钢闸门及启闭机水金属结构及电气设计.docVIP

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，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。 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。 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 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 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）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 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=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：； 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 62