1、舊寨倒虹吸計(jì)算書一、 根本資料設(shè)計(jì)流量：2.35 m3/s加大流量：2.94 m3/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)標(biāo)準(zhǔn)及書籍1、?灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?GB5028899；2、?水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?SL28420033、?混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?SL/T19196；4、?水工建筑物抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?DL5073199

2、7；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(B1-B2)或L=C1h；C取1.52.5；C1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=1/31/4h；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(zhǎng)LL45h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，近似取鋼管內(nèi)流量，m3/s；C為通氣管流

3、量系數(shù)；如采用通氣閥，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為平安系數(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(=6mm)的螺旋鋼管。四、出口段 倒虹吸管出口消力池，池長(zhǎng)L及池深T，按經(jīng)驗(yàn)公式：L=(34)hT0.5D0+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(zhǎng)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(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

4、能力及總水頭損失按?灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?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= =C=1/6式中：Q倒虹吸設(shè)計(jì)流量m3/s； 流量系數(shù)；=0.383 倒虹吸過水?dāng)嗝婷娣e；=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(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)；閘=0.2，進(jìn)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

5、.2273#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(zhǎng)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(jì)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是適宜的。2、倒虹吸總水頭損失按下式計(jì)算hw=+L/DV2/2gv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

6、管壁應(yīng)力計(jì)算，根據(jù)?水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)SL2812003?規(guī)定，采用第四強(qiáng)度理論計(jì)算，其計(jì)算公式為：式中：1、2、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；yz、xz、xy剪應(yīng)力；焊縫系數(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(Mpa)允許應(yīng)力Mpa膜應(yīng)力區(qū)局部應(yīng)力區(qū)根本組合=0.55s特殊組合=0.7s根本組合=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(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(jiǎn)圖如圖一：根本數(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=10

8、7.7m；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，根本荷載=129Mpa，考慮局部應(yīng)力的根本荷載=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%,=11.12mm選用管壁計(jì)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(jì)算計(jì)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(jì)算a、加勁環(huán)對(duì)管壁影響范圍:t=0.78rc*

9、0.5=0.780.806*0.0120.5=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(jì)算加勁環(huán)的間距：L勁=3053mm加勁環(huán)間距為

10、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Z1= (P設(shè)*D0)/(2*)=88 MPaZ2很小，忽略不計(jì)。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=92.52kN.Mx1=±

11、;=±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-D22H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=263kN溫度升高管壁沿支墩面的摩擦

12、力A7：考慮12%的附加重A7=fg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(jì)算。校核管頂應(yīng)力時(shí)，x取負(fù)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加勁環(huán)的計(jì)算計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖2：a、徑向內(nèi)水壓力產(chǎn)生的

13、管壁環(huán)向應(yīng)力Z2= P設(shè)*r01-/FR=7.288+1.2*6.3=14.848cm2=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=±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)力根本荷載=158Mpa。1=69.3 MPa0.9×158=142.2Mpa2=106.9<0.9×158=142.2Mpa3=53.9MPa0.9

14、15;158=142.2Mpa斷面3支承環(huán)的計(jì)算計(jì)算簡(jiǎn)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(zhǎng)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=188231/12+0.28282182+2001831/12+18200502+3141231/12+12314472=19120263.44mm4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、41.28m

15、m和53.28mm。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=±1.816=±101.5Mpa= =0.635管壁外緣斷面與環(huán)計(jì)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-3.83-19.3-101.5-124.63內(nèi)緣-3.83-19.3101.578.37e、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Z1= P設(shè)*r

16、01-/=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，那么MR當(dāng)=0°時(shí)，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(dāng)=180°時(shí)Z2=-1.95

17、Mpa外緣Z2=-2.51 Mpa內(nèi)緣他與=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°時(shí)Z2=-=2.29 Mpa當(dāng)=180°時(shí)Z2=-2.29 Mpag、 計(jì)算NR作用下支承環(huán)旁管壁環(huán)向應(yīng)力當(dāng)=0°時(shí)NR=5.84kN得環(huán)向應(yīng)力Z3=0.57 Mpa當(dāng)=180°時(shí)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°外緣32.121.950.5734.64內(nèi)緣32.122.510.5735.2=180°外緣32.12-1.95

18、-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°、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(jì)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)腹板外緣的合成環(huán)向拉應(yīng)力在=90°處的支承點(diǎn)下邊為最大，即=90°下處：MR=0.01GR=0.01*126.76*

19、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(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：Z=Z1+Z2+Z3=32.12+3.32+3.1=38.54 MPa0.9×158=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，偏于平安。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、 鋼管光滑管局部首先求出 =0.444=66.67=2.25n=2.74*()0.50.

20、25=5.19取n=5、n=6計(jì)算中間段管壁穩(wěn)定性：式中=0.3，當(dāng)n=5時(shí)Pcr=2.47MPa當(dāng)n=6時(shí)Pcr=2.74MPa取Pcr最小值，即n=5時(shí)，得Pcr=2.47MPa>0.2 MPa，固本鋼管光滑管局部不會(huì)失穩(wěn)。b、 加勁環(huán)管段先按公式進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算得:=0.34 MPa>0.2 MPa;再按公式進(jìn)行強(qiáng)度校核得=0.54 MPa>0.2 MPa;計(jì)算結(jié)果說明加勁環(huán)穩(wěn)定和強(qiáng)度都滿足要求。c、 支承環(huán)段按公式進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算得:=10.77MPa>0.2 MPa;再按公式進(jìn)行強(qiáng)度校核得=1.68 MPa>0.2 MPa;計(jì)算結(jié)果說明支承環(huán)穩(wěn)定和強(qiáng)度都滿足要求

21、。從以上的計(jì)算結(jié)果說明所選管壁厚度、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)墩上游管段管壁厚上=14mm；1#鎮(zhèn)墩上游管段管壁厚下=14m

22、m；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(yùn)行條件下作用在鎮(zhèn)墩上的根本荷載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(jì)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=5.46×57×sin37°47×112%=213.7 kNb、 鎮(zhèn)墩上、下游內(nèi)水壓力A3上游

23、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-D22r水H上伸設(shè)=3.14/4*1.6282-1.629.81*20 =13.92 kN下游伸縮節(jié)A5=/4*D12-D22r水H下伸設(shè)=3.14/4*1.6282-1.629.81*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=1.25D

24、1b22r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(shí)，支墩對(duì)管壁的摩擦力A7上游方向A7=g管+ g水lcos1計(jì)入附加增重12%，A7=5.46+ 19.71*5.4*0.5*cos22°47*1.12=70 kN總共有7個(gè)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 k

25、N總共有9個(gè)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(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)墩上游側(cè)只計(jì)入半個(gè)支墩跨段，鎮(zhèn)墩下游側(cè)那么計(jì)算至伸縮節(jié)，如果伸縮節(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=(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

26、=28.2*5.4/2*0.79=60.15kN2檢修條件下鎮(zhèn)墩的根本荷載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(shí)，伸縮節(jié)止水盤根對(duì)管壁摩擦力A6上游伸縮節(jié)A6=75.22 kN kN下游伸縮節(jié)A6=267kNc、溫度變化時(shí)，支墩對(duì)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.

27、46*5.4*0.4*cos37°47*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*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)墩的根本荷載水壓試驗(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)A1=5.46×44×sin22°47×112%=104.2 kN下游側(cè)A1=g管Lsin2=5.46×57×sin37°47×112%=

28、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(duì)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(yùn)行工況升溫時(shí)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=1

29、381.8*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=852kN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

30、直分力Qcos2=60.15*0.79=47.5 kN下所以升溫時(shí)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(shí)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 =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-

31、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=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(shí)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.

32、3+135.6+47.5+72.77=353.17kN下2檢修狀況升溫時(shí)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、 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

33、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(shí)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=110.7-104.3+15.77+10.27=32.44 kN下降溫時(shí)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=

34、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*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(shí)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+10.2

35、7=361.83 kN下3校核狀況水壓實(shí)驗(yàn)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

36、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(jì)算成果列于下表，表4 計(jì)算成果表序號(hào) 工作條件作用力運(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-196.93353.1732.4436

37、1.8325.925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；y：垂直于地基開挖面分力之和，kN，當(dāng)y指向地基面取負(fù)，背向地基面取正；由以上計(jì)算說明，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(jì)=53m3鎮(zhèn)墩實(shí)際采用體積為：V實(shí)=99 m3V計(jì)=60m3，滿足要求。6地基應(yīng)力校核a、計(jì)算鎮(zhèn)墩各局部重量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

38、.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=252.7 kN由以上可得鎮(zhèn)墩的實(shí)際重量為：G=G1+G2+G3+G4+G5-G6=2378.2 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M，如下表：表5 計(jì)算成果表力kN力臂m力矩kN、mx=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

39、.355+1/3(3.645)=2.57688.4G4=1293 1.355+3.645/2=3.184111.7G5=600 2.5+2.5/2=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(diǎn)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平安min=1- =35kN/m2=0.035Mpa0.55Mpa平安2、2#鎮(zhèn)

40、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漿砌石作為根底，容重24kN/m3，鎮(zhèn)墩地基為松軟巖組，做一層M7.5漿砌石作為根底，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(yùn)行條件

41、下作用在鎮(zhèn)墩上的根本荷載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(jì)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-D2

42、2r水H上伸設(shè)=3.14/4*1.6282-1.629.81*71 =49.42kN下游伸縮節(jié)A5=/4*D12-D22r水H下伸設(shè)=3.14/4*1.6322-1.629.81*107.7 =85.8 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=1.25D1b22r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

43、時(shí)，支墩對(duì)管壁的摩擦力A7上游方向A7=g管+ g水lcos1計(jì)入附加增重12%，A7=5.46+ 19.71*5.4*0.5*cos37°47*1.12=60kN總共有11個(gè)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

44、/2*0.79=22.3 kN鎮(zhèn)墩后鋼管的法向力Q=(g管+ g水* l/2*cos2=29.1*7/2*1=101.8kN2檢修條件下鎮(zhèn)墩的根本荷載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(shí)，伸縮節(jié)止水盤根對(duì)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(shí)，支墩對(duì)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=4

45、6.9kNd、鎮(zhèn)墩前后半跨管的法向力Q=g管l/2*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)墩的根本荷載水壓試驗(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)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)

46、墩前后半跨管的法向力Q=22.3 kNQ=101.8kN4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Qsin

47、1=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下所以升溫時(shí)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(shí)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=894.3

48、kN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(shí)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(shí)a、 自上游方向指向鎮(zhèn)墩A= A1+ A6+ A7=213.7+267+137.7=618.4

49、 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(shí)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(shí)a、 自上游方向指向鎮(zhèn)墩A= A1- A6-A7=213.7-267-

50、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(shí)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3校核狀況水壓實(shí)驗(yàn)a、 自上游方向指向鎮(zhèn)墩A= A1+A3+A5=213.7+2619.53+61

51、.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(jì)算成果列于下表，表6 計(jì)算成果表序號(hào) 工作條件作用力運(yùn)行工況檢修狀況水壓試驗(yàn)升溫降溫