1、舊寨倒虹吸計算書一、 根本資料設計流量：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、設計采用的主要技術標準及書籍1、?灌溉與排水工程設計標準?GB5028899；2、?水電站壓力鋼管設計標準?SL28420033、?混凝土結構設計標準?SL/T19196；4、?水工建筑物抗震設計標準?DL5073199

2、7；5、?小型水電站機電設計手冊-金屬結構?；。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；經計算取L=4m；2、進口沉沙池尺寸確定(1) 擬定池內水深H;H=h+TT=1/31/4h；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池內平均流速0.250.5m/s；經計算取B=3.5m；(3) 沉沙池長LL45h經計算取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，近似取鋼管內流量，m3/s；C為通氣管流

3、量系數；如采用通氣閥，C取0.5；無閥的通氣管，C取0.7；為鋼管內外允許壓力差，其值不大于0.1N/mm2；K為平安系數，采用K=2.8。經計算A=0.0294 m2；計算管內徑為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，按經驗公式：L=(34)hT0.5D0+0.3經計算取L =6m，T=1.2m。五、管身段 本倒虹吸管采用Q235B板鋼管，經初步布置和擬定后量得鋼管長約410m。根據地形在全線設4座鎮墩，初定鋼管內徑DN1600mm，壁厚為14和16mm。下面分別對倒虹吸進行水力計算、鋼管和鎮墩結構計算：（一） 水力計算倒虹吸的過水

4、能力及總水頭損失按?灌溉與排水工程設計標準?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倒虹吸設計流量m3/s； 流量系數；=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 局部水頭損失系數的總和，包括進、出口攔污柵、閘門槽、伸縮節、進人孔、旁通管、轉彎段、漸變段等損失系數；閘=0.2，進口=0.5，攔柵=0.5，出口=1，彎頭=90，90=0.361#鎮墩彎頭為14°59，=0.32，彎頭1=0.32*0.36=0.1152#鎮墩彎頭為37°47，=0.63，彎頭2=0.63*0.36=0

5、.2273#鎮墩彎頭為44°4，=0.69，彎頭3=0.69*0.36=0.2484#鎮墩彎頭為11°，=0.25，彎頭4=0.25*0.36=0.09彎頭=0.68=2.88能量損失系數；=0.015338L倒虹吸總長度m；410D管內直徑m；1.6mC謝才系數；=71.53n糙率；取0.012經計算Q=3.0 m3/s大于加大流量2.94 m3/s；所以選擇鋼管內徑為1.6m是適宜的。2、倒虹吸總水頭損失按下式計算hw=+L/DV2/2gv管道流速設計時為1.17m/s，加大流量時為1.46 m/s。所以設計時hw=0.48m加大時hw=0.74m。（二） 鋼管結構計算

6、管壁應力計算，根據?水電站壓力鋼管設計標準SL2812003?規定，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力；z環向正應力；x軸向正應力；y徑向正應力；yz、xz、xy剪應力；焊縫系數，取=0.9；相應計算情況的允許應力；不同鋼材、板厚，相應計算情況的允許應力見下表表1： 允許應力表鋼材鋼板厚度(mm)屈服點s(Mpa)允許應力Mpa膜應力區局部應力區根本組合=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，設置支承環和剛性環，所以選擇以下斷面核算應力：斷面1：支墩間跨中斷面；斷面2：加勁環的斷面；斷面3：支承環的斷面；鋼管按滿水、溫升設計，作用在鋼管上的主要力有：1內水壓力；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；溫升時伸縮節內填料的磨擦力；其余各力均較小，忽略不計。以1#至2#鎮墩之間的鋼管為例說明其計算過程，計算簡圖如圖一：根本數據2#鎮墩中心至上游伸縮節接頭距離L=57m；2#鎮墩中心至下游伸縮節接頭距離L=15m；2#鎮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，考慮局部應力的根本荷載=158Mpa。本倒虹吸水壓試驗壓力按正常情況最高內水工作壓力的1.25倍計算，所以最大設計水頭H設=1.25*107.7=134.6m。初估管壁厚度采用降低允許應力至75%,=11.12mm選用管壁計算厚度選=12mm，考慮2mm的防銹厚度，管壁的結構厚度取=14mm。2、管壁彈性穩定計算計算壁厚=12mm<=12.3mm，需設置加勁環。3、加勁環斷面及間距計算a、加勁環對管壁影響范圍: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；b、加勁環有效斷面面積為：FR= 728.8+77*2*12+63*12=3332.8mm2c、加勁環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、計算加勁環的間距：L勁=3053mm加勁環間距為

10、1.8m。4、管壁應力計算斷面1的計算a、徑向內水壓力產生的管壁徑向壓力y=-P設=1.32MPab、徑向內水壓力產生的管壁環向應力Z1= (P設*D0)/(2*)=88 MPaZ2很小，忽略不計。c、法向力產生的管壁彎曲軸向應力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、軸向力產生的管壁軸向應力x2=水管自重產生的軸向力A1：考慮12%的附加重A1= g管*L*sin=5.46*57*0.613*1.12=213.7kN伸縮接頭處內水壓力A5：A5=D12-D22H上伸設·=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·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、應力校核：按溫升情況計算。校核管頂應力時，x取負值壓應力，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加勁環的計算計算簡圖如圖2：a、徑向內水壓力產生的

13、管壁環向應力Z2= P設*r01-/FR=7.288+1.2*6.3=14.848cm2=管壁外緣斷面與環計算斷面比值=0.22Z2=68.64MPa拉橫斷面上的正應力x3=±1.816=±35.2 MPa內緣受拉，外緣受壓x2=-19.3MPa壓，同斷面1管壁外緣應力為：x=-35.2-19.3=-54.5外緣受壓橫斷面上剪壓力很小可以省去。徑向應力： y=-P設=-1.32MPa壓存在局部應力根本荷載=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支承環的計算計算簡圖如圖3：支承環布置形式見支承環結構圖，腹板肋板都采用=18mm的鋼板。其影響長度為0.077m。a、 確定支承環的有效斷面積：FR=200*18+82*18*2+314*12=10320mm2b、 支承環有效斷面重心軸距管中心距R：R=853.28mmc、 支承環有效斷面繞橫軸慣性距：JR=188231/12+0.28282182+2001831/12+18200502+3141231/12+12314472=19120263.44mm4支承環重心軸至環外緣、管壁外緣和管壁內緣距離ZR1、和ZR2、ZR3，各為58.72mm、41.28m

15、m和53.28mm。d、 計算由于支承環約束引起的環旁管壁局部軸向應力x3=±1.816=±101.5Mpa= =0.635管壁外緣斷面與環計算斷面比值將x3與前面算得的x1、x2用斷面1算得的應力相加，得支承環旁管壁總x值。見下表：表2： 支承環旁管壁總x值表軸向應力MPa管壁位置x1x2x3x=0°外緣3.83-19.3-101.5-116.97內緣3.83-19.3101.586.03=180°外緣-3.83-19.3-101.5-124.63內緣-3.83-19.3101.578.37e、計算內水壓作用下支承環及其旁管壁的環向應力Z1= P設*r

16、01-/=32.12 Mpaf、計算在MR作用下支承環旁管壁內外緣環向應力b采用0.04R，那么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可得管壁外緣環向應力Z2=-=1.95 Mpa管壁內緣環向應力Z2=-=2.51 Mpa同理當=180°時Z2=-1.95

17、Mpa外緣Z2=-2.51 Mpa內緣他與=0°時數值相同，但符號相反。支承環有效面積腹板外緣環向應力=0°時Z2=-=2.29 Mpa當=180°時Z2=-2.29 Mpag、 計算NR作用下支承環旁管壁環向應力當=0°時NR=5.84kN得環向應力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值表環向應力MPa管壁位置Z1Z2Z3Z=0°外緣32.121.950.5734.64內緣32.122.510.5735.2=180°外緣32.12-1.95

18、-0.5729.6內緣32.12-2.51-0.5729.04h、 強度校核因剪應力在=0°、180°處可忽略，求合成應力2值。從表1、表2中可以明顯看出，在=0°、180°處，管壁外緣合成應力2值較大，起控制作用。計算結果如下：=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支承環腹板外緣的合成環向拉應力在=90°處的支承點下邊為最大，即=90°下處：MR=0.01GR=0.01*126.76*

19、0.85328=1.08kN.m腹板外緣環向拉應力Z2=3.32MpaNR=31.69kN得環向應力Z3=3.1Mpa前邊e中以計算Z1=32.12 Mpa將以上三個環向拉應力疊加，得腹板腹板外緣環向拉應力為：Z=Z1+Z2+Z3=32.12+3.32+3.1=38.54 MPa0.9×158=142.2Mpa以上計算結果設計內水壓力都是以2#鎮墩中心處鋼管設計內水壓力來計算的比實際略大些，偏于平安。5、鋼管抗外壓穩定計算支承環同時起著加勁環的作用，現校核管壁、加勁環和支承環的抗外壓是否穩定。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計算中間段管壁穩定性：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，固本鋼管光滑管局部不會失穩。b、 加勁環管段先按公式進行穩定計算得:=0.34 MPa>0.2 MPa;再按公式進行強度校核得=0.54 MPa>0.2 MPa;計算結果說明加勁環穩定和強度都滿足要求。c、 支承環段按公式進行穩定計算得:=10.77MPa>0.2 MPa;再按公式進行強度校核得=1.68 MPa>0.2 MPa;計算結果說明支承環穩定和強度都滿足要求

21、。從以上的計算結果說明所選管壁厚度、支座間距、加勁環及支承環滿足運行工況下溫升條件的強度要求。（三） 鎮墩結構計算根據工程的地質情況和鎮墩所處位置的設計內水壓力，選擇1#和2#鎮墩作為代表進行計算：1、1#鎮墩1#鎮墩中心至上游伸縮節接頭距離L=44m；1#鎮墩中心至下游伸縮節接頭距離L=57m；1#鎮墩中心處鋼管工作水頭Hg=36.22m；1#鎮墩上游伸縮接頭處工作水頭H上伸設=20m；1#鎮墩下游伸縮接頭處設計水頭H上伸設=71m；1#鎮墩上游管段傾角1=22°47；1#鎮墩下游管段傾角2=37°47；1#鎮墩上游管段管壁厚上=14mm；1#鎮墩上游管段管壁厚下=14m

22、m；鎮墩材料采用c15鋼筋砼，容重24kN/m3，鎮墩地基為粉砂質板巖，砼與地基的磨擦系數f=035，地基承載力=0.350.8Mpa。如圖4：1) 運行條件下作用在鎮墩上的根本荷載a、 鋼管自重的軸向分力A1上游側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A1=g管Lsin2=5.46×57×sin37°47×112%=213.7 kNb、 鎮墩上、下游內水壓力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、 伸縮節管端水壓力A5上游伸縮節A5=/4*D12-D22r水H上伸設=3.14/4*1.6282-1.629.81*20 =13.92 kN下游伸縮節A5=/4*D12-D22r水H下伸設=3.14/4*1.6282-1.629.81*71 =49.42 kNd、 溫度變化時，伸縮節止水盤根對管壁摩擦力A6，考慮在進行水壓試驗時不應產生漏水現象，盤根壓縮力取為計算水壓力的1.25倍。上游伸縮節A6=1.25D

24、1b22r水H上伸設=3.14*1.628*0.3*0.2*9.81*20*1.25=75.22 kN下游伸縮節A6=1.25D1b22r水H下伸設=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°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 k

25、N總共有9個支墩A7=60*9=540 kNf、 鎮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、 鎮墩前、后鋼管對鎮墩的法向力鎮墩前、后鋼管自重及水重形成對鎮墩的法向分力。計算時，鎮墩上游側只計入半個支墩跨段，鎮墩下游側那么計算至伸縮節，如果伸縮節布置在鎮墩中間也計入半個支墩跨段。?小型水電站機電設計手冊-金屬結構?P419頁。鎮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檢修條件下鎮墩的根本荷載a、鋼管自重的軸向分力A1上游側A1=5.46×44×sin22°47×112%=104.2 kN下游側A1=g管Lsin2=5.46×57×sin37°47×112%=213.7 kNb、溫度變化時，伸縮節止水盤根對管壁摩擦力A6上游伸縮節A6=75.22 kN kN下游伸縮節A6=267kNc、溫度變化時，支墩對管壁的摩擦力A7上游側A7=5.46*5.4*0.5*cos22°47*1.12*7=106.6 kN下游側A7=5.

27、46*5.4*0.4*cos37°47*1.12*9=117.4 kNd、鎮墩前、后鋼管對鎮墩的法向力Q= g管l/2*cos1=6.11*6.1/2*0.92=17.14 kN鎮墩后鋼管的法向力Q= g管L*cos2=6.11*5.4/2*0.79=13kN3校核情況下，作用于鎮墩的根本荷載水壓試驗的壓力按正常情況設計壓力的1.25倍。a、鋼管自重的軸向分力A1上游側A1=5.46×44×sin22°47×112%=104.2 kN下游側A1=g管Lsin2=5.46×57×sin37°47×112%=

28、213.7 kNb、鎮墩上、下游內水壓力A3上游端A3=693.94 *1.25=867.43kN上游端A3= 745.2*1.25=931.5 kNc、 伸縮節管端水壓力A5上游伸縮節A5=13.92*1.25=17.4 kN下游伸縮節A5=49.42*1.25=61.78 kN鎮墩前、后鋼管對鎮墩的法向力Q=79.1 kN鎮墩后鋼管的法向力Q=60.15kN4荷載組合后的水平、垂直分力1運行工況升溫時a、 自上游方向指向鎮墩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a、 自上游方向指向鎮墩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a、 自上游方向指向鎮墩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校核狀況水壓實驗a、 自上游方向指向鎮墩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-196.93353.1732.4436

37、1.8325.925鎮墩抗滑穩定需要的體積力Gd=K：抗滑穩定系數，1.31.5；f：鎮墩與地基見摩擦系數這里取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y指向地基面取負，背向地基面取正；由以上計算說明，在檢修鋼管溫度下降的條件需要鎮墩穩定體積最大。Gd=1277 kN所需鎮墩體積為：V計=53m3鎮墩實際采用體積為：V實=99 m3V計=60m3，滿足要求。6地基應力校核a、計算鎮墩各局部重量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墩上游側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、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

40、墩2#鎮墩中心至上游伸縮節接頭距離L=57m；2#鎮墩中心至下游伸縮節接頭距離L=15m；2#鎮墩中心處鋼管工作水頭Hg=107.4m；2#鎮墩上游伸縮接頭處工作水頭H上伸設=71m；2#鎮墩下游伸縮接頭處設計水頭H上伸設=107.7m；2#鎮墩上游管段傾角1=37°47；2#鎮墩下游管段傾角2=0；2#鎮墩上游管段管壁厚上=14mm；2#鎮墩上游管段管壁厚下=16mm；鎮墩材料采用c150鋼筋砼，做一層M7.5漿砌石作為根底，容重24kN/m3，鎮墩地基為松軟巖組，做一層M7.5漿砌石作為根底，鎮墩與地基的磨擦系數f=0.3，地基承載力=0.120.2Mpa。如圖5：2) 運行條件

41、下作用在鎮墩上的根本荷載a、 鋼管自重的軸向分力A1上游側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=5.46×57×sin37°47×112%=213.7 kN下游側A1=g管Lsin2=0 kNb、 鎮墩上、下游內水壓力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、 伸縮節管端水壓力A5上游伸縮節A5=/4*D12-D2

42、2r水H上伸設=3.14/4*1.6282-1.629.81*71 =49.42kN下游伸縮節A5=/4*D12-D22r水H下伸設=3.14/4*1.6322-1.629.81*107.7 =85.8 kNd、 溫度變化時，伸縮節止水盤根對管壁摩擦力A6，考慮在進行水壓試驗時不應產生漏水現象，盤根壓縮力取為計算水壓力的1.25倍。上游伸縮節A6=1.25D1b22r水H上伸設=3.14*1.628*0.3*0.2*9.81*71*1.25=267 kN下游伸縮節A6=1.25D1b22r水H下伸設=3.14*1.632*0.3*0.2*9.81*107.7*1.25=406kNe、 溫度變化

43、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*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檢修條件下鎮墩的根本荷載a、鋼管自重的軸向分力A1上游側A1=5.46×57×sin37°47×112%=213.7 kN下游側A1=0b、溫度變化時，伸縮節止水盤根對管壁摩擦力A6上游伸縮節A6=267kN下游伸縮節A6=406kNc、溫度變化時，支墩對管壁的摩擦力A7上游側A7=5.46*57*0.5* cos37°47*1.12=137.7 kN下游側A7=6.25*15*0.5*cos0°*1.12=4

45、6.9kNd、鎮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，作用于鎮墩的根本荷載水壓試驗的壓力按正常情況設計壓力的1.25倍。a、鋼管自重的軸向分力A1上游側A1=213.7 kN下游側A1=0b、鎮墩上、下游內水壓力A3上游端A3=2095.62 *1.25=2619.53kN上游端A3= 2123.22*1.25=2654 kNc、 伸縮節管端水壓力A5上游伸縮節A5=49.42*1.25=61.78 kN下游伸縮節A5=85.8*1.25=107.3 kNd、鎮

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運行工況升溫時a、 自上游方向指向鎮墩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、 自下游方向指向鎮墩A= A3+ A5+ A6+ A7+ A8- A1=2123.22+85.8+406+172+4.52=2792kN左鎮墩后管段為水平段，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、 自上游方向指向鎮墩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3校核狀況水壓實驗a、 自上游方向指向鎮墩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 計算成果表序號 工作條件作用力運行工況檢修狀況水壓試驗升溫降溫