1、倒虹吸管設計計算一、倒虹吸管總體布置（根據地形和當地需水量情況確定） 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.進口段布置；漸變段、攔污柵、節制閘、連接段進水口、通汽孔、沉沙、沖沙及泄水設施 5.出口段布置；（設消力池）二、倒虹吸管的構造1.管身構造；（鋼筋混泥土管、鋼管、鑄鐵管） 2.支承結構；（管座、鎮墩、支墩）三、倒虹吸管的水力計算 1.管道斷面尺寸的確定；灌溉面積的確定：（根據土地利用參加夠調整表查出整理后土地的灌溉面積。）補水量的計算： 項目區水田和旱地需水量除去項目區降雨量即為需補給水量。項目區分為水田和旱地，主要農作物為水

2、稻、玉米、油菜，各種農作物所在區需水量不同。根據貴州省灌溉用水定額編制分區圖：項目區屬區，灌溉定額根據貴州省灌溉用水定額編制區水稻凈定額為270/畝，毛灌溉定額為644/畝。需水量公式 農業生產總需水量，； 綜合毛灌溉定額，； 灌溉面積，畝；n 農作物復種指數，采用綜合灌溉定額時，已經考慮了復種指數，可不再計入。 作物凈灌溉定額，/畝； 灌溉水利用系數。區渠系水利系數為0.465；田間水利用系數為0.95，故灌溉水利用系數為0.4650.95得0.44。.流量計算根據當地全年水田需水量表、旱地需水量表和全年降雨量表查出全年需水量和降雨量的最大值和最小值，計算出最大補水量和最小補水量，以推出其流

3、量。確定尺寸； （圓管） 管道內徑，m; 倒虹吸管設計流量，； 設計流速，m/s。 2.管壁厚度的擬定 取單位長度承受較大內水壓力P的管道管壁中環向拉應力為 以鋼材的設計允許應力代替；經整理得： (mm) 水的密度，1000kg/; H 內水壓力，m。初估計時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，一般為0.900.95，雙面對接焊縫取0.95，單面對接取0.90； 壓力鋼管的內直徑，m; 鋼管的設計允許應力，kpa。查下表鋼材的允許應力應力區域膜應力區局部應力區備注荷載組合基本特殊基本特殊為鋼材屈服強度產生應力的內力軸力軸力軸力和彎矩軸力軸力和彎矩允許應力明鋼管

4、地下鋼管壩內埋管0.550.670.670.70.9（0.80.9）0.670.850.81. 0 3.水頭損失計算總水頭損失等于沿程水頭損失與局部水頭損失之和； 管道長度，m; 能量損失系數，=，； 各局部阻力系數之和，； 管內平均流速，m/s。 4.能量方程 5.進出口漸變段長度計算 、 系數； 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.進口沉沙池段面尺寸計算 池內水深 （mm） 進口渠道水深，m; 進口渠底至沉沙池底的高差，m;池寬 渠道設計流量，； 沉沙池內平均流速，m/s; 管壁厚度,mm; 管道內直徑,mm; 池長度 （） 安全系數； 泥沙沉降的水平

5、長度； 泥沙沉降速度，m/s。注：、可根據經驗有： （45） （45） 、分別為渠道的水深和底寬。 7.出口消力池尺寸確定 按經驗公式： （34） 0.5+0.3 消力池以后的護底長一般采用35m。 8.通過小流量時進口水躍的處理: () 9.通過加大流量時計算擋水墻頂對進口雍水位的超高;()四、倒虹吸管的結構計算 1.土壓力（上埋式管土壓力） 單位長度豎向土壓力為： 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，查表，對于柔性管=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.地面活荷載產生的豎向壓力.敷設在公路下1m的壓力管道還受汽車壓力和拖拉機壓力； (kN/m) 動力系數，查表； 加重汽車作用于管道上的豎向荷載，查表； 管道外徑，m 動力系數 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69.043.525.116.812.98.96.84.63.4汽車-13級87.649.537.722.917.712.19.26.24.7汽車-18級170.59673.344.334.32

7、3.518.612.19.6.拖拉機壓力； (kN/m) 履帶式拖拉機作用于管道的豎向壓力（kN/）查表；值（kN/）表拖拉機噸位填 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.其他荷載計算 .管內水重 水的重度,kN/; 圓管內半徑,m; 垂直直徑之夾角。 當沖滿水時 .管道的均勻內水壓力 管內頂部以上水頭；4.管道外水壓力 不均勻外水壓力計算 （圓管） 圓管外半徑；（） 外水壓力折減系數，查表4-11；（）五

8、、倒虹吸管鎮墩的計算 直接作用于鎮墩上的荷載； 由均勻內水壓力產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 彎管段水體的質量（）； 離心加速度（）； 彎管內水體重力，（）； 彎管段的中心角（）；圖148頁。 重力加速度，m/s; 彎管中心線弧長；可近似用弦長來代替，； 鎮墩自重力及鎮墩內水重力 確定其形式尺寸后可算出自重和內水重力； 作用于鎮墩上的水平土壓力 主動土壓力系數； 鎮墩垂直水流方向寬度，m; 斜管段管端斷面中心線至填土頂面高度，m; 鎮墩底面至填土頂面高度，m; 土的內摩擦角。 注：土的重度和內摩

9、擦角值見表5-14。（） 通過管身傳給鎮墩的荷載1.鎮墩上側斜管傳給鎮墩的力管身自重 軸向分力 垂直管軸的分力 鎮墩上側斜管段長度，m;內水重力垂直分力 道上的浮力 軸向分力 垂直分力 在水位以下的斜管軸線長度，m; 管道填土壓力 軸向分力 豎向分力 、 順管道每米長土的重力，可分別按式（4-11）、（4-23）計算； （） 管身摩擦力 （kN） 管底和管座之間的摩擦系數。 （） 臨界坡角；（管道下滑，管道不動。）2.鎮墩下側斜管傳給鎮墩的荷載 所計算力與以上公式一樣；（）（圖）墩身穩定計算 1.鎮墩與兩側管端剛性連接 當，上側斜管下滑力大于摩擦力，這時可將所有作用力轉化為力及，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 分別為鎮墩上游側及下游側水平分力的總和，kN；及 分別為鎮墩上游側及下游側豎向分力的總和，kN。 將和代人下式1.21.58 鎮墩的抗滑安全系數；對鋼管可取1.5； 側向土壓力，kN； 鎮墩與地基之間的摩擦系數； 為鎮墩自重力（）及鎮墩內水重力（）之和； （kN） 彎管段起點、終點至直管管端長度； 2.鎮墩與兩管端柔性連接 3.鎮墩上側與管端為鋼性連接下側為柔性連接地基強度和穩定計算 一般基礎底面都做成矩形的，故地基的最大和最小力為： 總力矩，kNm，是、和、等各力對鎮墩底面形心點力矩的總和；（圖） 、 分別為鎮墩底面的寬度和長度，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. 鋼制倒虹吸管鎮墩計算步驟作用在鋼制倒虹吸管鎮墩上各個力的計算；按照表6-2所列的、諸軸向力同時作用下，取最不利的情況設計（一般以溫度升高、管內充水為控制條件）。（）計算中、小型鋼制倒虹吸管鎮墩時，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鎮墩中心的方向。將各軸向力疊加并分解為水平分力和豎向分力。求鎮墩的體積和校核地基的承載力。2. 鋼管支墩的計算步驟

12、計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號公式），管傳給支墩的摩擦力（表6-2第9號公式）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 支墩對鋼管的摩擦力； 注：當溫度升高管道向上伸長時，作用在支墩上的摩擦力朝向管道上端，取負號。當溫度降低管道向下縮短時，作用于支墩上的摩擦力朝向管道下端，取正號。 校核支墩抗滑穩定。計算時根據對穩定最不利情況取用為正號或負號六、露天式鋼管結構計算 1.管壁應力計算 徑向力作用產生的管壁應力。 管壁環向拉應力 鋼管內徑，mm; 鋼管壁厚度，mm； 軸向力作用產生的管壁

13、應力。 斷面積為 得軸向應力計算公式 平均直徑，mm; 平均半徑，mm。 注：設計計算時，如N為壓力，則N前加負號，如算得為負值，則為壓應力。 法向力作用產生的管壁應力。 鋼管環行斷面抵抗矩； 法向力產生的彎矩 鋼管內半徑。 斷面剪應力 鋼管橫斷面上的剪力，跨端支墩兩側各等于，； ：支墩間距； 水平傾斜角度； 跨中斷面G為零； 管壁計算點以外部分斷面對重心軸的靜矩，； 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）沿角變化的環向剪應力；當=0和時，=0；當=和時， ，為最大剪應力。3. 鋼管壁強度的校核按應力圓原理，其最大剪應力應滿足 校核管壁應力的公式 鋼材允許應力。 第三強度理論校核鋼管壁強度，根據畸變能理論得到的三向應力狀態一般情況的合成應力公式 對于平面應力狀態 剪應力等于零時 我國SD14485水電站壓力鋼管設計規范中給出了上式中規定滿足強度條件 焊縫系數，其值為0.90.95，工程級別越高，焊縫檢查越嚴格，則焊縫系數越大； 為相應計算工況的鋼材允許應力。規范規定，地面鋼管在基本荷載組合條件下，=0.55， 為屈服點；考慮局部應力時，可提高到=0.67。七、加徑環與支承環旁管壁的應