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公司名称:新河县世诚水工机械厂
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联 系 人:鲍经理

联系方式:15130942599     0319-4783199                                       

                                                                 

 

 

一、设计资料及有关规定:

闸门形式:潜孔式平面钢闸门

孔口净宽:10m

孔口净高:13m

上游水位:73m

下游水位:0.1m

闸底高程:0m

启闭方式:电动固定式启闭机

启闭机械:液压式启闭机

材料: 钢材:Q235-A.F;

焊条:E43型;

行走支承:采用滚轮支承;

止水橡皮:侧止水和顶止水用P型橡皮,底止水用条型橡皮。

制造条件: 金属结构制造厂制造,手工电弧焊,满足III级焊缝质量检验标准

规范:《水利水电工程刚闸门设计规范  SL 1974-2005》

混凝土强度等级:C30

二、闸门结构的形式及布置

 

 

(一) 闸门尺寸的确定图1示

闸门孔口尺寸:

             孔口净跨:10m

             孔口净高:13m

             闸门高度: 13.2m  

           闸门宽度: 10.4m

           荷载跨度: 13.2m

           计算跨度: 10.4m

计算水头:73m

(二)主梁的布置

1.主梁的数目及形式

    主梁是闸门的主要受力构件,其数目主要取决于闸门的尺寸。因为闸门跨度L=10m,闸门高度h=13m,L<h。所以闸门采用5根主梁。本闸门属中等跨度,为了便于制造和维护,决定采用实腹式组合梁。

2.主梁的布置

    本闸门为高水头的深孔闸门,孔口尺寸较小,门顶与门底的水压强度差值相对较小。所以,主梁的位置按等间距来布置。设计时按最下面的那根受力最大的主梁来设计,各主梁采用相同的截面尺寸。

3.梁格的布置及形式

梁格采用复式布置与等高连接,水平次梁穿过横隔板所支承。水平梁为连续梁,间距应上疏下密,使面板个区格需要的厚度大致相等,布置图2示

 

 

 

 

对第一跨中选用B=634mm取640mm,则水平次梁组合截面面积(例图4):

 

 

三、面板设计

根据《钢闸门设计规范SDJ—78(试行)》关于面板的设计,先估算面板厚度,在主梁截面选择以后再验算面板的局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力。

1.估算面板厚度

   假定梁格布置尺寸如图2所示。面板厚度按下式计算

t=a

 

 

         当b/a≤3时,a=1.65,则t=a=0.065

         当b/a >3时,a=1.55,则t==0.067

现列表1计算如下:

区格

a(mm)

b(mm)

b/a

k

p

t

1

995

2070

2.080

0.683

0.593

0.636

43.1

2

995

2070

2.080

0.497

0.604

0.548

35.4

3

995

2070

2.080

0.497

0.615

0.553

35.7

4

995

2070

2.080

0.497

0.626

0.578

35.7

5

995

2070

2.080

0.497

0.637

0.563

36.1

6

995

2070

2.080

0.497

0.647

0.567

36.3

7

995

2070

2.080

0.497

0.658

0.572

36.7

8

995

2070

2.080

0.497

0.669

0.577

36.9

9

995

2070

2.080

0.497

0.680

0.581

37.2

10

995

2070

2.080

0.497

0.691

0.586

37.6

11

1090

2070

2.080

0.497

0.702

0.591

37.9

12

900

2070

2.080

0.497

0.712

0.619

42.1

  

 根据上表计算,选用面板厚度t=44mm 。

2.面板与梁格的连接计算

已知面板厚度t=44mm ,并且近似地取板中最大弯应力σmax=[σ]=160N/mm2,则

p=0.07х44х160=492.8N/mm ,

面板与主梁连接焊缝方向单位长度内地应力:

T=

面板与主梁连接的焊缝厚度:

面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度

四、水平次梁,顶梁和底梁地设计

1.荷载与内力地验算

水平次梁和顶,底梁都时支承在横隔板上地连续梁,作用在它们上面的水压力可

按下式计算,即

现列表2计算如下:

表2

 

梁号

梁轴线处水压力强度P

(kN/mm2

梁间距(m)

(m

 

(kN/m)

 1顶梁

600.35

0.55

330.20

1.1 

2水平次梁

611.00

1.1

672.1

1.1

3(主梁)

622.00

1.1

684.2

1.1

4(水平次梁)

633.00

1.1

696.3

     1.1

5(主梁)

644.00

1.1

708.4

1.1

6(水平次梁)

655.00

1.1

720.5

     1.1 

7(主梁)

666.00

1.1

732.6

1.1

8(水平次梁)

677.00

1.1

744.7

1.1

9(主梁)

688.00

1.1

756.8

1.1

10(水平次梁)

699

1.1

768.9

     1.1

11(主梁)

710

1.1

781.0

1.1

12水平次梁()

721.00

0.975

793.1

     0.85

13(底梁)

728.5

0.4225

409.2

                                         

根据上表计算,水平次梁计算荷载取793.1kN/m,水平次梁为5跨连续梁,跨度为2.08m,水平次梁弯曲时的边跨弯距为:  M次中=0.077ql2=0.077х793.1х2.082=246.2kNm

支座B处的负弯距:

M次B=0.107ql2=0.107х793.1х2.082=366.31kNm

 2.截面选择

 3.水平次梁的强度验算

由于支座B处(例图3)处弯距最大,而截面模量较小,故只需验算支座B处截面的抗弯强度,即

说明水平次梁选用[56c满足要求。

     轧成梁的剪应力一般很小,可不必验算。

4.水平次梁的挠度验算

 受均布荷载的等跨连续梁,最大挠度发生在便跨,由于水平次梁在B支座处截面的弯距已经求得M次B=22.0248kNm,则边跨挠度可近似地按下式计算:

    故水平次梁选用[56c满足强度和刚度要求。

5,顶梁和底梁

顶梁和底梁受得水压力都比较大,所以都采用[56c

五、主梁设计

(一)设计资料

1)主梁跨度:净跨(孔口净宽)lo=10m ;计算跨度l10.4m ;荷载跨度l113.2m 。

2)主梁荷载:

3) 横向隔板间距: 2.07m 。

4)主梁容许挠度: [W]=L/750 。

(二)主梁设计

1.截面选择

(1) 弯距和剪力   弯距与剪力计算如下:

由于钢闸门中的横向隔板重量将随主梁增高而增加,故主梁高度宜选得比hec为小,但不小于hmin。现选用腹板厚度h0=300cm 。

(4)腹板厚度选择

(5)翼缘截面选择:每个翼缘需要截面为

表3

部位

截面尺寸

(cmХcm)

截面面积A(cm2)

各型心离面板表面距离y′(cm)

Ay′

(cm3

各型心离中和轴距离

y=y′-y1(cm)

Ay2

(cm4)

面板部分

344Х4.4

1513.6

2.2

3329.9

-99.98

15129946.21 

上翼缘

14X8

112

8.4

2688

    - 93.7

 2809500.8

腹板

300Х1.5

450

162.4

73080

60.3

1636240.5

下翼缘

90Х8

720

316.4

227808

214.3

33065632

合计

3003.6

306905.9

52641320.3

(7)因主梁上翼缘直接同面板相连,可不必验算整体稳定性,因梁高大于按高度要求

的最小梁高,故梁的挠度也不必验算。

1. 截面改变

因主梁跨度较大,为减小门槽宽度与支承边梁高度(节约钢材),有必要将主梁承端腹板高度减小为。考虑到主梁端部腹板及翼缘相焊接,故可按工字截面梁验算应力剪力强度。尺寸表4所示:

180   

表4

部位

截面尺寸

(cmХcm)

截面面积A(cm2)

各型心离面板表面距离y′(cm)

Ay′

(cm3

各型心离中和轴距离

y=y′-y1(cm)

Ay2

(cm4)

面板部分

344.Х1.4

1513.6

2.2

3329.9

-71.3

7694673.2

上翼缘

14Х8

112

8.4

2688

-66.9

501268.32

腹板

180Х6

1080

102.4

110592

27.14

795505

下翼缘

90Х8

720

196.4

  141408

121.1

10558951.2

合计

3425.6

258017.9

19550398.66

因误差未超过10%,安全

3.翼缘焊缝

翼缘焊缝厚度hf按受力最大的支承端截面计算。Vmax=8589.5kN。I0=22466398.66cm4

上翼缘对中和轴的面积距:S1=1513.6Х71.3+1.2Х66.9=115412.48cm3

下翼缘对中和轴的面积距:S2=720Х121.1=86472cm3<S1,

面板区格Ⅲ的长边中点的主梁弯距和弯应力

由规范表查知:作用于竖直次梁上由水平荷载传递的集中荷载:

2.横隔板和截面选择和强度验算

验算应力:

由于横隔板截面高度较大,剪切强度更不必验算,横隔板翼缘焊缝采用最小焊缝厚度hf=6mm 。

七、纵向连接系

 1.荷载和内力计算

纵向连接系承受闸门自重。潜孔式平面钢闸门门叶自重按下式计算

2.斜杆截面计算

       斜杆承受的最大的拉力为366.8KN,同时考虑闸门偶然扭矩时可能造成的压力,

 截面面积A=30.1cm2    回转半径iy0 =2.19cm

八、边梁设计

由于深孔大孔口,行走支承采用滚轮式。所以这里用双腹式组合边梁。

边梁的截面尺寸按构造要求确定,梁高850mm,上翼缘直接采用面板,下翼缘用

200mmX40mm的扁钢做成。腹板厚度40mm。边梁是闸门的重要受力构件,由于受力情况复杂,做设计时将容许应力值降低20%作为考虑受扭影响的安全储备。

1、 荷载和内力计算

  滚轮采用等荷载布置,在每个主梁上分别布置6个大小相等的主轮。

每个主轮受力为8589KN。具体计算根据结构力学求解器。

  最大弯矩Mmax=4723.95

  最大剪力Vmax=4294KN

  

最大轴向力为作用在边梁上的一个起吊力,估为1699X2=3398KN

在最大弯矩作用截面上轴向力为:N=3398-8589X0.1=2540KN

   

 

腹板最大剪应力验算:

 均满足强度要求

九、行走支承设计

采用滑动式滚轮支承,轴孔采用滑动轴承,轮径D=1600mm,宽度b=200mm,轮轴直径d=300mm,轴套工作长度b1=180mm,;轮子材料用ZG35GrlMo.

以上计算均满足强度要求。

十、止水布置方式

侧向止水采用P型橡皮,顶止水采用P型橡皮,底止水采用条形橡皮,

布置方式如图

十一、闸门启闭力

闸门自重G=1176KN

十二、埋固构件

      门槽的埋固构件主要有:行走支承的轨道、与止水橡皮相接触的型钢、为保护门槽和孔口边棱处的混凝土免遭破坏所设置的加固角钢等。

 

十三、轨道设计

      滚轮荷载R=4294KN,轨道材料为35Mn2,轨道截面尺寸如图所示:

 

(2)轨道横断面弯曲应力:

           QPKY系列——平面快速闸门液压启闭机

    QPKY系列液压启闭机共14种规格,适用于水利水电工程水轮发电机机组进口、调压井下游快速事故闸门的启闭,也可用于一般平面事故闸门启闭,本系列液压缸按闸门利用水柱压力或部分加重可关闭孔口而无需投运油泵电机组的条件进行设计。

型号表示方法

         

 

QPKY系列快速闸门液压启闭机基本参数

序号

          参数

 型号

持住力

Fg(KN)

启门力

Fq(KN)

最大行程

Lman

(m)

缸内径

D

(mm)

活塞杆直径

d

(mm)

缸内计算压力

Fg/ Fq

(MPa)

速度

Vg/Vq(m/min)

1

QPKY-60/60-8*

60

60

8.0

100

50

9.99/9.99

Vg=

3.08.5

Vq=

0.251.0

2

QPKY-80/80-8*

80

80

8.0

110

60

10.39/10.39

3

QPKY-100/100-8*

100

100

8.0

125

63

10.7/10.7

4

QPKY-125/125-8*

125

125

8.0

140

70

10.6/10.6

5

QPKY-160/160-8*

160

160

8.0

160

70

9.7/9.7

6

QPKY-200/200-8*

200

200

8.0

180

90

10.29/10.29

7

QPKY-250/250-8*

250

250

8.0

200

100

10.4/10.4

8

QPKY-320/320-11.5*

320

320

11.5

220

100

10.33/10.33

9

QPKY-400/400-11.5*

400

400

11.5

250

110

10.0/10.0

10

QPKY-500/250-11.5*

500

250

11.5

300

120

10.39/5.28

11

QPKY-630/320-11.5*

630

320

11.5

300

120

10.39/5.28

12

QPKY-800/400-11.5*

800

400

11.5

320

140

12.1/6.05

13

QPKY-1000/500-11.5*

1000

500

11.5

320

140

15.09/7.55

14

QPKY-1250/630-11.5*

1250

630

11.5

340

150

16.76/8.4

15

QPKY-1600/800-11.5*

1600

800

11.5

360

150

18.65/9.33

16

QPKY-2000/1000-11.5*

2000

100

11.5

400

150

18.16/9.1

17

QPKY-2500/1250-11.5*

2500

1250

11.5*

450*

180

18.4/9.2*

18

QPKY-3200/1600-12

3200

1600

12.0

450

220

26.5/13.25

19

QPKY-4000/2000-14.5

4000

2000

14.5

500

250

27.1/13.6

20

QPKY-4500/2500-15.0

4500

2500

15.0

560

280

24.4/13.5

21

QPKY-5000/2500-16.0

5000

2500

16.0

600

300

23.6/11.8

22

QPKY-6300/3150-16.0

6300

3150

16.0

630

300

26.2/13.1

23

QPKY-8000/4000-17.0

8000

4000

17.0

710

350

26.7/13.35

24

QPKY-10000/5000-17.0

10000

5000

17.0

800

350

24.6/12.3

注:*为修改后的数据

 根据该闸门的启闭力t=4082KN,选用型号QPKY-10000/5000-17.0由新河县世诚水工机械厂制造

 

 

 
 
 
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