露顶式平面钢闸门设计(3)

2019-08-20 19:04

区格II的平均弯矩为

MⅡ= (MⅡ左+MⅡ右)/2=(522+817)/2=670(kN.m)

区格II的平距弯应力为

σⅡ= MⅡy0/I=670×333×1000000/373240×10000=59.8 N/mm2

计算?cr

σcr= h0/tw/177×√fy/235

=90/1.0/177×√235/235=0.51<0.85 σcr=[σ]=160 N/mm2

计算?cr,由于区格长短边之比为2.35/1.0>1.0,则

γs= h0/tw/41×√5.34+4(h0/a)2√fy/235=90/1.0/41×√5.34+4(90/235) 2√235/235=1.0 则

τ

cr

=[1-0.59(γs-0.8)][ τ]=[1-0.59(1-0.8)] ×95=83.8 N/mm2

??????cr?????c???????????1ccr??cr?22 将以上数据代入公式有

(74.1/160)3+(11.5/83.8)2= 0.10+0.02=0.12<1.0(这里无局部压应力)。

满足局稳要求,故在横隔板之间(区格II)不必增设横向加劲肋。 再从剪力最大的区格I来考虑;

该区格的腹板平均高度h0=(90+60)/2=75,因h0/t??75,不必验算,故在

??梁高减小的区格I内也不必另设横向加劲肋。

5)面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力的验算。从上述的面板计算可见,直接与主梁相邻的面板区格,只有区格IV所需要的板厚较大,这意味着该区格的长边中点应力也较大,所以选取区格IV(图2)按式

22?zh??my???my??Ox???my??mx??Ox??1.1????(其中?mx???my,

?my?kypa2/t2)验算其长边中点的折算应力。

面板区格IV在长边中点的局部弯曲应力为 σ

max

=kpa2/l2=0.5×0.04×650×650/8×8=+132N/mm2

σmy=μσmy=+0.3×132=+40N/mm2;

对应于面板区格IV在长边中点的主梁弯矩(图5)和弯应力为 M=74.1×5×3.9-74.1×3.7×3.7/2=938 kN.m σ0x=M/W=938×1000000/9.27×1000000=101 N/mm2;

面板区格IV的长边中点的折算应力为

σzh=(σmy2+(σmx-σ0x)2-σmy(σmx-σ0x))1/2

= (1322+(40-101)2-132×(40-101))1/2

=171N/mm2<1.1a[σ]=1.1×1.4×160=246.4N/mm2;

上式中?my、?mx和?0x的取值均以拉应力为正号,压应力为负号。 故面板厚度选用7mm,满足强度要求。

六、横隔板设计

(1)荷载和内力计算。横隔板同时兼作竖直次梁,它主要承受水平次梁、顶梁和底梁传来的集中荷载以及面板传来的分布荷载,计算时可把这些荷载用以三角形分布的水压力来代替(图1),并且把横隔板作为支撑在主梁上的双悬臂梁。则每片横隔板在上悬臂的最大弯矩为

M=2.5×25.0/2×2.35×2.5/3=61.2kN.m

(2)横隔板截面选择和强度计算。其腹板选用与主梁腹板同高,采用 ,

上翼缘利用面板,下翼缘采用1000mm ×8mm 的扁钢。上翼缘可利用面板宽度按

B??2b确定,其中b= 2350mm ,按 l0/b=2×2500/2350=2.13,从 表3查得有效宽度系数ε2=0.52,则B=0.52 ×2350=1222mm,取B=1200mm 。

计算如 图9 所示的截面几何特性。

截面形心到腹板中心线的距离为

e =1200×8×504-200×8×504/1200×8+200×8+900×8=219mm

截面惯矩为

I=8×9003/12+8×900×2193+8×200×7262+8×1200×2822=243807mm4

截面模量为

Wmin=243807×104/730=3339822mm3

验算弯应力为

e =M/Wmin=61.2×106/3339822=18.3N/mm2 <[e]

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、纵向连接系设计

(1)荷载和内力计算。纵向连接系承受闸门自重。露顶式平面刚闸门门叶自重G按附录10中的式G?KzKcKgH1.43B0.88?9.8kN计算

G?KzKcKgH1.43B0.88?9.8kN

=0.81×1.0×0.13×5.51.43×90.88×9.8=81.7kN

下游纵向连接系承受 0.4G=0.4×81.7=32.7KN

纵向连接系视作简支的平面桁架,其桁架腹板杆布置如 图10所示,其结点荷载为

32.7/4=8.18

杆件内力计算结果如 图10 所示。

(2)斜杆截面计算。斜杆承受做大拉力N =17.95 KN. 同时考虑闸门偶然扭曲时可能承受压力,谷长细比的限制应与压杆相同,即 λ≤[λ]=200 选用单角钢L×100×8, 由表附表6.4查得

截面面积

A=15.6cm2=1560mm2

回转半径

i=1.98cm=19.5mm ;

斜杆计算长度

l=0.9×2.2.?2.2?2.35?2.35?0.4?0.4=2.92m

长细比

λ=l0/iy0=2.92×103/19.8=147.5<[λ]=200

验算拉杆强度

e=17.95×103/1560=11.51N/mm2<0.85[e]=133N/mm2

考虑到单角钢受力偏心的影响,将容许应力降低15%进行计算。 (3)斜杆与结点板的连接计算(略)。

八、边梁设计

边梁的截面形式采用单腹式(图11),边梁的截面尺寸按构造要求确定,即截面高度与主梁端高度相同,腹板厚度与主梁腹板厚度相同,为了便于安装压合胶木滑块,下翼缘宽度不宜小于300mm。

边梁是闸门的重要受力构件,由于受力情况复杂,故在设计时可将容许应力值降低20%作为考虑受扭影响的安全储备。

(1)荷载和内力计算。在闸门每侧边梁上各设两个胶木滑块。其布置尺寸见 图12。

1)水平荷载。主要是主梁传来的水平荷载,还有水平次梁和顶、底梁传来的水平荷载。为了简化起见,可假定这些荷载由主梁传给边梁。每个主梁作用于边梁的荷载R =333kN。

2)竖向荷载。有闸门自重、滑道摩阻力、止水摩阻力、启吊力等。 上滑块所受的压力

R1=333×2.35/2.92=268kN

下滑块所受的压力

R2=882-268=614 kN

最大弯矩

Mmax=268×0.7=187.6kN.m

最大剪力

Vmax=R1=268kN

最大轴向力为作用在一个边梁上的启吊力,估计为 200kN(详细计算见后面)。在最大弯矩作用截面上的轴向力,等于启吊力减去上滑块的摩阻力,该轴向力N=200- R1f=200-268×0.12=167.84kN。

(2)边梁的强度验算。 截面面积

A=540×10+2×300×14=13800 mm2

面积矩

Smax=14×300×277+10×270×135= 1527900mm3

截面惯性矩

e=10×540×540×540/12+2×300×14×277×277=775743600mm

截面模量

W=775743600/284=2731492 mm3

截面边缘最大应力验算

σ

max

=N/A+Mmax/W=167.84×1000/14400+187.6×1000000/2731492

=80N/mm2<0.8[σ]=128N/mm2

腹板最大应力验算

τ=VmaxSmax/Itw==268×100×1527900/775743600×10

=52.8N/mm2<0.8[τ]=76 N/mm2

腹板与下翼缘连接处折算应力验算 σ

max

=N/A+Mmax/W.y'/y=12+69×270/284=77.6 N/mm2

τ= VmaxSi/Itw=268×1000×300×14×284/77.5743600×107×10=41.2 N/mm2

22 σzh=??3?=77.6?77.6?3?41.2?41.2=105.4<0.8[σ]=128N/mm2


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