷載的四跨連續梁,最大撓度發生在邊跨，由於水平次梁
在b支座處截面的彎矩已經求得則邊跨撓度可近似地計算為：
故水平次梁選用[18a滿足強度和剛度要求。
4.5 頂樑與底梁
頂樑所受的荷載較小，但考慮水面漂浮物的撞擊等影響，必須加強頂樑的剛
度，所以也採用[18a。
地梁也採用[18a。
5、主梁設計
5.1設計資料
5.1.1 主梁跨度(圖5.1) :淨跨(空口寬度)計算跨度,荷載跨度;
圖5.1平面鋼閘門的主梁位置和計算見圖
5.1.2 主梁荷載:
5.1.3橫隔板間距: 2.1m;
5.1.4主梁允許撓度:。
5.2.主梁設計
主梁設計包括①截面選擇；②樑高改變；③冀緣焊縫；④腹板區域性穩定算； ⑤面板區域性彎曲與主梁整體彎曲的折算應力驗算。
5.2.1 截面選擇。
1）. 彎矩與剪力。 彎矩與剪力計算式如下
2）. 需要的截面模量。已知鋼q235鋼的允許應力，考慮閘門自重引起的附加應力作用,取容許應力為,則所需的截面模量為
3）. 腹板高度選擇。按剛度要求的最小樑高（變截面梁）為
經濟樑高
由於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小，但不小於。現選用腹板高度。
4）. 腹板厚度選擇.按經驗公式計算：，
選用。5）. 翼緣截面選擇。
每個翼緣所需截面為
下翼緣選用（符合鋼板規格）
需要,選用（在之間）。
上翼緣的部分面積可利用面板,故只需設定較小的上翼緣板同面板相連,選用。
面板兼作主梁上翼緣的有效寬度取為
取上翼緣截面積為
6）. 彎應力強度驗算。
主梁跨中截面（如圖6.50）的幾何特性見表6.5。截面形心矩為
圖5.2 主梁跨中截面圖
截面慣性矩為
截面模量：
上翼緣頂邊
下翼緣底邊
彎應力安全）表5.1主梁跨中截面的幾何特性
7）．整體穩定與撓度驗算。因主梁上翼緣直接同鋼面板相連，按《鋼結構設計規範》（gb50017—2003）規定可不必驗算其整體穩定性。又因梁高大於按剛度要求的最小樑高，故梁的撓度也不必驗算。
5.2.2 截面改變
因主梁跨度較大,為減小門槽寬度和支承邊梁高度（節省鋼材），有必要將主梁支承端腹板高度減小為（如圖6.51）。
樑高開始改變的位置取在鄰近支承的橫向隔板下翼緣的外側(圖6.52),離開支承端的距離為。
圖 5.3主梁支承端截面圖
圖5.4 主梁變截面位置圖
剪下強度驗算：考慮到主梁端部的腹板及翼緣都分別同支承邊梁的腹板及翼緣相焊接，故可按工字型截面來驗算剪應力強度。主梁支承端的截面的幾何性質見表6.6。
表5.2主梁支承端的截面的幾何特性
截面形心矩
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水工鋼結構多項選擇
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