機械畢業(yè)設計1181平板定輪閘門設計

學生姓名學號專業(yè)機械設計制造及其自動化課題名稱平板定輪閘門設計課題來源模擬任務要求通過本次畢業(yè)設計，學生可以掌握關于平面閘門的主要設計內(nèi)容和方法，鍛煉學生綜合運用所學的基礎知識，對畢業(yè)后走向工作崗位，解決實際問題有所幫助，在設計中各零部件選用依據(jù)、詳細計算過程按要求寫出設計計算說明書一份，繪制設備圖一張，其余代表性零件繪制滿足畢業(yè)設計要求。根據(jù)設計任務書要求，每一個同學是對所設計的題目都要經(jīng)過認真仔細的實習、調(diào)研，對閘門設計形成一個總體印象，設計時可以從整體把握，從零部件到整體依次進行。重點研究問題在平面閘門中，門葉結(jié)構(gòu)的布置、設計計算；相關零部件的設計計算；閘門施工詳圖的繪制。設計內(nèi)容1閘門是設置在水工建筑物過水孔口上，用于控制水流的通、斷或調(diào)節(jié)流量的設備。主要用于關閉和開放泄（放）水通道的控制設施。水工建筑物的重要組成部分，可用以攔截水流，控制水位、調(diào)節(jié)流量、排放泥沙和飄浮物等，它由活動部分（也稱門葉）、埋固部分和啟閉機械3部分組成，閘門分類方法較多，主要有：按閘門的工作性質(zhì)可分為工作閘門、檢修閘門和事故閘門，我們所要設計的便是檢修閘門。檢修閘門設于工作閘門前，用于建筑物或工作閘門等檢修時短期擋水，一般在靜水中啟閉。平面閘門簡介①按總體布置分為組合式（門槽、門葉與操作設備組成一整體）和分散式（由門葉、門槽和啟閉機組成，操作時門葉可提出門槽）；②按閘門門葉組裝形式分為整體門葉式和分節(jié)組成門葉式；③按閘門門葉的支承方式分為滑動支承式和滾動支承式；④按閘門門葉止水位置分為上游止水式和下游止水式；⑤按閘門門葉運行移動狀況分為直升式、升臥式、橫拉式和浮箱式等。此外，還有其他的分類方式（見閘門）。門葉結(jié)構(gòu)由門葉主體、支承、止水裝置和吊耳四個部分組成（圖1）。門葉主體一般由面板、主橫梁、邊梁（柱）和次梁組成有面板的梁格結(jié)構(gòu)。設計水壓力通過板梁支承傳至門槽埋件，分節(jié)的閘門門葉一般都在邊柱處連接。門葉支承部分應用較多的是滑動支承、滾輪支承和鏈輪支承等。支承部分也是門葉移動的行走部分。滑動支承是裝在門葉主體邊梁處的滑塊。其在固結(jié)于門槽內(nèi)的支承軌道上作滑動摩擦運動，接觸處是面或線。滾動支承是裝在門葉邊梁上的輪子，其在門槽軌道上作滾動摩擦運動，接觸處是點或線。鏈輪支承是環(huán)繞門葉邊柱由一系列圓柱滾子組成的形似鏈條式的閉合鏈環(huán)。這種支承的閘門也稱履帶式閘門?；瑒又?/p>

平面閘門承的閘門摩擦阻力大，啟門力大；滾輪支承摩擦阻力小，啟門力也小，但閘門門葉較重；鏈輪支承也作滾動摩擦，其優(yōu)點是由數(shù)目較多的小滾柱承受閘門的水壓力,單個輪壓小,使得門槽內(nèi)敷設的軌道斷面小、重量輕。滾輪支承的閘門，根據(jù)閘門特征及梁格布置設有懸臂（外伸）輪、簡支輪和臺車式輪組（圖2）。裝設在閘門門葉主體上密封孔口的止水裝置一般均為特殊制造的可壓縮耐磨橡膠制品，就其布置部位分為頂止水、側(cè)止水和底緣止水。各止水的接頭部位銜接處均在現(xiàn)場配裝時進行熱膠合處理，以保證周圍止水的效果。平面閘門的吊耳一般均設在閘門門葉主體結(jié)構(gòu)上端的頂橫梁上，根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸大小和形式可直接焊固在頂梁上或單獨制造，然后在現(xiàn)場焊固。埋設構(gòu)件由門葉的支承軌道、止水密封（座墊）、移動導向墊板和護角組成。門槽的體型分為：矩形方角門槽，一般適用于低流速；矩形錯距斜坡門槽，適用于中流速；特形門槽，適用于高速水流。門槽形狀由模型試驗確定,以使在門槽部位不產(chǎn)生空蝕或磨蝕（圖3）。潛孔式閘門頂止水座板部位一般稱門楣。根據(jù)閘門的工作性質(zhì)在門楣以上設有一定高度的鋼板胸墻，它是埋設結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其他如主軌、反向軌、底坎等都是埋設件。啟閉設備閘門門葉運移(開或關)的操作機械。根據(jù)平面閘門的操作特點及孔口尺寸，分為：①操作

平面閘門設備直接與閘門門葉連接并固定在門槽（埋設件）上，形成一個整體（如閘閥、截門）；②啟閉機固定或移動于建筑物上，遠離閘門門葉，通過吊具與門葉連接。啟閉設備據(jù)以選型的主要參數(shù)是啟閉力和升降揚程。當平面閘門門葉自重不能克服下門阻力順利關閉時，可采用加重塊，借助水柱壓力或直接由啟閉設備加壓迫使關閉。平面閘門布置緊湊，制造較易，使用安全可靠,維修方便,廣泛用于各類水工建筑物及其他場合。至今，在世界各國的工程設施上平面閘門的采用數(shù)量仍居首位。中國水利工程使用最早最多的閘門是平面閘門，目前焊接鋼閘門已普遍采用，從其設計、制造、安裝及運用等諸方面均已達到世界先進水平水利閘門分類我們將水利閘門進行如下分類：1、如果按閘門的工作性質(zhì)可分為工作閘門、檢修閘門和事故閘門。工作閘門也稱主要閘門，能在動水中啟閉。檢修閘門設于工作閘門前。用于建筑物或工作閘門等檢修時短期擋水，一般在靜水中啟閉。事故閘門多設于深孔工作閘門前，用于建筑物或設備出現(xiàn)事故時，能在動水中關閉而在靜水中開啟；兼作檢修閘門時，也稱事故檢修閘門；需要在限定時間內(nèi)緊急關閉的事故閘門，稱為快速閘門。2、如果按閘門關閉時門頂與水面的相對位置分為露頂式閘門和潛孔式閘門。3、當我們按閘門門葉的外觀形狀分為平面閘門、弧形閘門、人字閘門、拱形閘門、球形閘門和圓筒閘門等。4、按制造閘門門葉的材料分為鋼閘門、鑄造閘門、木閘門、鋼筋混凝土閘門和組合材料閘門。對于翻板閘門可借助水力自動啟閉，稱為水力自動閘門。當我們在選擇閘門形式需要考慮其在水工建筑物中的位置、尺寸、設計水頭、運用條件、制造能力和安裝技術(shù)水平等因素，要求做到泄流時水流條件好、止水嚴密、啟閉力小、操作簡便靈活、檢修維護方便等。平面閘門和弧形閘門是最常用的門型。設計內(nèi)容21、.首先根據(jù)已知參數(shù)，經(jīng)過分析各種閘門的特點，對閘門進行選型布置。閘門的造型與不知，主要是確定閘門與啟閉機械的設置位置、孔徑尺寸、閘門與啟閉機的形式、數(shù)量、運行方式及運行檢修有關的布置要求。閘門結(jié)構(gòu)應該簡單、便于制造、安裝。閘門的門型應根據(jù)工程隊閘門的運行要求、閘門設置部位和啟閉機的形式，參照各種閘門的特點，通過經(jīng)濟技術(shù)比較選定。2、.門體布置。門體布置是根據(jù)閘門的形式、孔口尺寸和材料來選取合理的門葉結(jié)構(gòu)、零部件的形式和布置。門體布置應注意閘門的結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、節(jié)約材料及便于制造、運輸安裝于運行維護等方面的要求。零部件種類盡可能少，盡可能采用標準化產(chǎn)品。3、門體布置完后，就可以進行閘門結(jié)構(gòu)和零部件的設計計算。根據(jù)可能發(fā)生的最不利的和在組合情況和選定的結(jié)構(gòu)、零部件布置和材料，確定載荷分配，然后進行各個部分構(gòu)件和零部件的設計計算。一般先選擇規(guī)格，在進行強度、剛度、穩(wěn)定性驗算。4、閘門結(jié)構(gòu)計算模型主要還是采用平面體系，即把一個空間承重結(jié)構(gòu)劃分成幾個獨立的平面系統(tǒng)分別進行分析計算。閘門承重結(jié)構(gòu)在分成平面系統(tǒng)時，需要考慮各構(gòu)件的相對剛度和這些構(gòu)建的變形情況，同時考慮整個結(jié)構(gòu)的變形情況，使計算方法盡可能符合結(jié)構(gòu)的實際受力情況。5、有關設計計算完成后，進行施工圖的繪制。施工圖的繪制中應注意閘門總體尺寸和布置與建筑物有關部位之間、閘門門葉部分各構(gòu)件之間的配合；各構(gòu)件的界面尺寸、跨度及相鄰構(gòu)件在外形尺寸和連接上的配合;各構(gòu)件本身的截面構(gòu)造及零部件的加工精度和熱處理等。6、有能力的同學可以嘗試熟悉ansys軟件在結(jié)構(gòu)分析中的應用，利用ansys軟件對結(jié)構(gòu)的相關部件進行有限元分析。本次設計課題的意義從閘門發(fā)展到現(xiàn)在，他的設計已經(jīng)和其他諸如零件設計一樣有自己的標準和設計準則，細看閘門的用途，我們了解最多的認識最清晰的要數(shù)這次實習見到的水電站閘門，但是閘門的使用卻不只局限于此，其他諸如船舶等。三峽作為水電站也是要使用閘門，在這些重大建設中閘門關系到整個建筑的堅固和可靠，在設計之時就要求設計人員本著敬業(yè)精心的態(tài)度去完成每一個環(huán)節(jié)和做好每一個計算。閘門失效的嚴重性不必多講，閘門的使用不會隨著社會的發(fā)展而消失，它會隨著社會的發(fā)展發(fā)揮出更大的作用，未來對于閘門的要求將更加嚴格，那么我們就需要更加負責的態(tài)度去面對！預期的成果及形式一份不少于3000字的開題報告一份不少于3000字的外文翻譯一份不少于10000字的設計說明書折合成圖幅為A0圖紙2.5張的繪圖時間安排第1——2周確定設計任；，安排畢業(yè)設計進度；了解課題內(nèi)容，查找相關資料，搜集整理信息第3——4周做畢業(yè)設計實習；完成實習報告，開題報告，對設計內(nèi)容進行熟悉第5——6周完成外文翻譯；按分組要求的不同，完成設計的相關選型、布置、整體及零部件的全部設計計算第7周進行相關的計算分析第8——11周完成全部圖紙的繪圖設計工作第12——13周整理畢業(yè)設計說明書、整改圖紙第14周畢業(yè)答辯指導教師意見簽名：年月日備注[主要參考資料][1].范崇仁《水工鋼結(jié)構(gòu)設計》中國水利水電出版社[2].河海大學《水工鋼結(jié)構(gòu)》水利電力出版社[3].嚴大考《結(jié)構(gòu)力學與鋼結(jié)構(gòu)》黃河水利出版社[4].劉細龍陳福榮《閘門與啟閉設備》中國水利水電出版社[5].《機械零件設計手冊》冶金工業(yè)出版社[6].《水電站機電設計手冊（金屬結(jié)構(gòu)一）》[7].《電力工業(yè)標準匯編水電卷（金屬結(jié)構(gòu)）部分》水利電力出版社[8].《水利水電工程鋼結(jié)構(gòu)閘門設計規(guī)范》[9].河海大學水電學院《水工鋼閘門分冊》水利水電出版社10].《水利水電鋼閘門制造安裝及驗收規(guī)范》摘要水利樞紐的主要任務之一就是攔洪、蓄洪、泄洪，根據(jù)樞紐預定功能，水流量大小等條件，樞紐設有表孔、深孔、導流孔、隧洞、放空洞等泄水通道。閘門是控制這些通道過流的機械設備，它運行的好壞直接影響水利樞紐的安危，因此選好閘門啟閉機的形式，做好金屬結(jié)構(gòu)的總體布置即為重要，其次是解決所采用的材料、計算結(jié)構(gòu)安全、選好支承式、解決閘門運行時各種復雜的水力學問題，精心搞好設計，才能解決設備安全順利地完成樞紐所賦予的任務。本設計是一平板定輪鋼閘門，所起作用是尾水門兼事故檢修閘門，本文根據(jù)所提供的工程概況，詳細地論述了閘門的步驟、方法及內(nèi)容。設計內(nèi)容以頂節(jié)門葉為主，論述的較為具體，中節(jié)和底節(jié)門葉結(jié)構(gòu)及設計方法與頂節(jié)答題類似，所以沒有再展開說明，僅將有關尺寸數(shù)據(jù)列出。關鍵字：平板定輪閘門、門葉、頂節(jié)。?。?！AbstractOneofthemaintasksofWaterControlProjectistostopflood,storagefloodanddischargeflood.Inaccordancewithpredeterminedhubfunction,thesizeofwaterflowconditions,thehubequippedwithlip-deepholes,deephole,diversionhole,tunnel,drainagechannels,andsoon.Thegate,whichistheequipmenttocontrolflowthroughthesechannels,runsadirectimpactonthesafetyofkeywatercontrolproject,soselectingtheformofgatehoistdoagoodjobintheoveralllayoutofmetalstructuresisextremelyimportant,thenresolvethematerialswhichbeused,calculatethesafeofstructure,choosegoodsupport-style,findsolutiontothecomplexhydraulicsproblemofthegate,thenresolvedthedesignofequipmentsafetyandcompletedthetasksentrustedtothehubsuccessfully.Inthisarticle,designedbytakingtheflatsteelgateandtailgateandtailgateaccidentrepairwatergate,designthegateadoptionofthebasicinformationgiven.Thisarticlediscussesthedesignofthegatesteps,methodsandcontentindetail.Thedesignofthecontentsismainlyaboutthetopsectionwhichisdiscussedspecifically.IntheFestivalandtheFestivalattheendofthedoorleafstructureanddesignmethodsandtop-sectiongenerallysimilar,therefore,thereisnofurtherdescription.Keywords:flatsteelgate,thedoorleaf,thetopsection.目錄摘要 IAbstract II1緒論 11.1閘門的作用 11.2閘門的分類 11.2.1按閘門的工作性質(zhì)分類 1按閘門結(jié)構(gòu)類型分類 1按孔口性質(zhì)分類 2閘門的使用材料分類 31.3平面鋼閘門的組成 4門葉結(jié)構(gòu)的組成 4埋設構(gòu)件 5閘門的啟閉設備 62設計工況和主要的設計參數(shù) 73閘門的結(jié)構(gòu)布置 83.1閘門的選型 83.2平面閘門的結(jié)構(gòu)布置 9閘門的尺寸選擇 10閘門的分節(jié) 10支承跨度 10閘門材料 10梁格形式選擇 10總水壓計算 114門葉結(jié)構(gòu)計算 144.1主梁的布置 14主梁的數(shù)目 14主梁的位置 144.2面板的設計 154.3水平次梁的設計 16載荷和內(nèi)力計算 17截面選擇 18強度驗算 20撓度驗算 204.4主梁設計 20主梁的形式 20主梁的荷載 21截面選擇 21主梁的截面特性計算 224.5頂梁設計 244.6豎直次梁設計 25截面選擇 25內(nèi)力計算 25截面特性計算 26強度計算 274.7邊梁設計 28邊梁所受荷載 28截面特性 294.8中節(jié)及底節(jié)門葉結(jié)構(gòu) 30中節(jié)門葉結(jié)構(gòu) 30底節(jié)門葉結(jié)構(gòu) 315閘門的零部件設計 325.1行走支撐裝置 325.2起吊軸及其計算 335.3啟閉力計算 34閉門力計算 34啟門力計算 355.4埋件計算 36結(jié)束語 38致謝 39參考文獻 40外文翻譯原文 41外文翻譯譯文 541緒論1.1閘門的作用閘門是設置在水工建筑物過水孔口上，用于控制水流的通、斷或調(diào)節(jié)流量的設備。它是水工建筑物的重要組成部分之一，可以根據(jù)需要封閉建筑物的孔口，也可以全部或局部開啟孔口，用于調(diào)節(jié)上下游水位和流量，從而獲得防洪、灌溉、供電、、發(fā)電、通航、過木過筏等效益，還可以用于排除漂浮物、泥沙、冰塊等，或者為相關建筑物和設備的檢修提供必要條件。閘門通常設置在取水輸水建筑物的進、出水口等咽喉要道，通過閘門靈活可靠地啟閉來發(fā)揮它們的功能和效益以及維護建筑物的安全。例如，在一些取水供水工程的輸水管道上一般設置節(jié)制閘門，用于根據(jù)需要調(diào)節(jié)控制流量，在泵站進出口和一些隧道、涵管、倒虹管等的進出水口一般設置有檢修閘門，為檢修水工建筑物和泵組設備提供條件，在水庫溢流壩或溢洪道上一般設置有泄洪工作閘門，用于控制水庫的水位和泄往下游的洪水流量，組大限度地發(fā)揮水庫的功能效益.1.2閘門的分類閘門的種類繁多，分類的方法也很多，一般可按閘門的工作性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特征、孔口性質(zhì)、使用材料和加工方法等標準來分類。按閘門的工作性質(zhì)分類閘門按工作性質(zhì)可分為工作閘門、事故閘門、檢修閘門。工作閘門是指水工建筑物正常運行時需要關閉孔口的閘門。這種閘門一般使用頻繁，要求在動水條件下啟閉，甚至部分開啟以控制流量。但亦有在靜水工作條件下操作的工作閘門，如船閘通航的工作閘門。事故閘門是指水工建筑物或有關設備發(fā)生事故時使用的閘門。為防止事故擴大，事故閘門一般要求在動水條件下關閉孔口，截斷水流，在事故清除后，則可根據(jù)具體情況在動水或靜水條件下開啟。如果有快熟關閉的要求，則稱為快速事故閘門。檢修閘門是指水工建筑物或有關設備檢修時使用的閘門，一般在靜水條件下操作。按閘門結(jié)構(gòu)類型分類閘門按結(jié)構(gòu)特征可分為：平面閘門、弧形閘門、其他形式閘門等。1）平面閘門平面閘門是具有平面擋水板德閘門，它水工建筑物最常用的閘門。它的結(jié)構(gòu)較為簡單，操作方便可靠，對建筑物的布置也較易配合。至今，在世界各國的工程設施上平面閘門的采用數(shù)量仍居首位。中國水利工程使用最早最多的閘門是平面閘門，目前焊接鋼閘門已普遍采用，從其設計、制造、安裝及運用等諸方面均已達到世界先進水平。簡單的平面閘門只是一塊平面的整板。比較復雜的則是梁格式的平面閘門，而其面板又可以做成平面或者曲面的形式。平面閘門根據(jù)其移動方式不同，有直升式、撗拉式、轉(zhuǎn)動式、浮箱式等幾種。直升式平板閘門是最為廣泛的門型，它是一塊平板式門葉卡在門槽內(nèi)而封閉孔口的。一般可按支承行走部分的結(jié)構(gòu)，分為滑動式、滾輪式、鏈輪式。門葉的結(jié)構(gòu)形式也很多，如梁形、拱形、殼形等。門葉的塊數(shù)一般是一塊，也有分成兩塊或多塊的。還有一種閘門，升起后平臥在排架上，稱為升臥式平面閘門，這類閘門適合用在地震烈度較大、啟閉排架不宜太高的地方。撗拉式平面閘門是在平面閘門門葉的底部或頂部安裝行走滾輪，可沿軌道橫向移動，因它只能在靜水條件下操作，故多用于船閘閘首工作門。轉(zhuǎn)動式平面閘門的形式比較多。橫軸轉(zhuǎn)動平面閘門安設在底部、中部、頂部而分為舌瓣門、翻板門、拍門。豎軸轉(zhuǎn)動的平面閘門有一字門和人字門。一字閘門是指繞端部轉(zhuǎn)動的平面閘門，也稱掩門。人字門是由左右兩扇繞豎軸轉(zhuǎn)動的閘門組成，在關閉位置時兩扇閘門形成三鉸拱形形成，成人字形，故而得名。一字門和人字門只能在靜水條件下操作，一般用于船閘閘首工作閘門。浮箱式平面閘門的門葉形如空箱，在水中可以浮動，而當箱內(nèi)充水時又能沉沒在水中。它的用法是將空門托運到槽位置后，充水時沒有下沉就位。浮箱式平面閘門只能在靜水條件下操作，一般用于檢修閘門。2）弧形閘門弧形閘門也是一種應用十分廣泛的門型，它將一塊弧形門葉用支臂鉸支于較座上，一般鉸心就是弧面中心，所以壓力總是通過鉸心，運行時阻力矩較小?；⌒伍l門兩側(cè)的支臂一般成雙支臂的形式，對于高度較大的弧形閘門，其支臂也有做成三支臂的形式。根據(jù)支臂的布置，則有直支臂和斜支臂之分?；⌒伍l門的支承鉸主要分為鉸鏈和焦作2兩部分，它承受支臂的推力并傳到基礎上。但是，弧形閘門的設計、施工和安裝一般比較復雜，它需要較長的閘墩和墩內(nèi)承受集中推力的鋼筋。按孔口性質(zhì)分類按孔口性質(zhì)可以分為：露頂式和潛孔式閘門兩類。露頂式閘門是指當閘門關閉時，閘門門葉頂部高出上游正常水位的閘門。露頂式閘門關閉時，閘門兩側(cè)和底緣與門槽埋件接觸，一般設有止水和底止水裝置。潛孔式閘門在關閉孔口時，閘門門葉頂部低于上游正常高水位，此時閘門的四周與孔口周圍接觸，可封閉矩形或圓形孔口。這類閘門的止水要復雜一些，尤其是潛孔式弧形閘門的頂止水需慎重處理。閘門的使用材料分類按閘門（主要指沒有結(jié)構(gòu)）使用的材料可分為鋼閘門、鋼筋混凝土閘門、木閘門等。1)鋼閘門鋼閘門具有自重輕、承載力大、性能和質(zhì)量穩(wěn)定、施工和維護簡單、有一定的抗震性、可減少啟閉設備的投資等優(yōu)點。隨著我國綜合國力和制造技術(shù)的不斷發(fā)展，目前的大中型工程中均采用鋼閘門。為了保證安全，延長使用壽命，鋼閘門需采取防腐蝕措施，通常采用熱噴鋅涂封閉漆的方案，在選用涂料時應注意其化學成分，尤其是在水源工程中，一般避免對水源造成污染。鋼閘門按制造方法的不同又可以分為焊接鋼閘門、鉚接鋼閘門、鑄造鋼閘門等。焊接鋼閘門有制造安裝簡單、工期短等優(yōu)點，在工程中使用最廣泛。大、中型鋼閘門中的長直焊縫還可采用自動焊，以減輕勞動強度，加快生產(chǎn)速度，提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本。受運輸尺寸和重量的限制，大中型閘門制造時通常分解成幾塊，運到現(xiàn)場后再拼接成整體。要是受現(xiàn)場條件限制，如在冬季氣溫低于零下十五攝氏度的情況下，難以保證安裝焊縫的焊接質(zhì)量，閘門安裝接縫可采用螺栓連接。鉚接鋼閘門由于耗綱量大、工藝要求嚴格、制造費用高的缺點，目前已經(jīng)很少采用。鑄造鋼閘門由于孔口尺寸較小、結(jié)構(gòu)復雜的情況，如平板閘閥、蝴蝶閥、針型閥等。鑄造的勞動強度及加工工作量大，費用一般較高。目前國內(nèi)已有大量專業(yè)制造廠家生產(chǎn)的系列定型產(chǎn)品，可根據(jù)需要選用。小型閘門也可用鑄鐵閘門，有布置簡單緊湊、耐腐蝕等優(yōu)點，現(xiàn)在國內(nèi)一些企業(yè)，特別是環(huán)保行業(yè)的制造廠已經(jīng)有一系列的定型產(chǎn)品。2）鋼筋混凝土閘門和木閘門鋼筋混凝土閘門制造、維護比較簡單、造價低廉，適用于偏遠地區(qū)的一些小型工程。但其輜重偏大加大了啟閉設備的容量，并且混凝土有透水性，結(jié)構(gòu)抗震性差，一般大、中型工程中不推薦采用。木閘門設有用于孔口和水頭很小的情況。但木材在水中易腐朽，使用壽命有限，需經(jīng)常更換，所以目前很少使用。隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，我國的鋼產(chǎn)量已經(jīng)位居世界前列，機械加工和焊接技術(shù)水平也在不斷提高，電力供應充足。因此，在工程設計中應有限考慮采用鋼閘門。1.3平面鋼閘門的組成平面鋼閘門一般是由可以上下移動的門葉結(jié)構(gòu)、埋固構(gòu)件和啟閉設備三大部分構(gòu)成。1——活動部分；2——埋設部分；3——啟閉設備門葉結(jié)構(gòu)的組成門葉結(jié)構(gòu)是用來封閉孔口的活動擋水結(jié)構(gòu)。如圖所示為平面鋼閘門的門葉結(jié)構(gòu)總圖。由圖可見，門葉結(jié)構(gòu)是由面板、梁格、橫向和縱向連接系、行走支撐（滾輪或滑塊）以及止水等部件組成。1)面板用來直接擋水，并將承受的水壓力傳給梁格。面板通常設在閘門上游面，這樣可以避免梁格和行走支撐沒于水中而聚集污物，也可以減少因門底過水而產(chǎn)生的震動。僅對靜水啟閉的門底流速較小的閘門，為了設置止水的方便，面板可設在閘門的下游面。2）梁格梁格用于支撐面板，以減少面板跨度而達到減少面板厚度的目的。由圖可見，梁格一般包括主梁、次梁（包括水平次梁、豎直次梁、頂梁和底梁）和邊梁。它們共同支撐著面板，并將面板傳來的水壓力依次通過次梁、主梁、邊梁而后傳給閘門的行走支撐。3）空間聯(lián)結(jié)系由于門葉結(jié)構(gòu)是一個豎放的梁板結(jié)構(gòu)，梁格自重是豎向的，而梁格所承受的水壓力卻是水平的，因此，要使每一根梁都能處在它所承擔的外力作用的平面內(nèi)，就必須用聯(lián)結(jié)系來保證每個梁格在閘門空間的相對位置。同時，聯(lián)結(jié)系還起到增強門葉結(jié)構(gòu)在橫向豎平面內(nèi)和縱向平面內(nèi)剛度的作用。橫向聯(lián)結(jié)系位于閘門橫向豎平面內(nèi)，其形式一般為腹板隔板式，也有桁架式。橫向連接系用來支撐頂梁、底梁和水平次梁，并將所承受的力傳給主梁。同時，橫向連接系保證著門葉結(jié)構(gòu)在橫向豎平面的剛度，不使門頂和門底產(chǎn)生過大的變形?？v向聯(lián)結(jié)系一般采用桁架式或鋼架式。桁架式結(jié)構(gòu)的桿件由橫向聯(lián)結(jié)系的下弦、主梁的下翼緣和另設的斜桿所組成。這個桁架支撐在邊梁上，其主要任務是承受門葉自重及其它可能產(chǎn)生的豎向載荷，并配合橫向聯(lián)結(jié)系保證整個門葉結(jié)構(gòu)在空間的剛度。4）行走支承門葉支承部分應用較多的是滑動支承、滾輪支承和鏈輪支承等。支承部分也是門葉移動的行走部分?；瑒又С惺茄b在門葉主體邊梁處的滑塊。其在固結(jié)于門槽內(nèi)的支承軌道上作滑動摩擦運動，接觸處是面或線。滾動支承是裝在門葉邊梁上的輪子，其在門槽軌道上作滾動摩擦運動，接觸處是點或線。鏈輪支承是環(huán)繞門葉邊柱由一系列圓柱滾子組成的形似鏈條式的閉合鏈環(huán)。這種支承的閘門也稱履帶式閘門。滑動支承的閘門摩擦阻力大，啟門力大；滾輪支承摩擦阻力小，啟門力也小，但閘門門葉較重；鏈輪支承也作滾動摩擦，其優(yōu)點是由數(shù)目較多的小滾柱承受閘門的水壓力,單個輪壓小,使得門槽內(nèi)敷設的軌道斷面小、重量輕。滾輪支承的閘門，根據(jù)閘門特征及梁格布置設有懸臂（外伸）輪、簡支輪和臺車式輪組。為保證門葉結(jié)構(gòu)上下移動的靈活性，需要在邊梁上設置滾輪或滑塊，這些行走支承還將閘門上所承受的水壓力傳遞到埋設的門槽內(nèi)的軌道上。5）吊具用來連接啟閉機的牽引構(gòu)件。平面閘門的吊耳一般均設在閘門門葉主體結(jié)構(gòu)上端的頂橫梁上，根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸大小和形式可直接焊固在頂梁上或單獨制造，然后在現(xiàn)場焊固。6）止水為了防止閘門漏水，在門葉結(jié)構(gòu)與孔口周圍之間的所有縫隙里需要設置止水（也稱水封）。最常用的止水是固定在門葉結(jié)構(gòu)上的定型橡皮止水。裝設在閘門門葉主體上密封孔口的止水裝置一般均為特殊制造的可壓縮耐磨橡膠制品，就其布置部位分為頂止水、側(cè)止水和底緣止水。各止水的接頭部位銜接處均在現(xiàn)場配裝時進行熱膠合處理，以保證周圍止水的效果。埋設構(gòu)件由門葉的支承軌道、止水密封（座墊）、移動導向墊板和護角組成。門槽的體型分為：矩形方角門槽，一般適用于低流速；矩形錯距斜坡門槽，適用于中流速；特形門槽，適用于高速水流。門槽形狀由模型試驗確定,以使在門槽部位不產(chǎn)生空蝕或磨蝕。潛孔式閘門頂止水座板部位一般稱門楣。根據(jù)閘門的工作性質(zhì)在門楣以上設有一定高度的鋼板胸墻，它是埋設結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其他如主軌、反向軌、底坎等都是埋設件閘門的啟閉設備啟閉設備是閘門門葉運移(開或關)的操作機械。根據(jù)平面閘門的操作特點及孔口尺寸，分為：①操作設備直接與閘門門葉連接并固定在門槽（埋設件）上，形成一個整體（如閘閥、截門）；②啟閉機固定或移動于建筑物上，遠離閘門門葉，通過吊具與門葉連接。啟閉設備據(jù)以選型的主要參數(shù)是啟閉力和升降揚程。當平面閘門門葉自重不能克服下門阻力順利關閉時，可采用加重塊，借助水柱壓力或直接由啟閉設備加壓迫使關閉。對于小型閘門，常用螺桿式啟閉機，對于大、中型閘門常采用卷揚機啟閉機或油壓機式啟閉機。2設計工況和主要的設計參數(shù)紫蘭壩水電站是白龍江干流梯級開發(fā)規(guī)劃的最后一個梯級水電站，其主要任務是發(fā)電。樞紐建筑物布置為左岸河床五孔泄水閘，右岸河床是電站引水發(fā)電。及左右岸混凝土副壩。電站以發(fā)電為主，兼有改善下游航運等綜合效益。電站共安裝三臺貫流式水輪發(fā)電機組，單機容量為34MW，總裝機容量102MW。紫蘭壩水電站引水發(fā)電系統(tǒng)的出口有三孔尾水門埋件，三扇尾水門。本次設計的是水電站進水出口事故門兼尾水檢修閘門。基本設計資料：設置地點電站進水出水口孔口性質(zhì)潛孔孔口尺寸（寬×高）10.7×9.1m底坎高程454.55m正常蓄水位488.00m下游設計洪水位469.10m最低尾水位468.20m止水尺寸（寬×高）按事故檢修閘門10.85×9.2m按尾水門11.11×9.33m設計水頭事故檢修門19.8m尾水門24.85m支撐跨度11.61m水容量1.0×103kg／m3門葉結(jié)構(gòu)材料Q345B運行條件動閉靜啟注：本閘門的事故門水頭是考慮488.00-468.2=19.8m的不利工況，這種情況是機組出事故時，需閉門檔上游水，此時下游水位處于最低尾水位狀態(tài)，尾水門水頭是考慮479.40-454.55=24.85m的不利情況，這種情況實在汛期時機組出事故需閉門，流道里的水抽干后門擋水。3閘門的結(jié)構(gòu)布置3.1閘門的選型閘門的選型與布置，主要是確定閘門與啟閉機的設置位置，孔口尺寸、閘門與啟閉機械的形式、數(shù)量、運行方式和檢修有關的布置要求等。閘門設計還應提倡創(chuàng)新精神，要積極慎重地采用新技術(shù)、新材料、新門型、新結(jié)構(gòu)、新工藝，力求閘門設計經(jīng)濟合理、技術(shù)領先、安全可靠、運用方便，從而使工程最大限度地發(fā)揮經(jīng)濟效益和社會效益。閘門選型布置只有經(jīng)過反復論證擬定后才能順利地進行閘門的結(jié)構(gòu)布置和結(jié)構(gòu)計算。閘門的設置位置，應特別注意閘門水力學問題，應使水流平順，流態(tài)良好，避免門前橫向流和漩渦的發(fā)生，在門后則應避免出現(xiàn)淹沒出流與回流。對重要的閘門或水流條件復雜的閘門，應對運行中可能產(chǎn)生的空蝕、震動、啟閉力和磨損等作專門的研究，從透氣孔的設計、門槽體型、止水形式、胸墻相關尺寸和操作方式等方面采取有效的措施，以避免或減輕其不利影響。閘門孔口尺寸應滿足過流能力或過船、過木、排冰或排沙的要求，還應考慮水工建筑物結(jié)構(gòu)的情況及閘門本身的結(jié)構(gòu)、材料、啟閉設備、制造技術(shù)等。孔口尺寸宜按閘門孔口和設計水頭系列標準選取，使閘門生產(chǎn)逐步走向標準化，以利于制造、安裝、運輸和維護。一般來說采用大孔口尺寸閘門是比較經(jīng)濟的。閘門應結(jié)構(gòu)簡單，便于制造、安裝。并應符合當時當?shù)氐氖┕ぜ夹g(shù)水平和條件，閘門自重和啟閉力要小，操作要簡便靈活，降低造價。此外閘門的選型和布置還應考慮啟閉機、門葉的運輸尺寸和重量、安裝吊運的方法和措施，在寒冷地區(qū)，還應考慮氣溫的影響，采取加熱等措施避免閘門承受冰的靜壓力。平面直升閘門和和弧形閘門是應用最為廣泛的兩種閘門，以此為例對這兩個閘門進行比較說明。平面直升閘門是用的最為廣泛的一種門型，因為它能滿足各種類型泄水孔道的需要。它有如下特點：1）可封閉相當大面積的孔口。2）建筑物順水流方向的尺寸型號小。3）閘門結(jié)構(gòu)比較簡單，其制造、安裝和運輸工作相對來說比較簡單。4）門葉可移動至其他孔口，便于檢修維護。5）門葉可在孔口間互換，故孔口較多時可兼做其他孔的事故門或檢修門。6）門葉可沿高度分成數(shù)段，有利于排冰排沙，也可以減輕啟門力。7）閘門的啟閉設備比較簡單，對移動式啟閉機的適應性較好等。8）潛孔式平面閘門有時可利用水柱壓力閉門，減少門重或配門。平面直升閘門的缺點如下：1）需要較高和較厚的閘墩。2）具有影響水流的門槽，特別在水頭較高的情況、門槽的存在會帶來很多的不利。3）所需啟閉力較大，故需選用較大的啟閉機等?；⌒伍l門也是用的最為廣泛的一種門型，因為它也能滿足各種類型泄水孔道的需要。它的優(yōu)點如下：1）可封閉相當大面積的孔口。2）所需閘墩高度和厚度較小。3）沒有影響水流流態(tài)的門槽。4）所需啟閉力較小。5）埋設件較少等?；⌒伍l門的缺點如下：1）需要較長的閘墩。2）閘門所占的空間位置較大。3）不能提出孔口以外進行檢修維護，不能在孔口間互換。4）閘門承受的總水壓力集中于支座處，對土建結(jié)構(gòu)要求較高。綜合設計工況和參數(shù)，以及各門型的優(yōu)缺點考慮，選取平面直升閘門。3.2平面閘門的結(jié)構(gòu)布置平面閘門結(jié)構(gòu)布置的一般原則：平面閘門梁格宜采用等高連接，并考慮制造、安裝、運輸和防腐等方面的要求。平面閘門可按孔口形式及寬高布置成雙主梁或多主梁形式。主梁布置考慮下列因素：1）主梁宜按等高荷載要求布置。2）主梁間距應適應制造、運輸和安裝的條件。3）主梁間距應滿足行走支撐布置的要求。4）底主梁到底止水的距離應符合底緣布置的要求。工作閘門和事故閘門下游傾角應不小于30；當閘門支承在非水平底襤上時，其夾角可適當增減。當不能滿足300要求時，應采取適當補齊措施。對于部分利用水柱的平面閘門，其上游面傾角不應小于450，宜采用600。閘門的尺寸選擇根據(jù)閘門的基本設計資料，按《水利水電工程鋼閘門設計規(guī)范》選取閘門尺寸。為滿足密封止水可靠的要求，當該閘門選取尺寸（寬×高）為：11.11×9.33m。閘門的分節(jié)鑒于閘門尺寸較大，設備自重大，運輸困難等特點。因此，在制造、運輸、安裝等環(huán)節(jié)都需要研究和考慮吊運和制造加工的可行性，鐵路運輸上部超限，由軌面起高度不超過3600mm，所以閘門需要分節(jié)，底節(jié)、中節(jié)高度均為3.3m，按事故閘門分節(jié)頂節(jié)為2.6m，按尾水門分節(jié)為2.73m。支承跨度根據(jù)《水利水電工程剛找咱們設計規(guī)范》選取d=0.25m，因此，閘門的支承跨度L=l0+2d=11.11+2×0.25=11.61m。閘門材料在設計閘門的承重結(jié)構(gòu)和零部件時，應從工程的實際情況出發(fā)，合理選取材料，當閘門孔口尺寸較大時，要控制閘門的重量，降低設備或建筑物的總造價，承重結(jié)構(gòu)可采用高強度材料。參照《機械零件設計手冊》選取材料Q345B鋼，可查其容許應力：，根據(jù)《閘門與啟閉設備》可知梁溪容許撓度：主梁：次梁：梁格形式選擇梁格的連接形式是指面板、水平次梁、豎直次梁、主梁之間相互位置的形式。目前普遍采用的有等高連接和降低連接兩類類型。等高連接的特點是水平次梁，豎直次梁和主梁的前翼緣都直接與面板焊接相連也稱齊平連接。它的優(yōu)點是梁格與面板可形成牢固的整體，整體剛度好，面板為四邊支承，受力條件好，面板可作為梁截面的一部分參與梁格的抗彎工作，從而減少梁格的用鋼量。這種連接的缺點是在水平次梁與豎直次梁相交處，水平次梁需要斷開，構(gòu)件多，施工復雜。降低連接是主梁和水平次梁與面板相連，而豎直次梁降到水平次梁的后面，使水平次梁可在面板與豎直次梁之間穿過而成為連接梁，此時面板為兩邊支承。但面板仍可作為主梁及水平次梁的一部分，參與它們的抗彎工作。綜合考慮，在此選取等高連接形式?？偹畨河嬎汩l門的主要荷載為凈水壓力。閘門處于封閉孔口的位置擋水時，作用在閘門擋水面上任何一點單位面積上的靜水壓力與該點在水面以下的深度成正比。壓力方向則垂直該擋水面。1）按事故檢修閘門計算事故閘門兩端都有水，高水頭采用等壓計算，詳見圖（一）?？偹畨河嬎愎剑核畨毫χ行木€位置：其中，H1為上游水頭，取33.45m，H2為下游水位，取13.65m，BZN為閘門兩側(cè)止水的間距，取10.85m，h為閘門高度，取9.2m，為水容量，一般對淡水可取，對含砂水可按實驗確定，本次設計取1.05.下面的符號與之意義相同。代入公式：P=20×9.2×10.85×1.05=2096.22tHc=H1-0.5h=4.6m壓力在各節(jié)的分布情況計算頂節(jié)：=1.05×20×2.6×10.85=592.41圖（一）中節(jié)：=1.05×20×3.3×10.85=751.91t底節(jié)：=1.05×20×3.3×10.85=751.91t2)按尾水閘門計算（如圖二）總水壓力計算公式：水壓力中心線位置：其中，H1取25,h取9.33m，BZB取11.11m，取1.05。代入公式：圖（二）=0.5×1.05×（50-9.33）×9.33×11.11=2213.24t=24.85-=4.31m水壓力在各節(jié)的分布情況計算尾水門梯形承壓由于事故閘檢修閘門是等壓荷載，單位面積承壓20t,與尾水閘門的單節(jié)單面積承壓相比較，取兩個中較大的，最終的承壓布置圖如下。圖（三）4門葉結(jié)構(gòu)計算4.1主梁的布置4.1.1主梁的數(shù)目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。當閘門的跨度L小于門高時，主梁的數(shù)目一般多于兩根。反之，當閘門跨度較大，而門高較小時，主梁的數(shù)目減小到兩根。由于本節(jié)門葉的跨度大于門高，故主梁數(shù)目選兩根，即選雙主梁式結(jié)構(gòu)。主梁的位置露頂式的雙主梁平面閘門，主梁應布置在靜水壓力合力線上下等距離的位置上，主梁沿閘門高度的位置，一般是根據(jù)每個閘門承受相等水壓力的原則來確定的，這樣，每個主梁所需的截面尺寸相同，便于制造。以下以數(shù)解法為例計算主梁位置。對于潛孔式閘門，其主梁位置可按下式計算：式中；a——水面至門頂止水的距離； H——水面至門底的距離；n——主梁的數(shù)目；yk——第k根主梁至水面的距離；其中，n為2，H取18.25，a取15.52代入式中：根據(jù)計算結(jié)果，為制造方便，主梁的位置與梁格的間距略有微調(diào)，閘門門葉結(jié)構(gòu)布置如下圖：圖（四）4.2面板的設計平面閘門的面板一般做成平面，也有做成波浪形或拱形的，面板與梁系連接在一起，而使閘門有很大的剛度，面板一般設在閘門的上游面，如此可避免梁系和行走支撐淹沒在水中，也可以減小門底過水而引起的震動。在采用下游止水、靜水啟閉的檢修閘門，為了設置止水的方便及提高止水效果，面板可設在下游面。本次設計的閘門即為下游止水。為了結(jié)構(gòu)布置和制造方便，一扇閘門的面板厚度經(jīng)常只采用一種規(guī)格。但當門的高度較大而閘門分節(jié)，則考慮沿門高按水頭的大小而改變面板厚度。為了充分利用面板的強度，梁格布置時宜使面板的長短邊比（b/a）大于1.5，并將長邊布置在沿主梁軸線方向。當面板與主（次）梁相連接時，應考慮面板一部分寬度參與主（次）梁翼緣工作。面板的局部彎曲應力，可視支承邊界情況，按四邊固定（或三邊固定一邊簡支或兩相鄰邊固定、另兩相鄰邊簡支）的彈性薄板承受均布荷載計算。驗算面板強度時，應考慮面板的局部彎曲應力與面板兼做主（次）梁翼緣的整體彎曲應力相加成的折算應力。根據(jù)SL74—95《鋼閘門設計規(guī)范》關于面板的計算，先估計面板厚度，在主梁截面選擇后在驗算面板的局部彎曲與主梁整體彎曲的折算應力。估算面板厚度初選面板厚度按以下公式計算：式中：k——彈塑性薄板支撐長邊中點彎曲應力系數(shù)；P——面板計算中心的水壓強度N/mm2;a——計算區(qū)格的短邊長度，mm；——彈塑性調(diào)整系數(shù)；——鋼材的抗彎容許應力，N/mm2.當b/a≤3時，=1.65當b/a≥3時，=1.55其列表計算如下：區(qū)格a(mm)b(mm)b/akyP(N/mm2)（mm）Ⅰ52019353.7210.7500.2000.38711.909Ⅱ46219354.1880.5000.2000.3168.639Ⅲ45019354.3000.5000.2000.3168.415Ⅳ45019354.3000.5000.2000.3168.415Ⅴ64819352.9860.7400.2000.38514.288注：區(qū)格Ⅰ、Ⅳ中系數(shù)k由三邊固定一邊簡支查得?？紤]到面板1mm的腐蝕量，面板初選厚度為15mm。4.3水平次梁的設計在等高連續(xù)的梁格中，水平次梁遇豎直次梁斷開，因此水平次梁按承受均布荷載的簡支梁計算。在等高連接的梁格中多用實腹隔板代替豎直次梁，以及在降低連接的梁格中，水平次梁連續(xù)地支承在隔板或豎直次梁上，此時水平次梁可按承受均布荷載的多跨連續(xù)梁計算。水平次梁的常用截面形式：承受荷載不大的水平次梁，可用等邊或不等邊的角鋼制造。荷載較大時，采用槽鋼和工字鋼或組合截面。角鋼和槽鋼的肢宜向下，以防積水和積塵。一個鋼閘門的型鋼規(guī)格不宜超過2～3種，以便于加工制造。載荷和內(nèi)力計算水平次梁和頂梁都是連續(xù)兩3，按相鄰間距和之半方法計算每根梁上的線荷載，計算式為：計算結(jié)果如下表所示：梁號梁軸線處水壓強度p()梁間距（m）（）Ⅰ(頂梁)1570.26040.820520Ⅱ1620.49179.540462Ⅲ1670.45676.152450Ⅳ1720.45077.400450Ⅴ1760.22639.600表中主梁荷載為將主梁視為次梁的計算數(shù)據(jù)，不作為主梁結(jié)構(gòu)計算依據(jù)。根據(jù)上表計算結(jié)果，作水平次梁的計算簡圖如下，水平次梁計算荷載取。水平次梁為六跨度連續(xù)梁，跨度為1.935m。均布荷載的等跨連續(xù)梁內(nèi)力及撓度計算公式如下：彎矩計算：剪力計算：撓度計算：彎曲時的邊跨跨中彎矩：支座B處彎矩為：剪切力為：q=80kN/m圖（五）4.3.2截面選擇面板參與次梁作用的有效寬度按以下公式計算，并取最小值：其中b為主次梁間距；為有效寬度系數(shù)；為面板厚度；b1為梁肋寬度。按4號梁計算，b=450mm,確定有效寬度系數(shù)時需要知道彎矩零點之間的距離l0與梁間距b之比，對于正彎矩段，取lo=0.7l=0.7×1935=1354.5mm,對于負彎矩段取lo=0.4l=0.4×1935=774mm.根據(jù)lo/b之值查表可得對lo/b=1354.5/450=3.01，取=0.84，得B=b=0.84×450=378。對lo/b=774/450=1.72,取=0.48，得B=b=0.48×450=216。水平次梁采用工字型組合截面如圖圖（六）截面特性計算如下：A=160×16+16×200+216×15=5760+3240=9000mm2截面形心距：=231-123=109mm截面慣性矩：截面靜矩：截面抵抗矩：上翼緣頂邊處：下翼緣底邊處：強度驗算由于支座B處彎矩最大，而且截面模量較小，故而需要驗算支座B處截面的抵抗彎矩。彎應力計算：撓度驗算受均布荷載的等跨度連續(xù)梁,最大撓度發(fā)生在邊跨。由于水平次梁在支座B處截面的彎矩已經(jīng)求得，則邊跨撓度可近似地按下式計算：最大撓度＜故水平次梁所選截面尺寸滿足剛度和強度要求。4.4主梁設計主梁的形式主梁是平面閘門中的主要受力構(gòu)件，根據(jù)閘門的跨度和水頭大小，主梁的形式有軋成梁、組合梁和桁架。軋成梁用于效跨度低水頭的閘門。對于中等跨度（5～10）m的閘門常采用組合梁，為縮小門槽寬度和節(jié)約材料，常采用變高度的主梁。對于大跨度的露頂閘門，主梁可采用桁架形式。桁架節(jié)間應取偶數(shù)，一邊閘門所有桿件都對稱于跨中，并便于布置主桁架之間的聯(lián)結(jié)系。為了避免弦桿承受節(jié)間集中荷載，宜使豎直次梁的間距與桁架節(jié)間尺寸相一致。本閘門由于閘門跨度較大，水頭較高，故采用組合截面梁。主梁的荷載主梁除承受豎直次梁傳來的集中荷載外，還受到面板直接傳來的分布荷載，為了簡化計算，可以近似地將作用在主梁上的荷載換算為均布荷載，并按簡支兩計算，現(xiàn)對主梁的計算結(jié)果如下：其荷載為：p=296.205t計算彎矩圖如右：圖（七）截面選擇當主梁所承受的最大彎矩不超過500kNm時，可考慮采用型鋼作為主梁。若型鋼強度不夠，可在其翼緣加焊扁鋼給予增強。采用型鋼可以簡化制造，降低成本。當型鋼不能滿足受力要求時，可采用由鋼板焊接而成的主梁——組合梁。組合梁有截面和變截面兩種形式，一般當跨度較大時采用變截面組合梁較為經(jīng)濟合理。組合梁截面尺寸的選擇必須考慮到適用，安全與經(jīng)濟等諸方面的要求。本次設計采用等截面的組合梁。1）彎矩和剪力2)需要的截面抵抗矩A3鋼容許應力=205N/mm2,考慮閘門自身的附加應力，取容許應力為=184.5N/mm2,則需要的截面抵抗矩主梁容許撓度。3）腹板高度選擇按剛度要求的最小粱高計算公式為：為滿足梁自重最輕要求的經(jīng)濟梁高按下式計算由于閘門中的橫向隔板重量將隨梁增高而增高，故主梁高度宜選的比he小，但不小于hmin,現(xiàn)在選用腹板高度ho=1530mm。腹板厚度選擇按經(jīng)驗公式計算:式中及均以cm作計算單位，選用=1.6cm。主梁的截面特性計算1）面板參與主梁作用的有效寬度B為且面板參與梁作用寬度查表得=1.00腹板前翼緣寬度為0，面板厚度為15mm。則B=×b=549mm又由于B≤=0+50×15=750mm圖（八）取B=550mm。主梁斷面圖如上圖所示：截面積：A=550×15+24×1530+360×24=8250+36720+8640=53610mm2截面形心距：截面慣性矩：截面靜矩：強度驗算2）撓度驗算：=6.12mm＜，故主梁滿足撓度要求。3)穩(wěn)定性驗算：主梁腹板高度與厚度之比ho/=1530/24=63.75＜80mm，滿足穩(wěn)定性要求，不必配置加勁肋板。面板局部彎曲與主梁整體彎曲的折算應力從前面的計算可見區(qū)格Ⅴ所需的板厚最大，其b/a==1935/648=2.99＞1.5這需按下式驗算長邊中的折算應力：＜其中:為對應面板驗算點的主梁上翼緣的整體彎曲應力，根據(jù)前面計算，區(qū)格Ⅴ長邊中點處主梁彎矩為：則==179N/mm2＜1.1=315.7N/mm2滿足強度要求。4.5頂梁設計由于主梁前后翼緣均為面板，垂直方向的承載能力較大，水柱作用下主梁垂直方向的彎矩引起的應力不需要驗算，這里只計算頂梁腹板在水柱作用下的強度。按四邊固接計算：腹板上水壓強度：查表得＜1.1頂主梁的截面圖如下：圖（九）4.6豎直次梁設計在采用等高連接實腹式梁格結(jié)構(gòu)，豎直次梁承受著由其兩側(cè)面板傳來的水壓荷載及水平次梁傳來的荷載。為使計算方便，豎直次梁的荷載可簡化為三角形或梯形分布的水壓荷載，這樣簡化對豎直次梁的最大彎矩的計算影響不大。對于雙主梁閘門，豎直次梁可看做是支撐在主梁上的雙支點雙懸臂梁。截面選擇豎直次梁常用的截面形式為型鋼或組合工字或T型截面，其截面選擇及有效寬度的確定與水平次梁相同。在等高連接的梁格中多用實腹隔板代替豎直次梁，此時，其截面按構(gòu)造確定。在焊接結(jié)構(gòu)中，隔板不需設前翼緣，而直接與面板和主梁的腹板焊牢，隔板一般設寬度不大的后翼緣。當閘門尺寸較大時，可在隔板桑開孔以減輕門葉重量。如果隔板截面尺寸較大，由靜水壓力產(chǎn)生的彎曲應力較小，可不進行驗算。內(nèi)力計算豎直次梁按承受梯形荷載的簡支梁計算，根據(jù)分析，主梁1和2之間的豎直次梁段承受的荷載最大，其計算簡圖如下：圖（十）跨中彎矩：支座剪力：截面特性計算面板參與梁作用寬度，查表得，可知豎直次梁截面圖如右：圖（十一）截面積：A=383×15+12×1530+300×16=5745+18360+4800=28905行星軸位置：截面慣性矩：前翼緣抗彎模數(shù)：后翼緣抗彎模數(shù)：中和軸一側(cè)靜面矩：強度計算最大彎矩?。鹤畲蠹袅θ。呵耙砭壵龖椋海己笠砭壵龖椋海贾泻洼S處剪應力為：＜4.7邊梁設計邊梁位于閘門的兩端，主要作用是支撐主梁，水平次梁以及門背聯(lián)結(jié)系，并在其上安裝行走裝置（滾輪或滑塊）和吊耳。邊梁設計與行走制成的布置和形式有關，應同時考慮。邊梁的截面有單腹式和雙腹式兩種形式。單腹式邊梁多用于采用滑道式支撐或懸臂式定輪的閘門中。它的特點是：構(gòu)造簡單，便于與主梁連接，但抗扭剛度差。雙腹式邊梁廣泛運用于跨度較大的表孔定輪閘門以及深孔閘門中。其特點是：抗扭剛度大，便于設計輪軸及懸吊軸，但構(gòu)造復雜，截面內(nèi)焊接較困難。根據(jù)該閘門的尺寸，邊梁選用雙腹式，邊梁的尺寸按構(gòu)造要求確定，即截面高度與主梁高度相同，腹板厚度與主梁腹板厚度相同，為了便于安裝滑塊，下翼緣寬度不宜小于300mm。邊梁是閘門的重要受力構(gòu)件，由于受力情況復雜，因此設計時可將容許應力降低20%作為考慮受扭影響的安全儲備。邊梁所受荷載邊梁計算簡圖如下圖（十二）應用理論力學知識計算得：最大彎矩：最大剪力：水柱壓力：故在擋水時邊梁的軸向壓力：截面特性邊梁截面如下圖所示：圖（十三）截面面積：截面形心距：截面慣性矩：則：中和軸處的靜矩為：強度校核：截面邊緣最大應力：＜0.8故滿足安全要求。腹板最大剪力：＜0.8故邊梁滿足強度要求。因為邊梁側(cè)面受主梁、次梁及面板的支撐，因此其彎矩平面外的穩(wěn)定性無需校核，所以邊梁設計合理。4.8中節(jié)及底節(jié)門葉結(jié)構(gòu)中節(jié)門葉結(jié)構(gòu)圖（十四）中節(jié)門葉結(jié)構(gòu)圖圖為中節(jié)門葉的結(jié)構(gòu)布置，其中，水平次梁布置在主梁中間處，現(xiàn)將主梁、水平次梁和豎直次梁的截面尺寸列與下表：中節(jié)閘門腹板厚腹板高后翼緣寬后翼緣厚前翼緣寬前翼緣厚水平次梁162001601623015主梁2415303602453015邊梁2015305602084015豎直次梁1615303001648415底節(jié)門葉結(jié)構(gòu)圖（十五）底節(jié)門葉結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖?，F(xiàn)將主梁、次梁、底梁的具體數(shù)據(jù)列于下表：底節(jié)閘門腹板厚腹板高后翼緣寬后翼緣厚前翼緣寬前翼緣厚水平次梁162001601623115主梁2×202×153014002475015邊梁2015305602056015豎直次梁1615303001660015底次梁2020000170155閘門的零部件設計5.1行走支撐裝置平面閘門的行走支撐裝置包括主行走支撐裝置和側(cè)向、反響支撐莊子三部分。行走支撐裝置應能在閘門升降連續(xù)不斷地工作，同時其摩擦阻力要小。主行走支撐裝置承擔閘門上的全部水壓力，然后通過埋設軌道將荷載傳遞給閘墩，主行走支撐按閘門移動時的阻力分滑動式行走支撐和滾動式行走支撐兩大類。平面閘門主行走支撐的形式，應根據(jù)工作條件、荷載和跨度選定。工作閘門和事故閘門宜采用滾輪或滑輪支撐。檢修閘門或啟閉力不大的工作閘門可采用鋼或鑄鐵等材料制造成滑塊支撐。側(cè)向、反向支撐裝置起導向作用，防止閘門在移動時前后碰撞、左右歪斜而受卡，以保證閘門在門槽中順利啟閉。本閘門采用滾輪式行走支撐。滾輪計算：水工鋼閘門的滾輪通常有線接觸式和點接觸式。線接觸常見的是圓柱形滾輪與平面軌頭德軌道的接觸，點接觸是圓柱形或圓錐形滾輪與弧形軌頭德接觸和雙曲輪與平面軌頭德軌道的接觸。滾輪強度計算主要計算其接觸應力。滾輪一般用鑄鋼或合金鑄鋼制造。常用鑄鋼有ZG230—450、ZG310—570、ZG340—640；合金鑄鋼有ZG35CrMn2、ZG35CrMnSi、ZG35CrMo等。滾輪表面還可根據(jù)需要進行尼奧面熱處理，以提高局部強度與硬度。荷載小的滾輪可采用鑄鐵。本閘門有十二個滾輪，滾輪的計算最大輪壓力發(fā)生在底節(jié)上面的滾輪處，計算最大輪壓計算得，作用在滾輪上的最大設計荷載為，滾輪為雙曲率的，材料為ZG35CrMo,.滾輪半徑，滾輪踏面曲率半徑為。滾輪與軌道接觸時的接觸應力計算式為：由，查表得=0.215.。計算得：計算結(jié)果滿足使用要求。5.2起吊軸及其計算由于該門葉操作機械為2×800kN尾水門機，利用旁通管充水平壓，軸徑為250mm，材料為40Cr。1）起吊軸計算起吊軸計算簡圖如下：圖（十六）則：＜＜軸孔形式如右圖所示：軸孔局部緊接承壓應力為：＜=110N/mm22)與400t啟閉機吊頭相連接的吊耳板計算軸孔形式如上圖所示，每個吊孔拉力為240t。圖（十七）軸孔局部緊接承壓力為：＜=110N/mm2孔壁拉應力計算：式中：R=B/2=700/2=350mm又由于R=r+a=155+325=480mm，取R=350mm則，5.3啟閉力計算閉門力計算閉門力計算式為：式中：——摩擦力安全系數(shù)，取1,2；——計算啟閉力用的閘門自重修正系數(shù)，取0.9；——閘門自重，為108.664t；——加重塊重量，為0——支撐摩擦力，；f——滾動摩擦力臂，為1mm；p——作用在閘門上的總水壓力，為2096.22t;——滾輪軸承的平均半徑，140mm;R——滾輪半徑，450mm;d——滾輪軸承滾柱直徑，30mm；則：;——止水摩擦力，；——止水橡皮最大滑動摩擦系數(shù)，取0.50；——作用在止水上的壓力；則：;——上托力，19.33t;——底水封預壓力，14.97t;則：閘門靠自重可以閉門。啟門力計算啟門力計算公式為：——摩擦力安全系數(shù)，取1.2；——計算啟門力用的閘門自重修正系數(shù)，取1.0～1.1；——閘門自重，=108.664t;——加重塊重量，=0；——下吸力，=0——作用在閘門上的水柱壓力，；閘門啟門時，支撐形式為NL150滑塊支撐，啟門水頭按2m計算，又考慮到2m水頭時滾輪接觸軌道啟門時也要考慮支撐摩阻力（閘門與軌道是零間間隙）——支撐摩阻力，;——滑塊最大滑動摩擦系數(shù)，=0.125；則：滑塊——支撐摩擦力，；——滾動摩擦力臂mm,,=1mm;——作用在閘門上的總水壓力，=217.7t；——滾動軸承的平均半徑，=140mm;——滾輪半徑，=450mm;——滾動軸承滾柱直徑，d=30mm；故：——止水摩阻力，——止水橡皮最大摩擦系數(shù)，=0.5；——作用在止水上的壓力；=0.5×.06×2×（2×9.33+11.11）=1.8t故：=1.2×(25.9+2.74+1.8)+1.1×108.664=156.1t尾水門機為：2×80t=160t＞156.1t,滿足要求。5.4埋件計算根據(jù)《水利水電鋼閘門設計規(guī)范》（DL/T5013-95）附錄l計算。每節(jié)閘門設計四個主輪、四個滑動塊?；瑝K長度為500,700,1000mm.主軌斷面圖如下：圖（十八）1)軌道底板砼的承壓應力：式中：——滾輪上的最大設計荷載，=2077.24kN；——軌道高度，=400mm;——軌道底板寬度，=300mm；=＜=9N/mm22)軌道橫斷面彎曲應力計算：——軌道截面抵抗矩，=300mm;3）軌道底板的混凝土承壓應力：軌道底板彎曲應力：結(jié)束語為期十四周的畢業(yè)設計馬上就要結(jié)束了，在這緊張而忙碌的時光中我們緊緊跟隨老師的步伐，認真地在做好每一個環(huán)節(jié)。本次平板定輪閘門設計頂節(jié)設計組的主要設計內(nèi)容如下：結(jié)合工程情況進行閘門選型；平米昂鋼閘門的構(gòu)布置；門葉結(jié)構(gòu)、行走支撐、止水布置設計；門槽及埋件、啟閉力、吊耳的設計。在這次設計中，我們認真學習有關閘門的一些知識，本著兢兢業(yè)業(yè)的態(tài)度去完成每個步驟，首先去了三門峽水電站對閘門有了直觀的認識，而且在尤老師的帶領下我們對閘門設計中的很多問題都有了很明確的理解與體會，對我們的畢業(yè)設計有很大的啟發(fā)與幫助。本次設計中盡管我們遇到了一些問題，由于我們的努力和老師的敬業(yè)，我能夠完美的完成畢業(yè)設計，在此非常欣慰！致謝十四周的忙碌之后，畢業(yè)設計結(jié)束了，在設計中我們得到了老師們的親切指導，我們的課題老師尤風老師對工作的認真態(tài)度鼓勵我們?nèi)フJ真而耐心的去計算每一個公式，去完成每一個小節(jié)的設計，在老師的指導下我們少走了很多彎路，尤老師的專業(yè)精神值得我們學習，自此表示感謝。由于我專業(yè)知識的匱乏，設計中的很多環(huán)節(jié)都會不盡如人意，請老師們多提寶貴意見。在這即將收尾的時刻，設計時候的很多畫面都歷歷在目，同學們的熱情幫助，老師們的辛勤指導，化作我們的一份份成果，相信也會使老師們感到欣慰的。通過本次設計著重于對我們的設計能力和設計流程的掌握與理解，本來我所設計的課題與我們所學的專業(yè)知識很不吻合，對于這次的設計，我們由起初的陌生到通過設計中的慢慢領會，這都是尤風老師的親切教導，尤老師給我們很多專業(yè)性的建議與啟示，是她帶領我們從走到了一個