倒虹吸計(jì)算書

1、舊寨倒虹吸計(jì)算書基本資料設(shè)計(jì)流量： 2.35 m3/s加大流量： 2.94 m 3/s進(jìn)口渠底高程： 1488.137m進(jìn)口渠寬： 2.0m進(jìn)口渠道設(shè)計(jì)水深 :1.31m加大流量水深： 1.56m出口渠底高程： 1487.220m進(jìn)口渠道設(shè)計(jì)水深 :1.43m加大流量水深： 1.70m進(jìn)出口渠道形式：矩形進(jìn)口管中心高程：1487.385m出口管中心高程：1486.69m管徑 DN：1.6m二、設(shè)計(jì)采用的主要技術(shù)規(guī)范及書籍1、灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范GB50288 99；2、水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范SL284 20033、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 SL/T191 96；4、水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范DL507

2、3 1997； 5、小型水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè) -金屬結(jié)構(gòu) ；。6、水力計(jì)算手冊(cè)7、倒虹吸管三、進(jìn)口段1、漸變段尺寸確定L=C(B 1-B2)或 L=C 1h；C 取 1.52.5;Ci取35: h上游渠道水深;經(jīng)計(jì)算取 L=4m ;2、進(jìn)口沉沙池尺寸確定(1) 擬定池內(nèi)水深 H;H=h+TT=( 1/3 1/4) h;T 為進(jìn)口渠底至沉沙池底的高差;取 0.8m;(2) 沉沙池寬 BB=Q/(Hv) ;v 池內(nèi)平均流速 0.250.5m/s;經(jīng)計(jì)算取 B=3.5m;(3) 沉沙池長 L'L'(45) h經(jīng)計(jì)算取 L =8m;(4) 通氣孔通氣孔最小斷面面積按下式計(jì)算:A kq ；

3、1265cVP A為通氣管最小斷面面積m2 ； Q為通氣管進(jìn)風(fēng)量，近似取鋼管C 取 0.5 ；內(nèi)流量，m3/s; C為通氣管流量系數(shù)；如采用通氣閥,無閥的通氣管，C取0.7； P為鋼管內(nèi)外允許壓力差，其值不大于0.1N/mm2 ； K為安全系數(shù)，采用 K=2.8。經(jīng)計(jì)算 A=0.0294 m2 ；計(jì)算管內(nèi)徑為0.194m，采用D273（ S =6mm的螺旋鋼管。四、出口段倒虹吸管出口消力池，池長 L及池深T,按經(jīng)驗(yàn)公式:L=(34)hT> 0.5D0+ S +0.3經(jīng)計(jì)算取L =6m, T=1.2m。五、管身段本倒虹吸管采用Q235B板鋼管，經(jīng)初步布置和擬定后量得鋼管長約410m。根據(jù)地

4、形在全線設(shè)4座鎮(zhèn)墩，初定鋼管內(nèi)徑 DN1600mm,壁厚S為14和16mm。下面分別對(duì)倒虹吸進(jìn)行水力計(jì)算、鋼管和 鎮(zhèn)墩結(jié)構(gòu)計(jì)算:（一）水力計(jì)算倒虹吸的過水能力及總水頭損失按灌溉與排水工程設(shè)計(jì) 規(guī)范附錄N所列公式計(jì)算：1、倒虹吸的過水能力按下式計(jì)算Q=卩3 j2gZ1lTdc=1r1/6n式中：Q倒虹吸設(shè)計(jì)流量（m3/s）；a流量系數(shù)；=0.3833倒虹吸過水?dāng)嗝婷娣e；=2.01g 重力加速度（m/s2）Z 上、下游水位差（ m） ； 0.777m刀Z-局部水頭損失系數(shù)的總和，包括進(jìn)、出口攔污 柵、閘門槽、伸縮節(jié)、進(jìn)人孔、旁通管、轉(zhuǎn)彎段、漸變段等損失 系數(shù)；E 閘=0.2,E 進(jìn)口 =0.5,E

5、 攔柵=0.5,E 出口 =1,E 彎頭=aE 90 ,E 90=0.361#鎮(zhèn)墩彎頭為1459a =0.32,E 彎頭 1=0.32*0.36=0.1152#鎮(zhèn)墩彎頭為3747a =0.63,E 彎頭2=0.63*0.36=0.2273#鎮(zhèn)墩彎頭為444，a =0.69,E 彎頭 3=0.69*0.36=0.2484#鎮(zhèn)墩彎頭為11a =0.25,E 彎頭4=0.25*0.36=0.09刀E彎頭=0.68刀Z =2.88入-能量損失系數(shù);=0.015338L-倒虹吸總長度（D 管內(nèi)直徑（m）；m）； 4101.6mC 謝才系數(shù)；=71.53n-糙率；取0.012經(jīng)計(jì)算Q=3.0 m3/s大于

6、加大流量 2.94 m3/s;所以選擇鋼管內(nèi)徑為 1.6m是合適的。2、倒虹吸總水頭損失按下式計(jì)算hw=（刀 E + 入 L/D ） V2/2gv管道流速設(shè)計(jì)時(shí)為1.17m/s，加大流量時(shí)為1.46 m/s。所以設(shè)計(jì)時(shí) hw=0.48m加大時(shí)hw=0.74m。（二）鋼管結(jié)構(gòu)計(jì)算SL281 管壁應(yīng)力計(jì)算，根據(jù)水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范2003規(guī)定，采用第四強(qiáng)度理論計(jì)算，其計(jì)算公式為:J Z2y-2Z y 3 yz/ 22Z 32寸ZzJ 22yy 32y1231、 2、式中:3-表示任意點(diǎn)作用有三個(gè)主應(yīng)力；z 環(huán)向正應(yīng)力；x 軸向正應(yīng)力；y 徑向正應(yīng)力；T yz、 T xz、 T xy 剪應(yīng)力；焊縫

7、系數(shù)，取=0.9 ；相應(yīng)計(jì)算情況的允許應(yīng)力；不同鋼材、板厚，相應(yīng)計(jì)算情況的允許應(yīng)力見下表表1:允許應(yīng)力表鋼材鋼板厚度（mm）屈服點(diǎn)s(Mp a)允許應(yīng)力5 ( Mpa)膜應(yīng)力區(qū)局部應(yīng)力區(qū)基本組合=0.55 s特殊組合=0.7 s基本組合=0.67 s特殊組合=0.8 sQ235< 16235129165158188> 16 40225124158151180Q345< 16345190242231276> 16 25325179228218260> 25 36315173221211252由于本工程采用了鞍形支墩，設(shè)置支承環(huán)和剛性環(huán)，所 以選擇以下斷面核算應(yīng)力：斷

8、面1 :支墩間跨中斷面；斷面2 :加勁環(huán)的斷面；斷面3:支承環(huán)的斷面； 鋼管按滿水、溫升設(shè)計(jì)，作用在鋼管上的主要力有：1）內(nèi)水壓力；2）管重和水重在法向上分力；3）各種軸向力 水管自重的軸向分力； 溫升時(shí)管壁沿支墩面的磨擦力； 溫升時(shí)伸縮節(jié)內(nèi)填料的磨擦力； 其余各力均較小，忽略不計(jì)。以1#至2#鎮(zhèn)墩之間的鋼管為例說明其計(jì)算過程，計(jì)算簡 圖如圖一：基本數(shù)據(jù)2#鎮(zhèn)墩中心至上游伸縮節(jié)接頭距離L =57m ;2#鎮(zhèn)墩中心至下游伸縮節(jié)接頭距離L =15m ;2#鎮(zhèn)墩中心處鋼管最大靜水頭Ho=1O7.7m ;支墩間距L=5.4m ;管軸與水平線夾角=37° 47 ；加勁環(huán)支承環(huán)圖一3/卅1、管壁

9、厚度擬定管徑D=1.6m，鋼管采用Q235B鋼板焊接而成，基本荷載=129Mpa ,考慮局部應(yīng)力的基本荷載=158Mpa。本倒虹吸水壓試驗(yàn)壓力按正常情況最高內(nèi)水工作壓力的1.25倍計(jì)算，所以最大設(shè)計(jì)水頭H設(shè)=1.25*107.7=134.6m。初估管壁厚度采用降低允許應(yīng)力至75%,sHD02 0.752 =11.12mm選用管壁計(jì)算厚度選S =12mm ,考慮2mm的防銹厚度, 管壁的結(jié)構(gòu)厚度取S =14mm。2、管壁彈性穩(wěn)定計(jì)算計(jì)算壁厚'=12mm掙詈=12.3mm，需設(shè)置加勁環(huán)。3、加勁環(huán)斷面及間距計(jì)算 a、加勁環(huán)對(duì)管壁影響范圍: t=0.78 (rc* S ) 0.5=0.78

10、(0.806*0.012 ) 0.5 =0.077m ;本倒虹吸選擇角鋼L63X 63X6作為加勁環(huán);b、加勁環(huán)有效斷面面積為：Fr= 728.8+77*2*12+63*12=3332.8mm 2C、加勁環(huán)有效斷面重心軸距管中心距R:C 728.8 829.75 217 12 806 c一 cR=811.2mm728.8 77 12 2 63 12注：其中L63X 63X6角鋼的面積為728.8mm 2 ;重心在距離角鋼外緣17.75mm 處；慣性矩為233820mm 4;d、加勁環(huán)有效斷面慣性距:J=23382O+728.8*18.552+ ( 1/12 ) *217*12 3+26O4*O

11、.8 2=517516.5mm 4e、計(jì)算加勁環(huán)的間距：._ 3EJ 3 2.1 105 517516.5L 勁=G =3=3053mmKPR32 0.1 811.23加勁環(huán)間距為1.8m。4、管壁應(yīng)力計(jì)算斷面1的計(jì)算a、徑向內(nèi)水壓力產(chǎn)生的管壁徑向壓力y =-P 設(shè)=1.32MPab、徑向內(nèi)水壓力產(chǎn)生的管壁環(huán)向應(yīng)力zi = (P 設(shè)*Do)/(2* S )=88 MPaZ2很小，忽略不計(jì)。法向力產(chǎn)生的管壁彎曲軸向應(yīng)力x1M=,4M=十 ± d210此處 q= (g 管 +g 水 + g 地震)cos a , D=1.614m , S =14mm , L=5.4m ,考慮 12% 的附

12、加重 g 水=19.71*1.12=22.1kN/m, g 管=5.46*1.12 =6.11kN/m, g 地震=0.2*2.5*0.25*( 22.1+6.11 ) =3.52kN/m , cos =cos37 ° 47 =0.79故 M=92.52kN.Mx1= ± 將=± 3.83MPad、軸向力產(chǎn)生的管壁軸向應(yīng)力_ Ax2 = 2 r水管自重產(chǎn)生的軸向力A1 : 考慮12%的附加重A1= g 管 *L*sin =5.46*57*0.613*1.12=213.7kN伸縮接頭處內(nèi)水壓力A5 :A5= ( D1 2-D 22) H 上伸設(shè)4=(3.14/4 )

13、 * ( 1.628*1.628-1.6*1.6) *70*9.81*1.25 =61kN溫度升高伸縮接頭邊縫間的磨擦力A6:A6二 n DibfH 上伸設(shè)此處b2約為0.1D這里取0.2 ,卩2=0.3 故 A6= n X 1.628 X 0.2 X 0.3 X 686.7 X 1.25=263kN溫度升高管壁沿支墩面的摩擦力A7: 考慮12%的附加重A7=f ( g 水 +g 管)L cos 1 此處 f=0.5=0.5* ( 19.71+5.46 ) *1.12*57*0.79 =634.7kN刀 A=213.7+61+263+634.7=1172.4kN1172 4故 x2=-724=

14、-19.3MPa2 0.806 0.012e、應(yīng)力校核：按溫升情況計(jì)算。校核管頂應(yīng)力時(shí)，x 取負(fù)值（壓應(yīng)力），即1=J z yZ y3 yz二 J882 ( 1.32)2 88 ( 1.32) 0=88.7Mpa < 0.9 x 129=116.1Mpa2= / 222¥ Xz3X zO xz=J( 23.13)2882( 23.13) 88 0=101.56 Mpa< 0.9 x 129=116.1Mpa-/ 223- P Xy3X y7 xy=伙 23.13)2(1.32)2( 23.13) ( 1.32)=22.5Mpa < 0.9 x 129=116.1Mp

15、a0x=-3.83-19.3= -23.13MPa斷面2 （加勁環(huán)）的計(jì)算計(jì)算簡圖如圖2 :6J_a、徑向內(nèi)水壓力產(chǎn)生的管壁環(huán)向應(yīng)力Z2= （ P 設(shè) *r 0 （ 1- p） / SFr '7.288+1.2*6.3=14.848cm2p =財(cái)1 （管壁外緣斷面與環(huán)計(jì)算斷面比值）=0.22Z2 =68.64MPa （拉） 橫斷面上的正應(yīng)力X3= ± 1-816 P讐=± 35.2 MPa （內(nèi)緣受拉外緣受壓）x2 =-19.3MPa （壓，冋斷面 1）管壁外緣應(yīng)力為:x=-35.2-19.3=-54.5 （外緣受壓） 橫斷面上剪壓力很小可以省去。徑向應(yīng)力：y二-P

16、設(shè)=-1.32MPa （壓） 存在局部應(yīng)力基本荷載=158M pa。1 = #zyZ y 3 yz=69.3 MPa < 0.9 X 158=142.2Mpa=/ 2 2 3 2=VxzX z 3 xz=106.9<0.9 X 158=142.2MpaQ= / 2 2 33 帖 Xyx y 3 xy=53.9MPa < 0.9 X 158=142.2Mpa斷面3 （支承環(huán)）的計(jì)算計(jì)算簡圖如圖3 :20彳度厚算計(jì)Z/SB1!' /124820 1818 20圖三支承環(huán)布置形式見支承環(huán)結(jié)構(gòu)圖，腹板肋板都采用S=18mm的鋼板。其影響長度為0.077m。a、確定支承環(huán)的有效

17、斷面積:FR=200*18+82*18*2+314*12=10320mm2支承環(huán)有效斷面重心軸距管中心距R :R= 18 200 903 2 82 18 853 314 12 806 =353 28mm18 200 82 18 2 314 12支承環(huán)有效斷面繞橫軸慣性距:Jr=+18 200（18 823 （ 1/12）+0.282 82 18） 2+200 183 （ 1/12）502+314 123 （1/12）+12 314 472=19120263.44mm 4支承環(huán)重心軸至環(huán)外緣、管壁外緣和管壁內(nèi)緣距離Z和 Zr2、Zr3，各為 58.72mm、41.28mm 和 53.28mm。R

18、1、d、計(jì)算由于支承環(huán)約束引起的環(huán)旁管壁局部軸向應(yīng)力x3 = 士 1.816 3 P設(shè);D0= 士 101.5Mpa3 = Fr aS =0.635Fr 2*S t 10320x1、(3管壁外緣斷面與環(huán)計(jì)算斷面比值)軸向應(yīng)力MPa管壁位置x1x2x3x0 =0 °外緣3.83-19.3-101.5-116.97內(nèi)緣3.83-19.3101.586.030 =180 °外緣-3.83-19.3-101.5-124.63內(nèi)緣-3.83-19.3101.578.37表2 :e、計(jì)算內(nèi)水壓作用下支承環(huán)及其旁管壁的環(huán)向應(yīng)力將x3與前面算得的x1、 x2 （用斷面1算得的應(yīng)力） 相加，

19、得支承環(huán)旁管壁總x值。見下表：支承環(huán)旁管壁總X值表Z1= ( P 設(shè)*ro ( 1- 3 ) / S =32.12 Mpaf、計(jì)算在Mr作用下支承環(huán)旁管壁內(nèi)外緣環(huán)向應(yīng)力b采用0.04R，貝J Mr當(dāng)0 =0 ° 時(shí)，M R=-0.0085GR=-0.9KN.mL=5.4m , g 水=19.71kN/m0.12 , g 地震=0.2*1*0.25*cos =cos37 ° 47' =0.79,g管=5.56kN/m ,考慮附加重(19.71+5.56 )=1.26 kN/m ,G= ( g 管 +g 水 + g 地震)*1.12*Lcos a=26.53*5.4*0

20、.79*1.12= 126.76KN可得管壁外緣環(huán)向應(yīng)力二譽(yù)心Mpa管壁內(nèi)緣環(huán)向應(yīng)力讐=2.51 Mpa同理當(dāng)0 =180異二z2=-1.95 Mpa外緣z2=-2.51 Mpa內(nèi)緣他與0 =0 °時(shí)數(shù)值相同，但符號(hào)相反。支承環(huán)有效面積腹板外緣環(huán)向應(yīng)力0 =0 °時(shí)Z2十沁M(jìn)pa當(dāng)0 =180 °時(shí)z2=-2.29 Mpa計(jì)算Nr作用下支承環(huán)旁管壁環(huán)向應(yīng)力當(dāng)0 =0 °時(shí)N R= G( 0.79) =5.84kN n R得環(huán)向應(yīng)力c N cz3=_r=0.57 Mpa Frl當(dāng)0 =180 °時(shí)z3=-0.57 Mpa把以上算得的Z1、Z2、z

21、3相加，得總z見下表:表3:總Z值表環(huán)向應(yīng)力MPa 管壁位置、1 Z2 Z3 ZZ0 =0 °外緣32.121.950.5734.64內(nèi)緣32.122.510.5735.20 =180 °外緣32.12-1.95-0.5729.6內(nèi)緣32.12-2.51-0.5729.04h、強(qiáng)度校核因剪應(yīng)力在0 =0 °、180 °處可忽略，求合成應(yīng)力2值。 從表1、表2中可以明顯看出，在0 =0 °、180 °處，管壁外 緣合成應(yīng)力2值較大，起控制作用。計(jì)算結(jié)果如下：0 =0 °處，管壁外緣2=J222¥xzXZJxz3 xz

22、 = ( 116.97)234.642( 116.97)34.64=137.6 MPa < 0.9 X 158=142.2Mpa0 =180 °處，管壁外緣22xzx zxz3 xz =( 124.63)229.62 ( 124.6329.6=141.8 MPa < 0.9 X 158=142.2Mpa支承環(huán)腹板外緣的合成環(huán)向拉應(yīng)力在0 =90 °處的支承 點(diǎn)下邊為最大，即0 =90 °（下）處：MR=0.01GR=0.01*126.76*0.85328=1.08kN.m腹板外緣環(huán)向拉應(yīng)力2 _ M RZR1Z =J R21080* 0.0587219

23、12*10 8=3.32 MpaNr=G=126Z64 4=31.69kN得環(huán)向應(yīng)力23唱=牆=3.伽pa前邊e中以計(jì)算z1=32.12 Mpa將以上三個(gè)環(huán)向拉應(yīng)力疊加，得腹板腹板外緣環(huán)向拉應(yīng)力為：Z1+ Z2+ z3=32.12+3.32+3.1=38.54 MPa < 0.9 x 158=142.2Mpa以上計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力都是以2#鎮(zhèn)墩中心處鋼管設(shè) 計(jì)內(nèi)水壓力來計(jì)算的比實(shí)際略大些，偏于安全。5、鋼管抗外壓穩(wěn)定計(jì)算支承環(huán)同時(shí)起著加勁環(huán)的作用，現(xiàn)校核管壁、加勁環(huán)和 支承環(huán)的抗外壓是否穩(wěn)定。a、鋼管光滑管部分首先求出r 0.8 c /二=0.444l 1.8丄二空=66.67S0.0

24、12-=2.25rn=2.74*（:嚴(yán)（f） 0.25=5.19取n=5、n=6計(jì)算中間段管壁穩(wěn)定性:CE SPer22r ( n2 1)(1)2E S3( 212(1 卩2) r3 n2n 1 卩)"2 丿1 2±_I22r n式中卩=0.3 ,n=5時(shí) Pcr=2.47MPan=6時(shí) Pcr=2.74MPan rPcr最小值，即n=5時(shí)，得 Pcr=2.47MPa>0.2 MPa ，固本鋼管光滑管部分不會(huì)失穩(wěn)。加勁環(huán)管段先按公式Pcr1 EJr進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算得：R3l3* 2.1*105 *517516.5 門 c, “廠 c c “廠Pcr1 3=0.34 MP

25、a>0.2 MPa;811.23 *1800再按公式Pcr2沁進(jìn)行強(qiáng)度校核得什=0.54 MP a>0.2 MPa;235* 33.328Pcr2 80*180計(jì)算結(jié)果表明加勁環(huán)穩(wěn)定和強(qiáng)度都滿足要求。c、支承環(huán)段按公式Pcr1 E3r進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算得：R3lC ,3* 2.1*105 *19120263.44 .門Pcr1 3=10.77MPa>0.2 MPa;853.28 *1800再按公式Pcr2込進(jìn)行強(qiáng)度校核得什=1.68 MP a>0.2 MPa;C C 235*103.2Pcr2 80*180計(jì)算結(jié)果表明支承環(huán)穩(wěn)定和強(qiáng)度都滿足要求。從以上的計(jì)算結(jié)果表明所選管壁厚

26、度、支座間距、加勁環(huán)及支承環(huán)滿足運(yùn)行工況下溫升條件的強(qiáng)度要求。（三）鎮(zhèn)墩結(jié)構(gòu)計(jì)算根據(jù)工程的地質(zhì)情況和鎮(zhèn)墩所處位置的設(shè)計(jì)內(nèi)水壓 力，選擇1#和2#鎮(zhèn)墩作為代表進(jìn)行計(jì)算：1、1#鎮(zhèn)墩1#鎮(zhèn)墩中心至上游伸縮節(jié)接頭距離L =44m ;1#鎮(zhèn)墩中心至下游伸縮節(jié)接頭距離L =57m ;1#鎮(zhèn)墩中心處鋼管工作水頭Hg=36.22m ;1#鎮(zhèn)墩上游伸縮接頭處工作水頭H上伸設(shè)=20m ;1#鎮(zhèn)墩下游伸縮接頭處設(shè)計(jì)水頭H上伸設(shè)=71m ;1#鎮(zhèn)墩上游管段傾角1=22 ° 47 ;1#鎮(zhèn)墩下游管段傾角2=37 ° 47 ；1#鎮(zhèn)墩上游管段管壁厚S上=14mm ;1#鎮(zhèn)墩上游管段管壁厚S下=14m

27、m ;鎮(zhèn)墩材料采用c15鋼筋砼，容重24kN/m 3,鎮(zhèn)墩地基為 粉砂質(zhì)板巖，砼與地基的磨擦系數(shù)f=035 ,地基承載力=0.35 0.8Mpa。如圖4 :1#鎮(zhèn)墩平面圖1:100500013553645w41145w51#鎮(zhèn)墩墩縱剖面圖1:1004802-H521X201453.475a、1) 運(yùn)行條件下作用在鎮(zhèn)墩上的基本荷載 鋼管 自重的 軸 向分 力 A1上 游 側(cè) A 1' =g 管 Lsin 1此處 D=1.6m , g 管二 n ( D+ S ) X S X r 鋼=5.46kN/m 計(jì)入附加增重 12%，故 A1' =5.46 X44Xsin22 °47

28、' X 112%=104.2 kN下 游 側(cè) A 1 =g 管 Lsin 2=5.46 X 57X sin37 °47' X 112%=213.7 kNb、鎮(zhèn)墩上、下游內(nèi)水壓力 A3上游端A3=n r2* r 水 H=3.14*0.8*0.8*9.81*35.2=693.94 kN下 游 端 A3=n r2* r 水 H=3.14*0.8*0.8*9.81*37.8=745.2 kNc、伸縮節(jié)管端水壓力 A5上游伸縮節(jié)As' = ( n /4)*( D12-D 22) r 水 H 上 伸設(shè) = ( 3.14/4 ) *1.628 2-1.6 2) 9.81*2

29、0=13.92 kN下游伸縮節(jié)A5 = ( n /4)*( D12-D 22) r 水 H 下 伸設(shè) = ( 3.14/4 ) *1.628 2-1.6 2) 9.81*71=49.42 kNd、溫度變化時(shí)，伸縮節(jié)止水盤根對(duì)管壁摩擦力 A6，考慮在進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)不應(yīng)產(chǎn)生漏水現(xiàn)象，盤根壓縮力 取為 計(jì)算 水 壓力 的 1.25 倍 。上游伸縮節(jié)A6=1.25 n Dib2 a 水H上伸設(shè)=3.14*1.628*0.3*0.2*9.81*20*1.25=75.22 kN下游伸縮節(jié)A6 =1.25 n D1b2 a 2r水H下伸設(shè)=3.14*1.628*0.3*0.2*9.81*71*1.25=26

30、7kN此處b2約為0.1D這里取0.2 ,卩2=0.3溫度 變化時(shí) ， 支墩 對(duì) 管 壁的 摩 擦力 A7上游方向A7 = （ g管+ g水）Icos 1e、計(jì)入附加增重 12%，A7 = (5.46+ 19.71 ) *5.4*0.5*cos2247 *1.12=70 kN總 共有 7 個(gè)支 墩刀 A 7 =70*7=490 kN下游方向A7 = (5.46+ 19.71 ) *5.4*0.5*cos3747 *1.12=60 kN總 共有 9 個(gè)支 墩刀 A 7 =60*9=540 kN鎮(zhèn)墩 中彎管 水 流離 心 力 A8AV = A 8 =( v2/g)*( 3.14/4)*r 水D02

31、=(1.5*1.5/9.81) *(3.14/4 ) *9.81*1.6*1.6=4.52 kNg、鎮(zhèn)墩前、后鋼管對(duì)鎮(zhèn)墩的法向力鎮(zhèn)墩前、后 鋼管自重及水重形成對(duì)鎮(zhèn) 墩的法向分力。計(jì) 算時(shí)，鎮(zhèn)縮節(jié)布置在鎮(zhèn)墩中間也 計(jì)入半個(gè)支墩 跨段。小型水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手 冊(cè) - 金 屬 結(jié) 構(gòu) P419 頁 。鎮(zhèn)墩前半跨管的法向力Q'=刀（g 管 + g 水）l/2*cos 1=28.2*6.1/2*0.92 =79.1 kN鎮(zhèn)墩后鋼管的法向力Q=刀（g 管 + g 水）* l/2*cos 2=28.2*5.4/2*0.79=60.15kN2)檢修條件下鎮(zhèn)墩的基本荷載a、鋼管自重的軸向分力 A1上游側(cè)

32、A1' =5.46 X44Xsin22 ° 47' X 112%=104.2 kN下 游 側(cè) A 1 =g 管 Lsin 2=5.46 X 57 X sin37 ° 47 ' x 112%=213.7 kNb、 溫度變 化 時(shí) ，上游伸縮節(jié)As'伸 縮節(jié) 止水 盤 根 對(duì)管壁 摩 擦力 A6=75.22 kN kN下游伸縮節(jié) A6=267kN支墩對(duì)管壁的摩擦力 A7上 游 側(cè) A 7' =5.46*5.4*0.5*cos22c、 溫度變 化 時(shí)，47 *1.12*7=106.6 kN下 游側(cè)刀 A 7 =5.46*5.4*0.4*co

33、s3747' *1.12*9=117.4 kNd、鎮(zhèn)墩前、后鋼管對(duì)鎮(zhèn)墩的法向力Q = g 管 l/2*cos 1=6.11*6.1/2*0.92 =17.14 kN鎮(zhèn)墩后鋼管的法向力Q5L5 *cos 2=6.11*5.4/2*0.79=13kN3)校核情況下，作用于鎮(zhèn)墩的基本荷載水 壓 試 驗(yàn) 的 壓 力 按 正 常 情 況 設(shè) 計(jì) 壓 力 的 1.25 倍 。a、 鋼管自 重 的軸 向 分 力 A1上游側(cè) A/ =5.46 X 44 X sin22 ° 47 ' x 112%=104.2 kN下 游 側(cè) A 15 =g 管 Lsin 2=5.46 X 57 X s

34、in37 ° 47 x 112%=213.7 kNb、鎮(zhèn)墩上、下游內(nèi)水壓力A3上游端 A3 =693.94 *1.25=867.43kN上游端 A35 = 745.2*1.25=931.5 kNc、伸縮節(jié)管端水壓力 A5上游伸縮節(jié) A5 =13.92*1.25=17.4 kN下游伸縮節(jié) A55 =49.42*1.25=61.78 kN鎮(zhèn)墩前、后鋼管對(duì)鎮(zhèn)墩的法向力Q' =79.1 kN鎮(zhèn)墩后鋼管的法向力Q5 =60.15kN4）荷載組合后的水平、垂直分力1）運(yùn)行工況升溫時(shí)a、自上游方向指向鎮(zhèn)墩Q所以降溫時(shí)總的水平推力和垂直力分別為：刀 x=231.25+175-30.61-36

35、.82=338.82 kN右）刀 y=97.3+135.6+47.5+72.77=353.17kN刀 A = AJ + A3 + A 5 + As' + Al' + A 8=104.2+693.94+13.92+75.22+490+4.52 =1381.8 kN水平方向分力刀 A ' cos 1=1381.8*0.92=1271.3 kN （右）垂 直方向 分力刀 A ' sin 1=1381.8*0.387=534.8kN（下）b、自下游方向指向鎮(zhèn)墩A 3+ A 5+ A 6 + A 7 + A 8 - A 1=745.2+49.42+267+540+4.52

36、-213.7 =1392.44kN左）水平方向分力刀 A cos 2=1392.44*0.79=1100kNc、法 向 力Q'的水平分力Q'sin1=79.1*0.387=30.61 kN（ 左 ）Q'的垂直分力Q'cos1=79.1*0.92=72.772 kN（下）Q的水平分力Qsin2=60.15*0.612=36.82kN（ 左 ）的垂直分力 Qcos2=60.15*0.79=47.5 kN（下）上）垂直方向 分力刀 A sin 2=1285.4*0.612=852kN上）刀 y=534.8-852+72.77+47.5=-196.93 kN降溫時(shí)a、自

37、上游方向指向鎮(zhèn)墩b、自下游方向指向鎮(zhèn)墩刀 A = Ai + A3' + As' - A6-A7 + A8 '=104.2+693.94+13.92-75.22-490+4.52 =251.36kN水平方向分力刀 A ' cos 1=251.36*0.92=231.25 kN （右）下）垂 直方向 分力刀 A ' sin i=251.36*0.387=97.3kN刀 A = A3 + A5 - A6 - A7 + A8 - A1 =745.2+49.42-267-540+4.52-213.7 =-221.56 kN右）水平方向分力刀 A cos 2=221

38、.56*0.79=175 kNc、法 向 力Q'的水平分力Q'sin1=79.1*0.387=30.61 kN（ 左 ）Q'的垂直分力Q'cos1=79.1*0.92=72.772 kN（ 下 ）Q的水平分力Qsin2=60.15*0.612=36.82kN（ 左 ）的垂直分力Qcos2=60.15*0.79=47.5 kN（下）下）垂直方向分力刀 A sin 2=221.56*0.612=135.6kN2）檢修狀況升溫時(shí)a、自上游方向指向鎮(zhèn)墩所以升溫時(shí)總的水平推力和垂直力分別為：刀 x=263.1-137.7-6.64-8=110.76kN（右）刀 y=110

39、.7-104.3+15.77+10.27=32.44 kN下）刀 A = A J + As + Af=104.2+75.22+106.6 =286.02 kN （右）右）水平方向分力刀 A cos i=286*0.92=263.1kN垂直方向分力刀 A sin 1 =286*0.387=110.7kNb、自下游方向指向鎮(zhèn)墩A6 + A7 - Ai=267+117.2-213.7 =170.5 kN左）水 平方向 分力刀 A cos 2=170.5*0.79=137.7kNc、法 向 力Q的水平分力Qsin1=17.14*0.387=6.64 kN（ 左 ）Q的垂直分力Qcos1=17.14*0

40、.92=15.77 kN（ 下 ）Q的水平分力Qsin2=13*0.612=8kN（ 左 ）Q的垂直分力Qcos2=13*0.79=10.27 kN （ 下 ）上）垂直方向分力刀 A sin 2=170.5*0.612=104.3kN降溫時(shí)a、自上游方向指向鎮(zhèn)墩刀 y=-30+365.79+15.77+10.27=361.83 kNb、自下游方向指向鎮(zhèn)墩左）上）刀 A = Ai - A 6 -A 7'=104.2-75.22-106.6 =-77.62kN （ 左）水平方向分力刀 A cos 1=77.62*0.92=71.41 kN垂直方向分力刀 A sin 1 =77.62*0.3

41、87=30kN刀A =A1 + A6 + A7=213.7+267+117.2=597.9 kN水平方向分力刀Acos 2=597.9*0.79=472.34 kN右）d、法 向 力Q'的水平分力Q'sin1=17.14*0.387=6.64 kN（左）Q'的垂直分力Q'cos1=17.14*0.92=15.77 kN（下）Q的水平分力Qsin2=13*0.612=8kN（左）垂直方向分力刀A下）sin 2=597.9*0.612=365.79kNQ 的垂直分力 Q cos 2=13*0.79=10.27 kN （下）所以降溫時(shí)總的水平推力和垂直力分別為：右）刀

42、 x=-71.41+472.34-6.64-8=386.29 kN3）校核狀況（水壓實(shí)驗(yàn)）表4計(jì)算成果表a、自上游方向指向鎮(zhèn)墩刀 A ' = A1' +A3 +A5=104.2+867.43+17.4 =989.03kN （ 右）右）水平方向分力刀 A cos 1=989.03*0.92=909.91 kN垂直方向分力刀 a sin 1 =989.03*0.387=382.75kNb、自下游方向指向鎮(zhèn)墩刀 A = A3 + A5 - A1 =931.5+61.78-213.7=779.58 kN左）水平方向分力刀Acos 2=779.58*0.79=615.87 kN左）垂直方

43、向分力刀Asin 2=779.58*0.612=477.1kN上）d、Q'的水平分力Q'sin1=79.1*0.387=30.61 kN左）Q'的垂直分力Q'cos1=79.1*0.92=72.772 kNQ的水平分力Qsin2=60.15*0.612=36.82kN左）Q 的垂直分力 Q cos2=60.15*0.79=47.5 kN右）下）所以總的水平推力和垂直直力分別為：刀 x=909.91-615.87-30.61-36.82=226.61kN刀 y=382.75-477.1+72.77+47.5=25.92 kN計(jì)算成果列于下表，序號(hào)、工作條件 作用力

44、運(yùn)行工況檢修狀況水壓試驗(yàn)升溫降溫升溫降溫1水平力（kN ）向右為正103.87338.82110.76382.29226.612垂直力（kN ）向下為正-196.93353.1732.44361.8325.925）鎮(zhèn)墩抗滑穩(wěn)定需要的體積力Gd=KTyK :抗滑穩(wěn)定系數(shù)，1.31.5 ;f :鎮(zhèn)墩與地基見摩擦系數(shù)這里取0.35 :刀x :平行于地基開挖面推力之和，kN ；刀y :垂直于地基開挖面分力之和，kN，當(dāng)?shù)秠指向地基面取 負(fù)，背向地基面取正；由以上計(jì)算表明，在檢修鋼管溫度下降的條件需要鎮(zhèn)墩穩(wěn)定 體積最大。Gd=y = LL82_.29 361.83f0.35=1277 kN所需鎮(zhèn)墩體積為

45、:/_Gd 1277 匚 O 3V 計(jì)二=53m 3r砼24鎮(zhèn)墩實(shí)際采用體積為:V實(shí)=99 m 3 > V計(jì)=60m 3,滿足要求。6）地基應(yīng)力校核 a、計(jì)算鎮(zhèn)墩各部分重量Gi=3.227*1.355*4/2*24=209.88kNG2 = 1.355*2*4*24=26O.16 kNG3=3.645*1.531*4/2*24=267.86 kNG4=3.645*3.696*4*24=1293 kNG5=2.5*2.5*4*24=6OO kNG5=3.14*O.8*O.8*5.24*24=252.7 kN由以上可得鎮(zhèn)墩的實(shí)際重量為： 刀 G=( G1+G2+G3+G4+G5)-G6=23

46、78.2 kNb、求合力作用點(diǎn)和偏心距以鎮(zhèn)墩上游側(cè)A為矩心，取各力對(duì)A點(diǎn)的矩，并求出總力矩刀M ,如下表：表5計(jì)算成果表力（kN ）力臂（m）力矩（kN、m）刀 X= 382.292.14818Yn=361.83J2.931060Gi=209.88J2/3 X 1.355=0.903189.5G2=26O.16J1.355/2=0.68176.9G3=267.86J1.355+1/3(3.645)=2.57688.4G4=1293J1.355+3.645/2=3.184111.7G5=6OOJ2.5+2.5/2=3.752250G6=252.72.93-740.4刀 M=9294.5-740.

47、4=8554.1kN- m刀 yn+G=361.83+2378.2=2740kN合力作用距A點(diǎn)的距離為:M 8554.1 C "=3.12myn G 2740偏心距 e=3.12- 5 =0.62 < 5=0.833m ,滿足要求。2 6C、地基承載力校核=yn G ( 1+ 空)BLB=2740 ( 1 + 6 0.62)=4 5±5_ 2740/+ 6 0.62、max( I ±)4 55=239kN/m 2 =0.239Mpa < 0.55Mpa 安全2740 / , 6 0.62、mi n= 二(1:)4 55=35kN/m 2=0.035Mp

48、a < 0.55Mpa 安全2、2#鎮(zhèn)墩2#鎮(zhèn)墩中心至上游伸縮節(jié)接頭距離L =57m ;2#鎮(zhèn)墩中心至下游伸縮節(jié)接頭距離L =15m ;2#鎮(zhèn)墩中心處鋼管工作水頭Hg = 107.4m ;2#鎮(zhèn)墩上游伸縮接頭處工作水頭H上伸設(shè)=71m ;2#鎮(zhèn)墩下游伸縮接頭處設(shè)計(jì)水頭H上伸設(shè)=107.7m ;2#鎮(zhèn)墩上游管段傾角1=37 ° 47 ;2#鎮(zhèn)墩下游管段傾角2=0 ；2#鎮(zhèn)墩上游管段管壁厚S上=14mm ;2#鎮(zhèn)墩上游管段管壁厚S下=16mm ;鎮(zhèn)墩材料采用C150鋼筋砼，做一層M7.5漿砌石作 為基礎(chǔ)，容重24kN/m 3，鎮(zhèn)墩地基為松軟巖組，做一層 M7.5漿砌石作為基礎(chǔ)，鎮(zhèn)墩

49、與地基的磨擦系數(shù)f=0.3 , 地基承載力=0.120.2Mpa。如圖5 :2#鎮(zhèn)墩平面圖1:1002#鎮(zhèn)墩墩縱剖面圖1:100=2123.22 kN圖五2）運(yùn)行條件下作用在鎮(zhèn)墩上的基本荷載a、鋼管自重的軸向分力A 1上游側(cè)A1 =g管Lsin 1此處 D=1.6m , g 管二 n ( D+ S )XS X r 鋼=5.46kN/m計(jì)入附加增重12% ,下游側(cè)=5.46 X 57 X sin37 ° 47A1 =g 管 Lsin 2X 112%=213.7 kN=0 kN上游端鎮(zhèn)墩上、下游內(nèi)水壓力A3A3=n r2* r 水 H=3.14*0.8*0.8*9.81*106.3=20

50、95.62kN下游端A3=n r2* r 水 H=3.14*0.8*0.8*9.81*107.7C、伸縮節(jié)管端水壓力A5上游伸縮節(jié)As'= ( n /4)* ( D12-D22) r水H上伸設(shè)=( 3.14/4 )*1.628 2-1.6 2) 9.81*71=49.42kN下游伸縮節(jié)A5 = ( n /4)*( D12-D 22) r 水 H 下伸設(shè)=137.7 kN下 游側(cè)刀 A7 =6.25*15*0.5*cos0° *1.12=46.9kNO=( 3.14/4 )*1.632 2-1.6 2) 9.81*107.7=85.8 kNd、 溫度變化時(shí)，伸 縮節(jié)止水盤根對(duì)管

51、壁摩擦力 A6， 考慮 在進(jìn) 行 水 壓試 驗(yàn) 時(shí)不應(yīng) 產(chǎn) 生 漏水 現(xiàn)象 ，盤根 壓 縮 力取為計(jì)算水壓力的 1.25 倍。上游伸縮節(jié)A6 ' =1.25 n D1b2 a 2r水H上伸設(shè)=3.14*1.628*0.3*0.2*9.81*71*1.25 =267 kN下游伸縮節(jié)A6 =1.25 n D1b2 a 2r水H下伸設(shè)=3.14*1.632*0.3*0.2*9.81*107.7*1.25 =406kNe、溫 度 變化 時(shí) ， 支墩 對(duì) 管壁的 摩 擦 力 A7上游方向Ay'= ( g管+ g水)Icos 1計(jì) 入 附 加 增 重 12% ，A75.46+ 19.71 )*5