1、舊寨倒虹吸計算書一、 基本資料設(shè)計流量：2.35 m3/s加大流量：2.94 m3/s進口渠底高程：1488.137m進口渠寬：2.0m進口渠道設(shè)計水深:1.31m加大流量水深：1.56m出口渠底高程：1487.220m進口渠道設(shè)計水深:1.43m加大流量水深：1.70m進出口渠道形式：矩形進口管中心高程：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)計規(guī)范GB5028899；2、水電站壓力鋼管設(shè)計規(guī)范SL28420033、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范SL/T19196；4、水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范DL50731997；5、小型水電

2、站機電設(shè)計手冊-金屬結(jié)構(gòu)；。6、水力計算手冊7、倒虹吸管三、進口段1、漸變段尺寸確定L=C(B1-B2)或L=C1h；C取1.52.5；C1取35：h上游渠道水深；經(jīng)計算取L=4m；2、進口沉沙池尺寸確定(1) 擬定池內(nèi)水深H;H=h+TT=（1/31/4）h；T為進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)計算取B=3.5m；(3) 沉沙池長LL（45）h經(jīng)計算取L =8m；(4) 通氣孔通氣孔最小斷面面積按下式計算：；A為通氣管最小斷面面積m2；Q為通氣管進風量，近似取鋼管內(nèi)流量，m3/s；C為通氣管流量系數(shù)；如采用通氣閥

3、，C取0.5；無閥的通氣管，C取0.7；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)計算A=0.0294 m2；計算管內(nèi)徑為0.194m，采用D273(=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)驗公式：L=(34)hT0.5D0+0.3經(jīng)計算取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)地形在全線設(shè)4座鎮(zhèn)墩，初定鋼管內(nèi)徑DN1600mm，壁厚為14和16mm。下面分別對倒虹吸進行水力計算、鋼管和鎮(zhèn)墩結(jié)構(gòu)計算：（一） 水力計算倒虹吸的過水能力及總水頭損失按灌

4、溉與排水工程設(shè)計規(guī)范附錄N所列公式計算：1、倒虹吸的過水能力按下式計算Q= =C=1/6式中：Q倒虹吸設(shè)計流量（m3/s）； 流量系數(shù)；=0.383 倒虹吸過水斷面面積；=2.01 g重力加速度（m/s2） Z上、下游水位差（m）；0.777m 局部水頭損失系數(shù)的總和，包括進、出口攔污柵、閘門槽、伸縮節(jié)、進人孔、旁通管、轉(zhuǎn)彎段、漸變段等損失系數(shù)；閘=0.2，進口=0.5，攔柵=0.5，出口=1，彎頭=90，90=0.361#鎮(zhèn)墩彎頭為14°59，=0.32，彎頭1=0.32*0.36=0.1152#鎮(zhèn)墩彎頭為37°47，=0.63，彎頭2=0.63*0.36=0.2273#

5、鎮(zhèn)墩彎頭為44°4，=0.69，彎頭3=0.69*0.36=0.2484#鎮(zhèn)墩彎頭為11°，=0.25，彎頭4=0.25*0.36=0.09彎頭=0.68=2.88能量損失系數(shù)；=0.015338L倒虹吸總長度（m）；410D管內(nèi)直徑（m）；1.6mC謝才系數(shù)；=71.53n糙率；取0.012經(jīng)計算Q=3.0 m3/s大于加大流量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算hw=（+L/D）V2/2gv管道流速設(shè)計時為1.17m/s，加大流量時為1.46 m/s。所以設(shè)計時hw=0.48m加大時hw=0.74m。（二） 鋼管結(jié)構(gòu)計算

6、管壁應(yīng)力計算，根據(jù)水電站壓力鋼管設(shè)計規(guī)范SL2812003規(guī)定，采用第四強度理論計算，其計算公式為：式中：1、2、3表示任意點作用有三個主應(yīng)力；z環(huán)向正應(yīng)力；x軸向正應(yīng)力；y徑向正應(yīng)力；yz、xz、xy剪應(yīng)力；焊縫系數(shù)，取=0.9；相應(yīng)計算情況的允許應(yīng)力；不同鋼材、板厚，相應(yīng)計算情況的允許應(yīng)力見下表表1： 允許應(yīng)力表鋼材鋼板厚度(mm)屈服點s(Mpa)允許應(yīng)力（Mpa）膜應(yīng)力區(qū)局部應(yīng)力區(qū)基本組合=0.55s特殊組合=0.7s基本組合=0.67s特殊組合=0.8sQ235162351291651581881640225124158151180Q3451634519024223127616253

7、251792282182602536315173221211252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，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；溫升時管壁沿支墩面的磨擦力；溫升時伸縮節(jié)內(nèi)填料的磨擦力；其余各力均較小，忽略不計。以1#至2#鎮(zhèn)墩之間的鋼管為例說明其計算過程，計算簡圖如圖一：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H0

8、=107.7m；支墩間距L=5.4m；管軸與水平線夾角=37°47;1、管壁厚度擬定管徑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。本倒虹吸水壓試驗壓力按正常情況最高內(nèi)水工作壓力的1.25倍計算，所以最大設(shè)計水頭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%,=11.12mm選用管壁計算厚度選=12mm，考慮2mm的防銹厚度，管壁的結(jié)構(gòu)厚度取=14mm。2、管壁彈性穩(wěn)定計算計算壁厚=12mm<=12.3mm，需設(shè)置加勁環(huán)。3、加勁環(huán)斷面及間距計算a、加勁環(huán)對管壁影響范圍:t=0.78

9、（rc*）0.5=0.78（0.806*0.012）0.5=0.077m；本倒虹吸選擇角鋼L63×63×6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=3332.8mm2c、加勁環(huán)有效斷面重心軸距管中心距R：R=811.2mm注：其中L63×63×6角鋼的面積為728.8mm2；重心在距離角鋼外緣17.75mm處；慣性矩為233820mm4；d、加勁環(huán)有效斷面慣性距：J=233820+728.8*18.552+（1/12）*217*123+2604*0.82=517516.5mm4e、計算加勁環(huán)的間距：L勁=305

10、3mm加勁環(huán)間距為1.8m。4、管壁應(yīng)力計算斷面1的計算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Z1= (P設(shè)*D0)/(2*)=88 MPaZ2很小，忽略不計。c、法向力產(chǎn)生的管壁彎曲軸向應(yīng)力x1=±M=此處q=（g管+g水+ g地震）cos，D=1.614m，=14mm，L=5.4m，考慮12%的附加重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）=3.52 kN/m，cos=cos37°47=0.79故M=92.5

11、2kN.Mx1=±=±3.83MPad、軸向力產(chǎn)生的管壁軸向應(yīng)力x2=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=（D12-D22）H上伸設(shè)·=（3.14/4）*（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=D1bfH上伸設(shè)·此處b2約為0.1D這里取0.2，2=0.3故A6=×1.628×0.2×0.3×686.7×1.25

12、=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）Lcos1此處f=0.5=0.5*（19.71+5.46）*1.12*57*0.79=634.7kNA=213.7+61+263+634.7=1172.4kN故x2=-=-19.3MPae、應(yīng)力校核：按溫升情況計算。校核管頂應(yīng)力時，x取負值（壓應(yīng)力），即x=-3.83-19.3= -23.13MPa1= = =88.7Mpa0.9×129=116.1Mpa2= = =101.56Mpa0.9×129=116.1Mpa3= = =22.5Mpa0.9×129=116.1Mpa斷面2

13、（加勁環(huán)）的計算計算簡圖如圖2：a、徑向內(nèi)水壓力產(chǎn)生的管壁環(huán)向應(yīng)力Z2=（ P設(shè)*r0（1-）/FR=7.288+1.2*6.3=14.848cm2=（管壁外緣斷面與環(huán)計算斷面比值）=0.22Z2=68.64MPa（拉）橫斷面上的正應(yīng)力x3=±1.816=±35.2 MPa（內(nèi)緣受拉，外緣受壓）x2=-19.3MPa（壓，同斷面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=-P設(shè)=-1.32MPa（壓）存在局部應(yīng)力基本荷載=158Mpa。1=69.3 MPa0.9×158=142.2Mpa2=106

14、.9<0.9×158=142.2Mpa3=53.9MPa0.9×158=142.2Mpa斷面3（支承環(huán)）的計算計算簡圖如圖3：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=18mm的鋼板。其影響長度為0.077m。a、 確定支承環(huán)的有效斷面積：FR=200*18+82*18*2+314*12=10320mm2b、 支承環(huán)有效斷面重心軸距管中心距R：R=853.28mmc、 支承環(huán)有效斷面繞橫軸慣性距：JR=（18823（1/12）+0.2828218）2+200183（1/12）+18200502+314123（1/12）+12314472=19120263.44mm

15、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ZR1、和ZR2、ZR3，各為58.72mm、41.28mm和53.28mm。d、 計算由于支承環(huán)約束引起的環(huán)旁管壁局部軸向應(yīng)力x3=±1.816=±101.5Mpa= =0.635（管壁外緣斷面與環(huán)計算斷面比值）將x3與前面算得的x1、x2（用斷面1算得的應(yīng)力）相加，得支承環(huán)旁管壁總x值。見下表：表2： 支承環(huán)旁管壁總x值表軸向應(yīng)力MPa管壁位置x1x2x3x=0°外緣3.83-19.3-101.5-116.97內(nèi)緣3.83-19.3101.586.03=180°外緣-3.83-19.3-101.5-124

16、.63內(nèi)緣-3.83-19.3101.578.37e、計算內(nèi)水壓作用下支承環(huán)及其旁管壁的環(huán)向應(yīng)力Z1=（ P設(shè)*r0（1-）/=32.12 Mpaf、計算在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，則MR當=0°時，MR=-0.0085GR=-0.9KN.mL=5.4m，g水=19.71kN/m，g管=5.56kN/m，考慮附加重0.12，g地震=0.2*1*0.25*（19.71+5.56）=1.26 kN/m，cos=cos37°47=0.79G=（g管+g水+ g地震）*1.12*Lcos=26.53*5.4*0.79*1.12=126.76KN可得管壁外

17、緣環(huán)向應(yīng)力Z2=-=1.95 Mpa管壁內(nèi)緣環(huán)向應(yīng)力Z2=-=2.51 Mpa同理當=180°時Z2=-1.95 Mpa外緣Z2=-2.51 Mpa內(nèi)緣他與=0°時數(shù)值相同，但符號相反。支承環(huán)有效面積腹板外緣環(huán)向應(yīng)力=0°時Z2=-=2.29 Mpa當=180°時Z2=-2.29 Mpag、 計算NR作用下支承環(huán)旁管壁環(huán)向應(yīng)力當=0°時NR=5.84kN得環(huán)向應(yīng)力Z3=0.57 Mpa當=180°時Z3=-0.57 Mpa把以上算得的Z1、Z2、Z3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Z1Z2Z3Z=0°

18、;外緣32.121.950.5734.64內(nèi)緣32.122.510.5735.2=180°外緣32.12-1.95-0.5729.6內(nèi)緣32.12-2.51-0.5729.04h、 強度校核因剪應(yīng)力在=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°、180°處，管壁外緣合成應(yīng)力2值較大，起控制作用。計算結(jié)果如下：=0°處，管壁外緣2=137.6 MPa0.9×158=142.2Mpa=180°處，管壁外緣2=141.8 MPa0.9×158=142.2Mpa支承環(huán)腹板外緣的合

19、成環(huán)向拉應(yīng)力在=90°處的支承點下邊為最大，即=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Z2=3.32MpaNR=31.69kN得環(huán)向應(yīng)力Z3=3.1Mpa前邊e中以計算Z1=32.12 Mpa將以上三個環(huán)向拉應(yīng)力疊加，得腹板腹板外緣環(huán)向拉應(yīng)力為：Z=Z1+Z2+Z3=32.12+3.32+3.1=38.54 MPa0.9×158=142.2Mpa以上計算結(jié)果設(shè)計內(nèi)水壓力都是以2#鎮(zhèn)墩中心處鋼管設(shè)計內(nèi)水壓力來計算的比實際略大些，偏于安全。5、鋼管抗外壓穩(wěn)定計算支承環(huán)同時起著加勁環(huán)的作用，現(xiàn)校核管

20、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 =0.444=66.67=2.25n=2.74*()0.5（）0.25=5.19取n=5、n=6計算中間段管壁穩(wěn)定性：式中=0.3，當n=5時Pcr=2.47MPa當n=6時Pcr=2.74MPa取Pcr最小值，即n=5時，得Pcr=2.47MPa>0.2 MPa，固本鋼管光滑管部分不會失穩(wěn)。b、 加勁環(huán)管段先按公式進行穩(wěn)定計算得:=0.34 MPa>0.2 MPa;再按公式進行強度校核得=0.54 MPa>0.2 MPa;計算結(jié)果表明加勁環(huán)穩(wěn)定和強度都滿足要求。c、 支承環(huán)段按公式進行穩(wěn)定計算得:=10.77

21、MPa>0.2 MPa;再按公式進行強度校核得=1.68 MPa>0.2 MPa;計算結(jié)果表明支承環(huán)穩(wěn)定和強度都滿足要求。從以上的計算結(jié)果表明所選管壁厚度、支座間距、加勁環(huán)及支承環(huán)滿足運行工況下溫升條件的強度要求。（三） 鎮(zhèn)墩結(jié)構(gòu)計算根據(jù)工程的地質(zhì)情況和鎮(zhèn)墩所處位置的設(shè)計內(nèi)水壓力，選擇1#和2#鎮(zhèn)墩作為代表進行計算：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)計水頭H上伸設(shè)=71m；1#鎮(zhèn)墩上游管段傾角1=22

22、°47；1#鎮(zhèn)墩下游管段傾角2=37°47；1#鎮(zhèn)墩上游管段管壁厚上=14mm；1#鎮(zhèn)墩上游管段管壁厚下=14mm；鎮(zhèn)墩材料采用c15鋼筋砼，容重24kN/m3，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=0.350.8Mpa。如圖4：1) 運行條件下作用在鎮(zhèn)墩上的基本荷載a、 鋼管自重的軸向分力A1上游側(cè)A1=g管Lsin1此處D=1.6m，g管=（D+）××r鋼=5.46kN/m計入附加增重12%，故A1=5.46×44×sin22°47×112%=104.2 kN下游側(cè)A1=g管Lsin2

23、=5.46×57×sin37°47×112%=213.7 kNb、 鎮(zhèn)墩上、下游內(nèi)水壓力A3上游端A3=r2* r水H=3.14*0.8*0.8*9.81*35.2 =693.94 kN下游端A3=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)A5=（/4）*（D12-D22）r水H上伸設(shè)=（3.14/4）*（1.6282-1.62）9.81*20 =13.92 kN下游伸縮節(jié)A5=（/4）*（D12-D22）r水H下伸設(shè)=（3.14/4）*（1.6282-1.62）9.81*71 =

24、49.42 kNd、 溫度變化時，伸縮節(jié)止水盤根對管壁摩擦力A6，考慮在進行水壓試驗時不應(yīng)產(chǎn)生漏水現(xiàn)象，盤根壓縮力取為計算水壓力的1.25倍。上游伸縮節(jié)A6=1.25D1b22r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=1.25D1b22r水H下伸設(shè)=3.14*1.628*0.3*0.2*9.81*71*1.25=267kN此處b2約為0.1D這里取0.2，2=0.3e、 溫度變化時，支墩對管壁的摩擦力A7上游方向A7=（g管+ g水）lcos1計入附加增重12%，A7=（5.46+ 19.71）*5.4*0.5*cos22&#

25、176;47*1.12=70 kN總共有7個支墩A7=70*7=490 kN下游方向A7=（5.46+ 19.71）*5.4*0.5*cos37°47*1.12=60 kN總共有9個支墩A7=60*9=540 kNf、 鎮(zhèn)墩中彎管水流離心力A8A8= A8=（v2/g）*（3.14/4）*r水D02=（1.5*1.5/9.81）*（3.14/4）*9.81*1.6*1.6=4.52 kNg、 鎮(zhèn)墩前、后鋼管對鎮(zhèn)墩的法向力鎮(zhèn)墩前、后鋼管自重及水重形成對鎮(zhèn)墩的法向分力。計算時，鎮(zhèn)墩上游側(cè)只計入半個支墩跨段，鎮(zhèn)墩下游側(cè)則計算至伸縮節(jié)，如果伸縮節(jié)布置在鎮(zhèn)墩中間也計入半個支墩跨段。小型水電站機

26、電設(shè)計手冊-金屬結(jié)構(gòu)P419頁。鎮(zhèn)墩前半跨管的法向力Q=(g管+ g水）l/2*cos1=28.2*6.1/2*0.92=79.1 kN鎮(zhèn)墩后鋼管的法向力Q=(g管+ g水）* l/2*cos2=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)A1=5.46×44×sin22°47×112%=104.2 kN下游側(cè)A1=g管Lsin2=5.46×57×sin37°47×112%=213.7 kNb、溫度變化時，伸縮節(jié)止水盤根對管壁摩擦力A6上游伸縮節(jié)A6=7

27、5.22 kN kN下游伸縮節(jié)A6=267kNc、溫度變化時，支墩對管壁的摩擦力A7上游側(cè)A7=5.46*5.4*0.5*cos22°47*1.12*7=106.6 kN下游側(cè)A7=5.46*5.4*0.4*cos37°47*1.12*9=117.4 kNd、鎮(zhèn)墩前、后鋼管對鎮(zhèn)墩的法向力Q= g管l/2*cos1=6.11*6.1/2*0.92=17.14 kN鎮(zhèn)墩后鋼管的法向力Q= g管L*cos2=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的壓力按正常情況設(shè)計壓力的1.25倍。a、鋼管自重的軸向分力A1上游側(cè)A1=5.46

28、15;44×sin22°47×112%=104.2 kN下游側(cè)A1=g管Lsin2=5.46×57×sin37°47×112%=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A3= 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)A5=49.42*1.25=61.78 kN鎮(zhèn)墩前、后鋼管對鎮(zhèn)墩的法向力Q=79.1 kN鎮(zhèn)墩后鋼管的法向力Q=60.15kN4）荷載組合后的水平、垂直分力（1）運

29、行工況升溫時a、 自上游方向指向鎮(zhèn)墩A= A1+ A3+ A5+ A6+ A7+ A8 =104.2+693.94+13.92+75.22+490+4.52 =1381.8 kN水平方向分力Acos1=1381.8*0.92=1271.3 kN（右）垂直方向分力Asin1=1381.8*0.387=534.8kN（下）b、 自下游方向指向鎮(zhèn)墩A= A3+ A5+ A6+ A7+ A8- A1=745.2+49.42+267+540+4.52-213.7=1392.44kN水平方向分力Acos2=1392.44*0.79=1100kN（左）垂直方向分力Asin2=1285.4*0.612=852

30、kN（上）c、 法向力Q的水平分力Qsin1=79.1*0.387=30.61 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=79.1*0.92=72.772 kN（下）Q的水平分力Qsin2=60.15*0.612=36.82kN（左）Q的垂直分力Qcos2=60.15*0.79=47.5 kN（下）所以升溫時總的水平推力和垂直力分別為：x=1271.3-1100-30.61-36.82=103.87kN（右）y=534.8-852+72.77+47.5=-196.93 kN（上）降溫時a、 自上游方向指向鎮(zhèn)墩A= A1+ A3+ A5- A6-A7+ A8=104.2+693.94+13.92-75.

31、22-490+4.52 =251.36kN水平方向分力Acos1=251.36*0.92=231.25 kN（右）垂直方向分力Asin1=251.36*0.387=97.3kN（下）b、 自下游方向指向鎮(zhèn)墩A= A3+ A5- A6- A7+ A8- A1=745.2+49.42-267-540+4.52-213.7=-221.56 kN水平方向分力Acos2=221.56*0.79=175 kN（右）垂直方向分力Asin2=221.56*0.612=135.6kN（下）c、 法向力Q的水平分力Qsin1=79.1*0.387=30.61 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=79.1*0.92=

32、72.772 kN（下）Q的水平分力Qsin2=60.15*0.612=36.82kN（左）Q的垂直分力Qcos2=60.15*0.79=47.5 kN（下）所以降溫時總的水平推力和垂直力分別為：x=231.25+175-30.61-36.82=338.82 kN（右）y=97.3+135.6+47.5+72.77=353.17kN（下）（2）檢修狀況升溫時a、 自上游方向指向鎮(zhèn)墩A= A1+ A6+ A7=104.2+75.22+106.6=286.02 kN（右）水平方向分力Acos1=286*0.92=263.1kN（右）垂直方向分力Asin1=286*0.387=110.7kN（下）b

33、、 自下游方向指向鎮(zhèn)墩A= A6+ A7- A1=267+117.2-213.7=170.5 kN水平方向分力Acos2=170.5*0.79=137.7kN（左）垂直方向分力Asin2=170.5*0.612=104.3kN（上）c、 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*0.92=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）所以升溫時總的水平推力和垂直力分別為：x=263.1-137.7-6.64-8=110.76kN（右）y

34、=110.7-104.3+15.77+10.27=32.44 kN（下）降溫時a、 自上游方向指向鎮(zhèn)墩A= A1- A6-A7=104.2-75.22-106.6=-77.62kN（左）水平方向分力Acos1=77.62*0.92=71.41 kN（左）垂直方向分力Asin1=77.62*0.387=30kN（上）b、 自下游方向指向鎮(zhèn)墩A=A1+ A6+ A7=213.7+267+117.2=597.9 kN水平方向分力Acos2=597.9*0.79=472.34 kN（右）垂直方向分力Asin2=597.9*0.612=365.79kN（下）d、 法向力Q的水平分力Qsin1=17.14

35、*0.387=6.64 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=17.14*0.92=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）所以降溫時總的水平推力和垂直力分別為：x=-71.41+472.34-6.64-8=386.29 kN（右）y=-30+365.79+15.77+10.27=361.83 kN（下）（3）校核狀況（水壓實驗）a、 自上游方向指向鎮(zhèn)墩A= A1+A3+A5=104.2+867.43+17.4=989.03kN（右）水平方向分力Acos1=989.03*0.92=909.91 kN（

36、右）垂直方向分力Asin1=989.03*0.387=382.75kN（下）b、 自下游方向指向鎮(zhèn)墩A= A3+ A5- A1=931.5+61.78-213.7=779.58 kN（左）水平方向分力Acos2=779.58*0.79=615.87 kN（左）垂直方向分力Asin2=779.58*0.612=477.1kN（上）d、 法向力Q的水平分力Qsin1=79.1*0.387=30.61 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=79.1*0.92=72.772 kN（下）Q的水平分力Qsin2=60.15*0.612=36.82kN（左）Q的垂直分力Qcos2=60.15*0.79=47.5

37、 kN（下）所以總的水平推力和垂直直力分別為：x=909.91-615.87-30.61-36.82=226.61kN（右）y=382.75-477.1+72.77+47.5=25.92 kN（下）計算成果列于下表，表4 計算成果表序號 工作條件作用力運行工況檢修狀況水壓試驗升溫降溫升溫降溫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=K：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：x：平行于地基開挖面推力之和，kN；

38、y：垂直于地基開挖面分力之和，kN，當y指向地基面取負，背向地基面取正；由以上計算表明，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=1277 kN所需鎮(zhèn)墩體積為：V計=53m3鎮(zhèn)墩實際采用體積為：V實=99 m3V計=60m3，滿足要求。6）地基應(yīng)力校核a、計算鎮(zhèn)墩各部分重量G1=3.227*1.355*4/2*24=209.88kNG2=1.355*2*4*24=260.16 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=600 kNG5=3.14*0.8*0.8*5.24*24

39、=252.7 kN由以上可得鎮(zhèn)墩的實際重量為：G=（G1+G2+G3+G4+G5）-G6=2378.2 kNb、求合力作用點和偏心距以鎮(zhèn)墩上游側(cè)A為矩心，取各力對A點的矩，并求出總力矩M，如下表：表5 計算成果表力（kN）力臂（m）力矩（kN、m）x=382.29 2.14818Yn=361.832.931060G1=209.88 2/3×1.355=0.903189.5G2=260.16 1.355/2=0.68176.9G3=267.86 1.355+1/3(3.645)=2.57688.4G4=1293 1.355+3.645/2=3.184111.7G5=600 2.5+2.

40、5/2=3.752250G6=252.7 2.93-740.4M=9294.5-740.4=8554.1kN·myn+G=361.83+2378.2=2740kN合力作用距A點的距離為：=3.12m偏心距e=3.12-=0.62=0.833m，滿足要求。c、地基承載力校核=（1+） =（1±）max=（1±） =239kN/m2=0.239Mpa0.55Mpa安全min=（1-） =35kN/m2=0.035Mpa0.55Mpa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=1

41、07.4m；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)墩上游管段管壁厚上=14mm；2#鎮(zhèn)墩上游管段管壁厚下=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/m3，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)墩與地基的磨擦系數(shù)f=0.3，地基承載力=0.120.2Mpa。如圖5：2) 運行條件下作用在鎮(zhèn)墩上的基本荷載a、 鋼管自重的軸向分力A1上游側(cè)A1=g管Lsin1此處D=1.6m，g管=（D+）×&

42、#215;r鋼=5.46kN/m計入附加增重12%，故A1=5.46×57×sin37°47×112%=213.7 kN下游側(cè)A1=g管Lsin2=0 kNb、 鎮(zhèn)墩上、下游內(nèi)水壓力A3上游端A3=r2* r水H=3.14*0.8*0.8*9.81*106.3 =2095.62kN下游端A3=r2* r水H=3.14*0.8*0.8*9.81*107.7 =2123.22 kNc、 伸縮節(jié)管端水壓力A5上游伸縮節(jié)A5=（/4）*（D12-D22）r水H上伸設(shè)=（3.14/4）*（1.6282-1.62）9.81*71 =49.42kN下游伸縮節(jié)A5=（/

43、4）*（D12-D22）r水H下伸設(shè)=（3.14/4）*（1.6322-1.62）9.81*107.7 =85.8 kNd、 溫度變化時，伸縮節(jié)止水盤根對管壁摩擦力A6，考慮在進行水壓試驗時不應(yīng)產(chǎn)生漏水現(xiàn)象，盤根壓縮力取為計算水壓力的1.25倍。上游伸縮節(jié)A6=1.25D1b22r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=1.25D1b22r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，支墩對管壁的摩擦力A7上游方向A7=（g管+ g水）lcos1計入附加增重12%，A

44、7=（5.46+ 19.71）*5.4*0.5*cos37°47*1.12=60kN總共有11個支墩A7=（5.46+ 19.71）*57*0.5*cos37°47*1.12=635kN下游方向A7=（6.25+ 19.71）*15*0.5*cos0*1.12=172 kNf、 鎮(zhèn)墩中彎管水流離心力A8A8= A8=（v2/g）*（3.14/4）*r水D02=（1.5*1.5/9.81）*（3.14/4）*9.81*1.6*1.6=4.52 kNg、鎮(zhèn)墩前后半跨管的法向力Q=(g管+ g水）l/2*cos1=28.2*2/2*0.79=22.3 kN鎮(zhèn)墩后鋼管的法向力Q=(

45、g管+ g水）* l/2*cos2=29.1*7/2*1=101.8kN2）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)A1=5.46×57×sin37°47×112%=213.7 kN下游側(cè)A1=0b、溫度變化時，伸縮節(jié)止水盤根對管壁摩擦力A6上游伸縮節(jié)A6=267kN下游伸縮節(jié)A6=406kNc、溫度變化時，支墩對管壁的摩擦力A7上游側(cè)A7=5.46*57*0.5* cos37°47*1.12=137.7 kN下游側(cè)A7=6.25*15*0.5*cos0°*1.12=46.9kNd、鎮(zhèn)墩前后半跨管的法向力Q=g管l/2

46、*cos1=6.11*2/2*0.79=5 kN鎮(zhèn)墩后鋼管的法向力Q=g管* l/2*cos2=7.1*7/2*1=25kN3）校核情況下，作用于鎮(zhèn)墩的基本荷載水壓試驗的壓力按正常情況設(shè)計壓力的1.25倍。a、鋼管自重的軸向分力A1上游側(cè)A1=213.7 kN下游側(cè)A1=0b、鎮(zhèn)墩上、下游內(nèi)水壓力A3上游端A3=2095.62 *1.25=2619.53kN上游端A3= 2123.22*1.25=2654 kNc、 伸縮節(jié)管端水壓力A5上游伸縮節(jié)A5=49.42*1.25=61.78 kN下游伸縮節(jié)A5=85.8*1.25=107.3 kNd、鎮(zhèn)墩前后半跨管的法向力Q=22.3 kNQ=101

47、.8kN4）荷載組合后的水平、垂直分力（1）運行工況升溫時a、 自上游方向指向鎮(zhèn)墩A= A1+ A3+ A5+ A6+ A7+ A8 =213.7+2095.62+49.42+267+635+4.52 =3265.26kN水平方向分力Acos1=3265.3*0.79=2579kN（右）垂直方向分力Asin1=3265.3*0.612=1998.4kN（下）b、 自下游方向指向鎮(zhèn)墩A= A3+ A5+ A6+ A7+ A8- A1=2123.22+85.8+406+172+4.52=2792kN（左）鎮(zhèn)墩后管段為水平段，A無垂直力；c、 法向力Q的水平分力Qsin1=22.3*0.612=13

48、.7 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=22.3*0.79=17.7kN（下）Q的垂直分力Qcos2=101.8*1=101.8 kN（下）所以升溫時總的水平推力和垂直力分別為：x=2579-2792-13.7=-226.7kN（左）y=1998.4+101.8+17.7=2117.9kN（下）降溫時a、 自上游方向指向鎮(zhèn)墩A= A1+ A3+ A5- A6-A7+ A8=213.7+2095.62+49.42-267-635+4.52 =1461.26kN水平方向分力Acos1=1461.3*0.79=1154.4 kN（右）垂直方向分力Asin1=1461.3*0.612=894.3kN（

49、下）b、 自下游方向指向鎮(zhèn)墩A= A3+ A5- A6- A7+ A8=2123.22+85.8-406-172+4.52=1635.5 kN（左）c、 法向力Q的水平分力Qsin1=22.3*0.612=13.7 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=22.3*0.79=17.7kN（下）Q的垂直分力Qcos2=101.8*1=101.8 kN（下）所以降溫時總的水平推力和垂直力分別為：x=1154.4-1635.5-13.7=-494.8kN（左）y=894.3+17.7+101.8=1013.8kN（下）（2）檢修狀況升溫時a、 自上游方向指向鎮(zhèn)墩A= A1+ A6+ A7=213.7+26

50、7+137.7=618.4 kN（右）水平方向分力Acos1=618.4*0.79=488.5kN（右）垂直方向分力Asin1=618.4*0.612=378.46kN（下）b、 自下游方向指向鎮(zhèn)墩A= A6+ A7=406+46.9=452.9kN（左）c、 法向力Q的水平分力Qsin1=5*0.612=3.06 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=5*0.79=3.95kN（下）Q的垂直分力Qcos2=25*1=25 kN（下）所以升溫時總的水平推力和垂直力分別為：x=488.5-452.9-3.06=32.54kN（右）y=378.46+3.95+25=407.41kN（下）降溫時a、 自

51、上游方向指向鎮(zhèn)墩A= A1- A6-A7=213.7-267-137.7=-191kN（左）水平方向分力Acos1=191*0.79=151 kN（左）垂直方向分力Asin1=191*0.612=117kN（上）b、 自下游方向指向鎮(zhèn)墩A= A6+ A7=406+46.9=452.9kN（右）c、 法向力Q的水平分力Qsin1=5*0.612=3.06 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=5*0.79=3.95kN（下）Q的垂直分力Qcos2=25*1=25 kN（下）所以降溫時總的水平推力和垂直力分別為：x=452.9-151-3=298.9kN（右）y=117-3.95-25=88kN（上）

52、（3）校核狀況（水壓實驗）a、 自上游方向指向鎮(zhèn)墩A= A1+A3+A5=213.7+2619.53+61.78=2895.01kN（右）水平方向分力Acos1=2895*0.79=2287 kN（右）垂直方向分力Asin1=2895.01*0.612=1771kN（下）b、 自下游方向指向鎮(zhèn)墩A= A3+ A5=2654+107.3=2761.3 kN（左）c、 法向力Q的水平分力Qsin1=22.3*0.612=13.7 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=22.3*0.79=17.7kN（下）Q的垂直分力Qcos2=101.8*1=101.8 kN（下）所以總的水平推力和垂直直力分別為：x=2287-2761.3-13.7=-488 kN（左）y=1771+17.7+101.8=1890.5kN（下）計算成果列于下表，表6 計算成果表序