倒虹吸管設(shè)計(jì)計(jì)算

1、倒虹吸管設(shè)計(jì)計(jì)算一、倒虹吸管總體布置（根據(jù)地形和當(dāng)?shù)匦杷壳闆r確定） 1.布置原則； 2.布置型式；地面式（露天或淺埋式）、架空式 3.管路布置；（斜管式和豎井式） 4.進(jìn)口段布置；漸變段、攔污柵、節(jié)制閘、連接段進(jìn)水口、通汽孔、沉沙、沖沙及泄水設(shè)施 5.出口段布置；（設(shè)消力池）二、倒虹吸管的構(gòu)造1.管身構(gòu)造；（鋼筋混泥土管、鋼管、鑄鐵管） 2.支承結(jié)構(gòu)；（管座、鎮(zhèn)墩、支墩）三、倒虹吸管的水力計(jì)算 1.管道斷面尺寸的確定；灌溉面積的確定：（根據(jù)土地利用參加夠調(diào)整表查出整理后土地的灌溉面積。）補(bǔ)水量的計(jì)算： 項(xiàng)目區(qū)水田和旱地需水量除去項(xiàng)目區(qū)降雨量即為需補(bǔ)給水量。項(xiàng)目區(qū)分為水田和旱地，主要農(nóng)作物為水

2、稻、玉米、油菜，各種農(nóng)作物所在區(qū)需水量不同。根據(jù)貴州省灌溉用水定額編制分區(qū)圖：項(xiàng)目區(qū)屬區(qū)，灌溉定額根據(jù)貴州省灌溉用水定額編制區(qū)水稻凈定額為270/畝，毛灌溉定額為644/畝。需水量公式 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總需水量，； 綜合毛灌溉定額，； 灌溉面積，畝；n 農(nóng)作物復(fù)種指數(shù)，采用綜合灌溉定額時(shí)，已經(jīng)考慮了復(fù)種指數(shù)，可不再計(jì)入。 作物凈灌溉定額，/畝； 灌溉水利用系數(shù)。區(qū)渠系水利系數(shù)為0.465；田間水利用系數(shù)為0.95，故灌溉水利用系數(shù)為0.4650.95得0.44。.流量計(jì)算根據(jù)當(dāng)?shù)厝晁镄杷勘怼⒑档匦杷勘砗腿杲涤炅勘聿槌鋈晷杷亢徒涤炅康淖畲笾岛妥钚≈?，?jì)算出最大補(bǔ)水量和最小補(bǔ)水量，以推出其流

3、量。確定尺寸； （圓管） 管道內(nèi)徑，m; 倒虹吸管設(shè)計(jì)流量，； 設(shè)計(jì)流速，m/s。 2.管壁厚度的擬定 取單位長(zhǎng)度承受較大內(nèi)水壓力P的管道管壁中環(huán)向拉應(yīng)力為 以鋼材的設(shè)計(jì)允許應(yīng)力代替；經(jīng)整理得： (mm) 水的密度，1000kg/; H 內(nèi)水壓力，m。初估計(jì)時(shí)水錘壓力值按靜水頭的1530。高水頭取大值，低水頭取小值； 焊縫系數(shù)，一般為0.900.95，雙面對(duì)接焊縫取0.95，單面對(duì)接取0.90； 壓力鋼管的內(nèi)直徑，m; 鋼管的設(shè)計(jì)允許應(yīng)力，kpa。查下表鋼材的允許應(yīng)力應(yīng)力區(qū)域膜應(yīng)力區(qū)局部應(yīng)力區(qū)備注荷載組合基本特殊基本特殊為鋼材屈服強(qiáng)度產(chǎn)生應(yīng)力的內(nèi)力軸力軸力軸力和彎矩軸力軸力和彎矩允許應(yīng)力明鋼管

4、地下鋼管壩內(nèi)埋管0.550.670.670.70.9（0.80.9）0.670.850.81. 0 3.水頭損失計(jì)算總水頭損失等于沿程水頭損失與局部水頭損失之和； 管道長(zhǎng)度，m; 能量損失系數(shù)，=，； 各局部阻力系數(shù)之和，； 管內(nèi)平均流速，m/s。 4.能量方程 5.進(jìn)出口漸變段長(zhǎng)度計(jì)算 、 系數(shù)； 渠道水面寬度，m; 漸變段縮窄端水面寬度，m； 上、下渠道水深，m。 6.進(jìn)口沉沙池段面尺寸計(jì)算 池內(nèi)水深 （mm） 進(jìn)口渠道水深，m; 進(jìn)口渠底至沉沙池底的高差，m;池寬 渠道設(shè)計(jì)流量，； 沉沙池內(nèi)平均流速，m/s; 管壁厚度,mm; 管道內(nèi)直徑,mm; 池長(zhǎng)度 （） 安全系數(shù)； 泥沙沉降的水平

5、長(zhǎng)度； 泥沙沉降速度，m/s。注：、可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)有： （45） （45） 、分別為渠道的水深和底寬。 7.出口消力池尺寸確定 按經(jīng)驗(yàn)公式： （34） 0.5+0.3 消力池以后的護(hù)底長(zhǎng)一般采用35m。 8.通過小流量時(shí)進(jìn)口水躍的處理: () 9.通過加大流量時(shí)計(jì)算擋水墻頂對(duì)進(jìn)口雍水位的超高;()四、倒虹吸管的結(jié)構(gòu)計(jì)算 1.土壓力（上埋式管土壓力） 單位長(zhǎng)度豎向土壓力為： 管頂以上填土高度； 填土容重； 管的外徑，矩形管為外形寬度； 系數(shù)，查表，對(duì)于柔性管=1.0。0.10.51.02.03.04.05.06.07.08.09.0101.041.201.401.451.501.451.401.35

6、1.301.251.201.15 2.地面活荷載產(chǎn)生的豎向壓力.敷設(shè)在公路下1m的壓力管道還受汽車壓力和拖拉機(jī)壓力； (kN/m) 動(dòng)力系數(shù)，查表； 加重汽車作用于管道上的豎向荷載，查表； 管道外徑，m 動(dòng)力系數(shù) 表填土深度0.30.40.50.60.71.251.201.151.051.0 值（kN/）表汽車荷載填 土 厚 度 （m）0.50.751.01.52.03.04.05.08.0汽車-10級(jí)69.043.525.116.812.98.96.84.63.4汽車-13級(jí)87.649.537.722.917.712.19.26.24.7汽車-18級(jí)170.59673.344.334.32

7、3.518.612.19.6.拖拉機(jī)壓力； (kN/m) 履帶式拖拉機(jī)作用于管道的豎向壓力（kN/）查表；值（kN/）表拖拉機(jī)噸位填 土 厚 度 （m）0.50.751.01.52.03.04.06.08.060t4738.332.324.721.217.815.011.79.680t88.463.253.941.636.330.325.920.216.53.其他荷載計(jì)算 .管內(nèi)水重 水的重度,kN/; 圓管內(nèi)半徑,m; 垂直直徑之夾角。 當(dāng)沖滿水時(shí) .管道的均勻內(nèi)水壓力 管內(nèi)頂部以上水頭；4.管道外水壓力 不均勻外水壓力計(jì)算 （圓管） 圓管外半徑；（） 外水壓力折減系數(shù)，查表4-11；（）五

8、、倒虹吸管鎮(zhèn)墩的計(jì)算 直接作用于鎮(zhèn)墩上的荷載； 由均勻內(nèi)水壓力產(chǎn)生的軸向力作用在彎管段起始段面和末端斷面的軸向壓力分別為； 、 分別為彎管段起始及末端斷面中心處的水頭； 彎管段水流離心力； m 彎管段水體的質(zhì)量（）； 離心加速度（）； 彎管內(nèi)水體重力，（）； 彎管段的中心角（）；圖148頁。 重力加速度，m/s; 彎管中心線弧長(zhǎng)；可近似用弦長(zhǎng)來代替，； 鎮(zhèn)墩自重力及鎮(zhèn)墩內(nèi)水重力 確定其形式尺寸后可算出自重和內(nèi)水重力； 作用于鎮(zhèn)墩上的水平土壓力 主動(dòng)土壓力系數(shù)； 鎮(zhèn)墩垂直水流方向?qū)挾龋琺; 斜管段管端斷面中心線至填土頂面高度，m; 鎮(zhèn)墩底面至填土頂面高度，m; 土的內(nèi)摩擦角。 注：土的重度和內(nèi)摩

9、擦角值見表5-14。（） 通過管身傳給鎮(zhèn)墩的荷載1.鎮(zhèn)墩上側(cè)斜管傳給鎮(zhèn)墩的力管身自重 軸向分力 垂直管軸的分力 鎮(zhèn)墩上側(cè)斜管段長(zhǎng)度，m;內(nèi)水重力垂直分力 道上的浮力 軸向分力 垂直分力 在水位以下的斜管軸線長(zhǎng)度，m; 管道填土壓力 軸向分力 豎向分力 、 順管道每米長(zhǎng)土的重力，可分別按式（4-11）、（4-23）計(jì)算； （） 管身摩擦力 （kN） 管底和管座之間的摩擦系數(shù)。 （） 臨界坡角；（管道下滑，管道不動(dòng)。）2.鎮(zhèn)墩下側(cè)斜管傳給鎮(zhèn)墩的荷載 所計(jì)算力與以上公式一樣；（）（圖）墩身穩(wěn)定計(jì)算 1.鎮(zhèn)墩與兩側(cè)管端剛性連接 當(dāng)，上側(cè)斜管下滑力大于摩擦力，這時(shí)可將所有作用力轉(zhuǎn)化為力及，再求其總和。

10、軸向力總和在x在軸上的分力為 軸向力總和在y軸上的分力 及 分別為鎮(zhèn)墩上游側(cè)及下游側(cè)水平分力的總和，kN；及 分別為鎮(zhèn)墩上游側(cè)及下游側(cè)豎向分力的總和，kN。 將和代人下式1.21.58 鎮(zhèn)墩的抗滑安全系數(shù)；對(duì)鋼管可取1.5； 側(cè)向土壓力，kN； 鎮(zhèn)墩與地基之間的摩擦系數(shù)； 為鎮(zhèn)墩自重力（）及鎮(zhèn)墩內(nèi)水重力（）之和； （kN） 彎管段起點(diǎn)、終點(diǎn)至直管管端長(zhǎng)度； 2.鎮(zhèn)墩與兩管端柔性連接 3.鎮(zhèn)墩上側(cè)與管端為鋼性連接下側(cè)為柔性連接地基強(qiáng)度和穩(wěn)定計(jì)算 一般基礎(chǔ)底面都做成矩形的，故地基的最大和最小力為： 總力矩，kNm，是、和、等各力對(duì)鎮(zhèn)墩底面形心點(diǎn)力矩的總和；（圖） 、 分別為鎮(zhèn)墩底面的寬度和長(zhǎng)度，m

11、; 地基的許可承載力，kN/,見下表；地基的許可承載力地基名稱許可承載力(kN/)中等堅(jiān)硬巖石12002000軟弱巖石8001200稍濕的粘性土200400很濕的粘性土100200稍濕的砂壤土300400很濕的砂壤土2003001. 鋼制倒虹吸管鎮(zhèn)墩計(jì)算步驟作用在鋼制倒虹吸管鎮(zhèn)墩上各個(gè)力的計(jì)算；按照表6-2所列的、諸軸向力同時(shí)作用下，取最不利的情況設(shè)計(jì)（一般以溫度升高、管內(nèi)充水為控制條件）。（）計(jì)算中、小型鋼制倒虹吸管鎮(zhèn)墩時(shí)，也可僅取其中起主要作用的、三力即可。算出各力且注意各力對(duì)鎮(zhèn)墩中心的方向。將各軸向力疊加并分解為水平分力和豎向分力。求鎮(zhèn)墩的體積和校核地基的承載力。2. 鋼管支墩的計(jì)算步驟

12、計(jì)算作用在支墩上的力。作用在支墩上的力有：垂直于管道軸線方向的管自重力和水重力（表6-2第10、11號(hào)公式），管傳給支墩的摩擦力（表6-2第9號(hào)公式）及支墩自重力。 分解總作用力為水平分力。各力在軸上的水平分力為 沿軸的豎向分力為 支墩對(duì)鋼管的摩擦力； 注：當(dāng)溫度升高管道向上伸長(zhǎng)時(shí)，作用在支墩上的摩擦力朝向管道上端，取負(fù)號(hào)。當(dāng)溫度降低管道向下縮短時(shí)，作用于支墩上的摩擦力朝向管道下端，取正號(hào)。 校核支墩抗滑穩(wěn)定。計(jì)算時(shí)根據(jù)對(duì)穩(wěn)定最不利情況取用為正號(hào)或負(fù)號(hào)六、露天式鋼管結(jié)構(gòu)計(jì)算 1.管壁應(yīng)力計(jì)算 徑向力作用產(chǎn)生的管壁應(yīng)力。 管壁環(huán)向拉應(yīng)力 鋼管內(nèi)徑，mm; 鋼管壁厚度，mm； 軸向力作用產(chǎn)生的管壁

13、應(yīng)力。 斷面積為 得軸向應(yīng)力計(jì)算公式 平均直徑，mm; 平均半徑，mm。 注：設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，如N為壓力，則N前加負(fù)號(hào)，如算得為負(fù)值，則為壓應(yīng)力。 法向力作用產(chǎn)生的管壁應(yīng)力。 鋼管環(huán)行斷面抵抗矩； 法向力產(chǎn)生的彎矩 鋼管內(nèi)半徑。 斷面剪應(yīng)力 鋼管橫斷面上的剪力，跨端支墩兩側(cè)各等于，； ：支墩間距； 水平傾斜角度； 跨中斷面G為零； 管壁計(jì)算點(diǎn)以外部分?jǐn)嗝鎸?duì)重心軸的靜矩，； 管斷面慣性矩，； 受剪斷面凈寬度，； F 鋼管斷面積，； 鋼管橫斷面，（圖）沿角變化的環(huán)向剪應(yīng)力；當(dāng)=0和時(shí)，=0；當(dāng)=和時(shí)， ，為最大剪應(yīng)力。3. 鋼管壁強(qiáng)度的校核按應(yīng)力圓原理，其最大剪應(yīng)力應(yīng)滿足 校核管壁應(yīng)力的公式 鋼材允許應(yīng)力。 第三強(qiáng)度理論校核鋼管壁強(qiáng)度，根據(jù)畸變能理論得到的三向應(yīng)力狀態(tài)一般情況的合成應(yīng)力公式 對(duì)于平面應(yīng)力狀態(tài) 剪應(yīng)力等于零時(shí) 我國(guó)SD14485水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范中給出了上式中規(guī)定滿足強(qiáng)度條件 焊縫系數(shù)，其值為0.90.95，工程級(jí)別越高，焊縫檢查越嚴(yán)格，則焊縫系數(shù)越大； 為相應(yīng)計(jì)算工況的鋼材允許應(yīng)力。規(guī)范規(guī)定，地面鋼管在基本荷載組合條件下，=0.55， 為屈服點(diǎn)；考慮局部應(yīng)力時(shí)，可提高到=0.67。七、加徑環(huán)與支承環(huán)旁管壁的應(yīng)