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教材] 平面钢闸门 组织打算零部件打算

  

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  [教材] 平面钢闸门 结构设计&零部件设计_财会/金融考试_资格考试/认证_教育专区。第三节 平面钢闸门的结构设计 一 二 三 四 五 钢面板的设计 次梁的设计 主梁的设计 横向连结系和纵向连结系的设计 边梁的设计 一、钢面板的设计 面板的工作情况及承载能力: 对于四边固定支承的面

  第三节 平面钢闸门的结构设计 一 二 三 四 五 钢面板的设计 次梁的设计 主梁的设计 横向连结系和纵向连结系的设计 边梁的设计 一、钢面板的设计 面板的工作情况及承载能力: 对于四边固定支承的面板,在均布荷载作用下最大弯矩出现在 面板支承长边的中点A处。但是当该点的应力达到所用钢材的屈 服点fy时,面板仍然能继续承受荷载。 ? 试验表明,当荷载增加到设计荷 载(A点屈服时)的(3.5~4.5) 倍时,面板跨中部分才进入弹塑 性阶段。 因此,在强度计算中,容许面板在高峰应力(点A) 附近的局部小范围进入弹塑性阶段工作,故可将面 板的容许应力[σ]乘以大于1的弹塑性调整系数α予以 提高。 (一)初选面板厚度 t 钢面板是支承在梁格上的弹性薄板,在静水压力作用下, 面板的应力由两部分组成:一是局部弯曲应力,即矩形薄板 本身的弯曲应力;二是整体弯曲应力,即面板兼作主(次) 梁翼缘参与梁系弯曲的整体弯应力。 初选面板厚度时,先按面板支承长边中点A的最大局部弯 曲应力强度条件初步计算。 ? max ? M max ? k ? p ? a 2 / t 2 ? ?[?] 2 1? t / 6 t ?a? kp ?[?] 式中,k— 弹性薄板支承长边 中点(A点)的弯应力系数。 p –—面板计算区格中心的水压力强度p=γhg=0.0098h (MPa); h — 区格中心的水头,(m) a, b —面板计算区格的短边和长边的长度(mm), 从面板与主 (次)梁的连接焊缝算起; α —弹塑性调整系数,当b/a≤3时,α=1.5; 当b/a>3时,α=1.4。 [σ] —钢材的抗弯容许应力(Mpa) 板的边界条件: 对于普通式和复式梁格支承的面板的支承情况实际上为双 向连续板。根据试验研究,面板的中间区格在水压力作用下, 其在各支承边上的倾角均接近于零,故为简化计算,中间区格 可当作四边固定板计算。 ? 对于顶、底梁截面比较小的顶、底部区格,因面板在刚度 较小的顶梁和底梁处会产生较大的倾角,接近于简支边,故顶、 底区格按三边固定另一边(顶或底边)简支的矩形板计算。 ? 钢面板厚度的计算需与水平次梁间距的布置同时进行, 最终应使各区格之间板厚大致相等。钢面板宜选用较薄 的钢板,一般不应小于6mm,通常可取(8-16)mm。 (二)面板参加主(次)梁整体弯曲时的强度计算 在主(次)梁截面选定后,考虑到面板本身在局部弯曲的同时 还随主(次)梁受整体弯曲的作用,则面板为双向受力状态。 故应按第四强度理论验算面板的折算应力强度。 ⑴ 当面板的边长比b/a>1.5,且长边b沿主梁轴线方向时,只 需按下式验算面板A点在上游面的折算应力: ? zh ? ? 2 ? (? mx ? ? 0 x ) 2 ? ? my (? mx ? ? 0 x ) ? 1.1?[?] my 式中 σmy= ky · a2/ t2 ;σmx=μ·σmy; μ=0.3 p ⑵当面板的边长比b/a≤1.5或面板长边方向与主(次)梁垂直时 (图8-11),面板在B点下游面的应力值(σmx+σ0xB)较大,这时 虽然B点下游面的双向应力为同号(均受压),但还是可能比A点 上游面更早地进入塑性状态,故应按下式验算B点下游面在同号平 面(压)应力状态下的折算应力强度: ? zh ? ? 2 ? (? mx ? ? 0 xB ) 2 ? ? my (? mx ? ? 0 xB ) ? 1.1?[?] my (三)面板与梁格的连接计算 1)当水压力作用下面板弯曲时,由于梁格之间相互移近受到 约束,在面板与梁格之间的连接角焊缝将产生垂直于焊缝方 向的侧拉力。经分析计算,每毫米焊缝长度上的侧拉力可按 下面的近似公式计算: N t ? 0.07t? max 式中 σmax ---厚度为t的面板中的最大弯应力, σmax 可取[σ]。 2)由于面板作为主梁的翼缘,当主梁弯曲时,面板与主梁 之间的连接角焊缝还承受沿焊缝长度方向的水平剪力,主梁 轴线一侧的角焊缝每单位长度内的剪力为: VS T? 2I h f ? N 2 ? T 2 /(0.7[? fw ]) t 面板与梁格的连接焊缝应采用连续焊缝,通常hf不宜小于6mm。 二、次梁设计 (一)次梁的荷载与计算简图 1、梁格为降低连接时次梁的荷载和计算简图 竖立次梁 —— 简支在主梁上的简支梁; 水平次梁 —— 支承在竖立次梁上的连续梁。 水平次梁承受均布水压力荷载,水压力荷载作用范围按面 板区格的中线来划分,则水平次梁所受的均布荷载为: q=p(a上+a下)/2 竖立次梁则承受水 平次梁支座反力传 来的集中力R。 (N/mm) 2、梁格为齐平连接时次梁的荷载和计算简图 水平次梁和竖立次梁同时支承着面板。面板传给梁格的水压力, 按梁格夹角的平分线来划分各梁所负担的水压力作用范围。 水平次梁的计算简图: ⑴当水平次梁在竖立次梁处断开后再连接于竖立次梁时,水平 次梁为简支梁; ⑵当采用实腹隔板兼作竖立次梁时,水平次梁为连续穿过实腹 隔板预留的切孔并被支承在隔板上的连续梁。 竖立次梁的计算简图: 为支承在主梁以及顶梁、底梁上的简支梁。作用荷载有三角形分 布水压力荷载q上和q下及水平次梁的支座反力传来的集中力R。 q上 ? a上 p上 (N / m m) q下 ? a下 p下 (N / m m) (二)次梁的截面设计 次梁一般受荷不大,常采用轧成型钢。 ⑴按上述次梁的计算简图计算次梁的最大内力Mmax、V。 ⑵按梁的弯应力强度条件求所需的截面模量 W=Mmax/[σ] 根据此截面模量和满足刚度要求的最小梁高hmin,选合适型钢。 ⑶截面验算 M max ?? ? [?] Wmin ?? V ?S ? [?] I? tw ql 4 ?? ? [w] 100EI w max 计算截面取值:当次梁直接焊接于面板时,焊缝两侧的面板 在一定的宽度(有效宽度)内可以兼作次梁的翼缘参加次梁的抗 弯工作。面板参加次梁工作的有效宽度B可按下面两式计算的较 小值取用: ①考虑面板兼作梁受压翼缘而不至失稳而限制的有效宽度: B ? b l ? 2 ? 30 t 235 fy ②考虑面板沿宽度上应力分布不均而折算的有效宽度: B=ξ1.b 或B=ξ2.b 式中 b=(b1+b2)/2 ξ1、 ξ2 --有效宽度系数, ξ1用于正 弯矩区, ξ2用于负弯矩区。可查 表8-1。 三、主梁设计 (一)主梁的形式 主梁是平面钢闸门中的主要受力构件,可采用实腹式或桁架式。 ? ? ? 跨度小水头低的闸门,可采用制造方便的型钢梁; 对于中等跨度的闸门(5-10m)常采用实腹式组合梁; 对于大跨度的闸门,则宜采用桁架式主梁。 (二)主梁的荷载和计算简图 主梁为支承在闸门边梁上的单跨简支梁。主梁承受面板传来的 分布水压力和竖直次梁传来的集中荷载。 对实腹式梁,可近似换算为均布荷载。 当主梁按等荷载原则布置时,每根主梁所受的均布荷载集度为: q=P/n (kN/m) P-----闸门单位跨度上作用的总水压力(kN/m) n-----主梁的数目。 主梁的计算跨度L为闸门行走支承中心线----闸门的孔口宽度, d=(0.15~0.4)m 当主梁采用桁架式时,可将水压力化为节点荷载P=qb(b为桁架 的节间长度),然后求解主桁架在节点荷载作用下的杆件内力 并选择截面。但对于直接与面板相连的上弦杆,应考虑面板传 来的水压力对上弦杆引起的局部弯曲而按压弯构件选择截面。 (三)主梁设计的特点 ⑴对于钢闸门的主梁,考虑到其除承受闸门水平水压力而 产生水平弯曲外,其下翼缘兼作纵向联结系的弦杆,还需 承受一部分闸门自重产生的应力。故按主梁的水平水压力 荷载产生的内力选择截面时,可按0.9[σ]计算。 W ? M max / 0.9?? ? h min ? 0.96 ? 0.23 h ec ? 3.1W 2 [?]L w E[ ] L 5 t w ? h / 3.5(mm) A1 ? W 1 ? twh0 h0 6 ⑵当主梁直接与面板相连时,部分面板可兼作主梁上(前)翼 缘的一部分参加其抗弯工作。面板的有效宽度取下列两式的较 小值 B=ξ1b 式中 bl -为主梁的上翼缘宽度,b--为每根主梁承受荷载面的宽度。 B ? b l ? 2 ? 30 t 235 f y ⑶主梁的刚度、整体稳定和局部稳定的验算见第五章内容。 四、横向联结系和纵向联结系的设计 (一)横向联结系(竖向联结系) 作用:承受水平次梁(包括顶、底梁)传来的水压力,并将其 传给主梁。当水位变更等原因而引起各主梁的受力不均时,横向 联结系可均衡各主梁的受力并且保证闸门在横截面的刚度。 布置:应对称与闸门的中心线道,数目宜取奇 数,间距不宜超过4~5米,并通常按等间距布置。 横向联结系的型式:应根据主梁的截面高度、间距和 数目而定。主要有实腹隔板式和桁架式两种。 实腹式隔板的计算简图如图8-18(a)所示,通常可按 图8-18(b)所示简化计算。 横隔板的截面设计:横隔板的应力一般都很小,其尺寸可 按构造要求及稳定条件确定,隔板的截面高度与主梁的截面 高度相同,其腹板厚度一般采用8-12mm,前翼缘可利用面板 兼作而不必另行设置;后翼缘可采用扁钢,宽度(100-200) mm,厚度取(10-12) mm。为减轻门重,可在隔板中间弯应 力较小区域开孔,但孔边需用扁钢镶固(图8-19(b))。 横向桁架是支承在主梁上的双悬臂桁架,其计算简图如图 8-20所示。上弦杆为闸门的竖立次梁,一般为压弯构件,腹 杆及下弦杆为轴心受力构件。 (二)纵向联结系 纵向联结系位于闸门各主梁后翼缘之间的竖平面内。其主 要作用是: 承受闸门上的竖向力(闸门的自重、门顶的水柱重以 及门底的下吸力等); ? 保证闸门在竖向平面内的刚度; ? 与主梁和面板构成封闭的空间体系以承受偶然的作用 力对闸门引起扭矩。 ? 纵向联结系多为桁架式(图8-21)。可按支承在闸门两侧边梁 上的简支平面(当主梁高度改变时为折面)桁架计算。 闸门的自重G可根据闸门的重心位置按杠杆原理分配给上下游 面的面板和纵向联结系。然后再将分配来的竖向荷载 (G1=G×c1/h)均匀地分到桁架节点上P1=G1/n。从而计算各个 杆件内力并选择杆件截面。 五、边梁设计 支承边梁是位于闸门两边并支承在滑块或 滚轮等行走支承上的竖向梁。其主要承受由 主梁等水平梁传来的水压力产生的弯矩,以 及由纵向联结系和吊耳传来的门重和启闭力 等竖向力产生的拉力或压力。 边梁的工作状态为:当闸门关闭挡水时为 压弯构件;当闸门开启时为拉弯构件。 边梁的截面尺寸通常按构造要求确定,然后 进行强度计算。如图8-8和图8-22,边梁的截 面高度与主梁的端部截面高度相同,腹板厚 度为8~14mm,翼缘厚度应比腹板加厚2~6mm; 单腹式边梁的下翼缘一般由布置滑块或滚轮 的要求决定,不宜小于200~300mm;双腹式边 梁常用两块下翼缘,每条下翼缘可分别采用 宽度为100~200mm的扁钢做成。两块腹板之间 的距离不宜太小,以便于腹板施焊和安装滚 轮,不应小于300~400mm。 第四节 平面钢闸门的零部件设计 一、行走支承 (一)胶木滑道 (二)滚轮支承 (三)平面钢闸门的导向装置------侧轮和反轮 二、 止水装置

本站文章于2019-10-29 04:09,互联网采集,如有侵权请发邮件联系我们,我们在第一时间删除。 转载请注明:教材] 平面钢闸门 组织打算零部件打算

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