倒虹吸計(jì)算書(shū)

1、舊寨倒虹吸計(jì)算書(shū)一、 基本資料 設(shè)計(jì)流量： 2.35 m3/s 加大流量： 2.94 m 3/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)規(guī)范及書(shū)籍1、灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范GB50288 99；2、水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范SL284 20033、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 SL/T191 96

2、；4、水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范DL5073 1997；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(B 1-B2)或 L=C 1h；C 取 1.52.5;Ci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=( 1/3 1/4) h;0.8m;T 為進(jìn)口渠底至沉沙池底的高差;(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) LL(45) h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

3、:KQ1265C , PA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為通氣管流量系數(shù)；如采用通氣閥，C取0.5；無(wú)閥的通氣管，C取0.7； P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(jì)算 A=0.0294 m2 ；計(jì)算管內(nèi)徑為0.194m，采用D273( S =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)hT0.5Do+S +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、4座鎮(zhèn)墩，初定鋼管內(nèi)徑 DN1600mm, 壁厚S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(guò)水能力及總水頭損失按灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范附錄N所列公式計(jì)算：1、倒虹吸的過(guò)水能力按下式計(jì)算Q= a 3 2gZ1P =一.ZZ L/D丄=8g入=FC=1R1/6n式中：Q倒虹吸設(shè)計(jì)流量（m3/s）;a 流量系數(shù)；=0.3833 倒虹吸過(guò)水?dāng)嗝婷娣e；=2.01g 重力加速度（m/s2）Z 上、下游水位差（m）; 0.777m刀Z-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)；E 閘=0.2,

5、 E 進(jìn)口 =0.5, E 攔柵=0.5, E 出口 =1,E 90=0.361#鎮(zhèn)墩彎頭為1459,a =0.32,E 彎頭 1=0.32*0.36=0.1152#鎮(zhèn)墩彎頭為3747,a =0.63,E 彎頭 2=0.63*0.36=0.2273#鎮(zhèn)墩彎頭為444,a =0.69,E 彎頭 3=0.69*0.36=0.2484#鎮(zhèn)墩彎頭為11,a =0.25, E 彎頭 4=0.25*0.36=0.09刀E彎頭=0.68入能量損失系數(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

6、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(jì)算hw=（刀 E + 入 L/D ） V2/2gv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)算管壁應(yīng)力計(jì)算，根據(jù)水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范SL281 2003規(guī)定，采用第四強(qiáng)度理論計(jì)算，其計(jì)算公式為：；1_y 3 2yz -二2-2筒Z 3 2 z 1-_ Iy3= Jct決2亠芒柑綢蘭申k 式中：二1、二2、二3 表示任意點(diǎn)作用有三個(gè)主應(yīng)力；環(huán)向正應(yīng)力；匚x 軸向正應(yīng)力；、二y 徑向正應(yīng)力；T yz、 T xz、

7、 T xy 剪應(yīng)力；焊縫系數(shù)，取=0.9 ；二相應(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(jiàn)下表表1 :允許應(yīng)力表鋼材鋼板厚度（mm）屈服點(diǎn)CT s(Mpa)允許應(yīng)力S ( Mpa)膜應(yīng)力區(qū)局部應(yīng)力區(qū)基本組合r =0.55cf s特殊組合r =0.7cf s基本組合cr =0.67ct s特殊組合CT =0.8b sQ235 1640225124158151180Q345 16 25325179228218260 25 36315173221211252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；

8、 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(shuō)明其計(jì)算過(guò)程，計(jì)算簡(jiǎn) 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H=107.7m ;支墩間距L=5.4m ;管軸與水平線夾角:=37 47 ;加勁環(huán)圖一1、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

9、；=129Mpa ,考慮局部應(yīng)力的基本荷載-=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%,X HD。2 0.75門=11.12mm選用管壁計(jì)算厚度選8 =12mm ,考慮2mm的防銹厚度， 管壁的結(jié)構(gòu)厚度取8 =14mm。2、管壁彈性穩(wěn)定計(jì)算計(jì)算壁厚8 =12mm = 1600=12.3mm ,需設(shè)置加勁環(huán)。1301303、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=0.78 (rc* 8 ) 0.5=0.78 (0.806*0.012 ) 0.5 =0.07

10、7m ;本倒虹吸選擇角鋼L63X 63X6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=3332.8mmc、加勁環(huán)有效斷面重心軸距管中心距R:728.8 829.75 217 12 806 R=811.2mm728.8 + 77x12x2+63X2注：其中L63X 63X6角鋼的面積為7288mm 2 ;重心在距離角鋼外緣1775mm 處；慣性矩為233820mm 4;d、加勁環(huán)有效斷面慣性距:J=233820+728.8*18.552+ ( 1/12 ) *217*123+2604*0.8=517516.5mm e、計(jì)算加勁環(huán)的間距:3EJKPR3=3

11、053mm3 2.1 105 517516.52 0.1 811.23加勁環(huán)間距為1.8m4、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c 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CZ1 = (P 設(shè) *D 0)/(2* 5 )=88 MPa二Z2很小，忽略不計(jì)C、法向力產(chǎn)生的管壁彎曲軸向應(yīng)力4M二 D2、M=qL210此處 q= (g 管 +g 水 + g 地震)cos a , D=1.614m ,5 =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,

12、 g 地震=0.2*2.5*0.25*( 22.1+6.11 ) =3.52kN/m , cos ： =cos37 47 =0.79故 M=92.52kN.M2Cxi = 4qL2 = 士 3.83MPa10 二D2、.d、軸向力產(chǎn)生的管壁軸向應(yīng)力_ IA二 x2 =2町6水管自重產(chǎn)生的軸向力Ai : 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 :A5二（D12-D 22） H 上伸設(shè)4=（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

13、磨擦力A6:A6= n D1bfH 上伸設(shè)此處b2約為0.1D這里取0.2 ,卩2=0.3故 A 6二 n X 1.628 X 0.2 X 0.3 X 686.7 x 1.25=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)L cos ：宀此處 f=0.5=0.5* ( 19.71+5.46 ) *1.12*57*0.79=634.7kN刀 A=213.7+61+263+634.7=1172.4kN1172.42 二 0.806 0.012=-19.3MPae、應(yīng)力校核：按溫升情況計(jì)算。校核管頂應(yīng)力時(shí),取負(fù)值（壓應(yīng)力），即二 x=-3.83-19

14、.3二-23.13MPa=,882 （-1.32）88 （-1.32） 0=88.7Mpa v 0.9 x 129=116.1Mpa2=_JxIz +3可xz=J-23.13）2882 -（-23.13） 88 0=101.56Mpa v 0.9 x 129=116.1Mpa二 3 = . ；X . ；y _ ；X二 y 3 xy=.（二23.13）2（二1.32）2二（二23.13）（二1.32）0=22.5Mpa v 0.9 x 129=116.1Mpa斷面2 （加勁環(huán)）的計(jì)算計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖2 :6彳度厚算計(jì)r_a、徑向內(nèi)水壓力產(chǎn)生的管壁環(huán)向應(yīng)力 Z2 = （ P 設(shè) *r 0 （ 1- B

15、）/ 8Fr 7.288+1.2*6.3=14.848cm2B二（管壁外緣斷面與環(huán)計(jì)算斷面比值）Fr 2* 8 t=0.22；z2=68.64MPa（拉）橫斷面上的正應(yīng)力-x3 = 士 1.816 B 設(shè)巳=士 35.2 MPa （內(nèi)緣受拉，外緣受壓）28-x2 =-19.3MPa（壓，同斷面 1）管壁外緣應(yīng)力為：二 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：二y=-P設(shè)=-1.32MPa（壓）存在局部應(yīng)力基本荷載匚=158Mpa。匚 1=下；V3 yz=69.3 MPa v 0.9 x 158=142.2Mpa2二_TxTz +3xz=106.90

16、.2 MPa ，固 本鋼管光滑管部分不會(huì)失穩(wěn)。b、加勁環(huán)管段先按公式Pcr1二3EJ R進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算得：R l3* 2.1* 105 * 517516.5 c.c c 廠Pcr13=0.34 MPa0.2 MPa;811.23 *1800再按公式Per 2泄進(jìn)行強(qiáng)度校核得rl235* 33.328 門廠/一廠 c c 一廠Pcr2 二=0.54 MPa0.2 MPa;80*180計(jì)算結(jié)果表明加勁環(huán)穩(wěn)定和強(qiáng)度都滿足要求。C、支承環(huán)段按公式Pcr1二3EJr進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算得：R l53* 2 1* 105 *19120263 44Pcr1 二 3 2.1 10 !9120263.44=10.77MP

17、a0.2 MPa;853.28 * 1800再按公式Per 2泌進(jìn)行強(qiáng)度校核得rl235 * 103 2Pcr2=3 =1.68 MPa0.2 MPa;80*180計(jì)算結(jié)果表明支承環(huán)穩(wěn)定和強(qiáng)度都滿足要求 從以上的計(jì)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(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)=20

18、m ;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8上=14mm ;1#鎮(zhèn)墩上游管段管壁厚8下=14mm ;鎮(zhèn)墩材料采用c15鋼筋砼，容重24kN/m 3,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 匚=0.35 0.8Mpa。如圖4 :1#鎮(zhèn)墩平面圖1：100500013553645723集芝尋1#鎮(zhèn)墩墩縱剖面圖 1:100250025001453.475圖四1) 運(yùn)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Ai上游側(cè)Ai =g管Lsin :- i此處

19、 D=1.6m , g 管二 n ( D+ 8 ) X 8 X r 鋼=5.46kN/m計(jì)入附加增重12% ,故 A1 =5.46 X 44 X sin2247 X 112%=104.2 kN下游側(cè)A1 ” =g管Lsin :- 2=5.46 X 57 X sin37 47 X 112%=213.7 kNb、鎮(zhèn)墩上、下游內(nèi)水壓力A3 上游端 A3 = n r2* r 水 H=3.14*0.8*0.8*9.81*35.2=693.94 kN下游端 A3 = n 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 = ( n /

20、4)22(D1 -D 2 ) r水H上伸設(shè)=(3.14/4 ) * ( 1.628 2-1.6 2) 9.81*20=13.92 kN下游伸縮節(jié)A5“ = ( n /4)22(D1 -D 2 ) r水H下伸設(shè)=(3.14/4 ) * ( 1.628 2-1.6 2) 9.81*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 =1.25 n D1b2卩2r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” =1.25 n

21、Dib2卩2r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 ,卩2=0.3e、溫度變化時(shí)，支墩對(duì)管壁的摩擦力A上游方向A7 = ( g管+ g水)Icos :- 1計(jì)入附加增重12% ,*1.12*1.12A7 = ( 5.46+ 19.71 ) *5.4*0.5*cos2247 =70 kN總共有7個(gè)支墩刀 A7 =70*7=490 kN下游方向A7 = ( 5.46+ 19.71 ) *5.4*0.5*cos3747 =60 kN總共有9個(gè)支墩刀 A 7 =60*9=540 kNf、鎮(zhèn)墩中彎管水流離心力A8A8 =

22、A 8 = ( v2/g ) * ( 3.14/4 ) *r 水 D。2=(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)則計(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(yè)。鎮(zhèn)墩前半跨管的法向力Q=刀（g 管 + g 水）l/2*cos ? 1=28.2*6.1/2*0.92=79.1 kN鎮(zhèn)墩后鋼管的法向力Q=刀（g 管 + g 水）* l/2*cos : 2=2

23、8.2*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 X 44 x sin2247 x 112%=104.2 kN下游側(cè)A1 ” =g管Lsin :- 2=5.46 x 57 x sin37 47 x 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*cos2247 *1.12*7= 106.6 kN下 游側(cè)刀 A7 =5.46*5.4*0.4*cos374

24、7 *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*cos ? 1=6.11*6.1/2*0.92 = 17.14 kN鎮(zhèn)墩后鋼管的法向力Q = g 管 L *cos :- 2=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(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 X 44 x sin2247 x 112%=104.2 kN下游側(cè)A1 =g管Lsin : 2=5.46 x 57 x sin37 47 x 112%=213.7 kNb、鎮(zhèn)墩上、下游內(nèi)水壓力A3上游端

25、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)墩刀 A = A 1 + A 3 + A 5 + A 6 + A + A 8= 104.2+693.94+13.92+75.22+490+4.52= 1381.8 kN水 平方向 分力刀 A cos

26、 ： =1381.8*0.92=1271.3 kN （右）垂直方向分力刀 A si n ： 1=1381.8*0.387=534.8kN（下）b、自下游方向指向鎮(zhèn)墩刀 A = A3 + A5 + A6 + A7 + A8 - A/=745.2+49.42+267+540+4.52-213.7= 1392.44kN水平方向分力刀 A cos ： 2=1392.44*0.79=1100kN（左）垂直方向分力刀 A si n ： 2=1285.4*0.612=852kN（ 上 ）c、法向力Q的水平分力Qsin ： 1=79.1*0.387=30.61 kN（左）Q的垂直分力Qcos： 1=79.1*

27、0.92=72.772 kN（下）Q的水平分力Qsin ： 2=60.15*0.612=36.82kN（左）Q 的垂直分力 Q cos 2=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：（右）刀 x=1271.3-1100-30.61-36.82=103.87kN刀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)墩刀 A = Ai + A3 + A5 - A 6-A 7+ A*= 104.2+693.94+13.92-75.22-490+4.52=251.36kN水 平方向 分力刀 A cos ： 1=

28、251.36*0.92=231.25 kN （右）垂直方向分力刀 A si n ： 1=251.36*0.387=97.3kN（下）b、自下游方向指向鎮(zhèn)墩刀 A = A3 + A5 - A6 - A7 + A8 - A1 =745.2+49.42-267-540+4.52-213.7=-221.56 kN水平方向分力刀 A cos ： 2=221.56*0.79=175 kN（右）垂直方向分力刀A sin ： 2=221.56*0.612=135.6kN（下）c、法向力Q的水平分力Qsin : 1=79.1*0.387=30.61 kN（左）Q的垂直分力Qcos ： 1=79.1*0.92=7

29、2.772 kN（下）Q的水平分力Qsin ： 2=60.15*0.612=36.82kN（左）Q 的垂直分力 Q cos 2=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：刀 x=231.25+175-30.61-36.82=338.82 kN （右）刀y=97.3+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)墩刀A = AJ + A6+ A7= 104.2+75.22+106.6=286.02 kN （右）水平方向分力刀 A cos=286*0.92=263.1kN（右）垂直方向分力刀A si n ：（

30、下）b、 自下游方向指向鎮(zhèn)墩刀 A =A6 + A7 - A1 =267+117.2-213.7= 170.5 kN水 平方向 分力刀 A cos ： 2=170.5*0.79=137.7kN（左）垂直方向分力刀A sin- 2=170.5*0.612=104.3kN（上）c、法向力Q的水平分力QQ的垂直分力QQ的水平分力QQ的垂直分力Qsin : 1=17.14*0.387=6.64 kNcos： 1=17.14*0.92=15.77 kNsin ： 2=13*0.612=8kN（左）（左）（下）cos ： 2=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：刀

31、 x=263.1-137.7-6.64-8=110.76kN（右）刀 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)墩刀 A = Ai - A 6 -A 7f= 104.2-75.22-106.6=-77.62kN（左）水平方向分力刀 A cos： 1=77.62*0.92=71.41 kN （左）垂直方向分力刀 A si n ： 1=77.62*0.387=30kN（ 上 ）b、自下游方向指向鎮(zhèn)墩刀A =A1 + A6 + A7=213.7+267+117.2=597.9 kN水 平方向 分力刀 A cos ： 2=597.9*0.79=

32、472.34 kN（右）垂直方向分力刀A sin ： 2=597.9*0.612=365.79kN（下）d、法向力Q的水平分力Qsin : 1=17.14*0.387=6.64 kN（左）Q的垂直分力Qcos： 1=17.14*0.92=15.77 kN（下）Q的水平分力Qsin ： 2=13*0.612=8kN（左）Q 的垂直分力 Q cos 2=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:刀 x=-71.41+472.34-6.64-8=386.29 kN （右）刀 y=-30+365.79+15.77+10.27=361.83 kN （下）（3）校核狀況

33、（水壓實(shí)驗(yàn)）a、自上游方向指向鎮(zhèn)墩刀A = Ai +A3 +A5= 104.2+867.43+17.4=989.03kN（右）水平方向分力刀 A cos： 1=989.03*0.92=909.91 kN（右）垂 直方向 分力刀 A sin ： 1 =989.03*0.387=382.75kN（下）b、自下游方向指向鎮(zhèn)墩刀 A =A3 +A5-A1=931.5+61.78-213.7=779.58 kN （左）水 平方向 分力刀 A cos ： 2=779.58*0.79=615.87 kN （左）垂直方向分力刀A sin ： 2=779.58*0.612=477.1kN（上）d、法向力Q的水平

34、分力Qsin ： =79.1*0.387=30.61 kN（左）Q的垂直分力Qcos： 1=79.1*0.92=72.772 kN（下）Q的水平分力Qsin ： 2=60.15*0.612=36.82kN（左）Q 的垂直分力 Q cos 2=60.15*0.79=47.5 kN （下）所以總的水平推力和垂直直力分別為：刀 x=909.91-615.87-30.61-36.82=226.61kN（右）（下）刀 y=382.75-477.1+72.77+47.5=25.92 kN計(jì)算成果列于下表,表4計(jì)算成果表序號(hào)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

35、.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(jiàn)摩擦系數(shù)這里取0.35 :刀x :平行于地基開(kāi)挖面推力之和，kN ;刀y :垂直于地基開(kāi)挖面分力之和，kN，當(dāng)?shù)秠指向地基面取 負(fù)，背向地基面取正；由以上計(jì)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，.y= 1-5 382-29 _361.83f0.35= 1277 kN所需鎮(zhèn)墩體積為：V 計(jì)= Gd=53m3r砼24鎮(zhèn)墩實(shí)際采用體積為：V實(shí)=99 m

36、 3 V計(jì)=60m 3,滿足要求。6)地基應(yīng)力校核a、計(jì)算鎮(zhèn)墩各部分重量Gi=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=252.7 kN由以上可得鎮(zhèn)墩的實(shí)際重量為：刀 G= ( G i +G 2 +G 3+G 4+G 5) -G 6 =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

37、力矩刀M ,如下表：表5計(jì)算成果表力（kN ）力臂（m）力矩（kN、m）刀 X= 382.292.14818Yn=361.83J2.931060Gi=209.88J2/3 X 1.355=0.903189.5G2=260.16J1.355/2=0.68176.9G3=267.86J1.355+1/3(3.645)=2.57688.4G4=1293J1.355+3.645/2=3.184111.7G5 =600J2.5+2.5/2=3.752250G6=252.72.93-740.4刀 M=9294.5-740.4=8554.1kN m刀 yn+G=361.83+2378.2=2740kN合力作

38、用距A點(diǎn)的距離為:ZM8554.1 ,=3.12mZyn G 2740偏心距 e=3.12- 5 =0.62 v 5=0.833m ,滿足要求2 6C、地基承載力校核廠二仝 G ( 1+ 6e)BLB=2740( 1 6 962) 4 55max =27404 5(1 士6 0.625=239kN/m 2=0.239Mpa v 0.55Mpa 安全1-6 0.6252740min=4X5=35kN/m 2=0.035Mpa v 0.55Mpa 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 =

39、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8上=14mm ;2#鎮(zhèn)墩上游管段管壁厚8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/m 3，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 , 地基承載力匚=0.120.2Mpa。如圖5:0：CEIDt- 0 c019463054-12#鎮(zhèn)墩平面圖1:1002#鎮(zhèn)墩墩縱剖面圖1:1002) 運(yùn)行條件

40、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Lsin :- 1此處 D=1.6m , g 管二 n ( D+ 8 ) X 8 X r 鋼=5.46kN/m計(jì)入附加增重12% ,故 AJ =5.46 X 57 X sin37 47 X 112%=213.7 kN下游側(cè)A1 ” =g管Lsin :- 2=0 kNb、鎮(zhèn)墩上、下游內(nèi)水壓力A3上游端 A3 = n r2* r 水 H=3.14*0.8*0.8*9.81*106.3=2095.62kN下游端 A3 = n 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

41、A5上游伸縮節(jié)A5 = ( n /4) * ( D12-D22) r水H上伸設(shè)=(3.14/4 ) * ( 1.628 2-1.6 2) 9.81*71=49.42kN下游伸縮節(jié)A5”= ( n /4)* ( Di2-D 22) r水H下伸設(shè)=(3.14/4 ) * ( 1.632 2-1.6 2) 9.81*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 =1.25 n Db2卩2r水H上伸設(shè)=3.14*1.628*0.3*0.2*9.81*71*1.25=267 kN下

42、游伸縮節(jié)A6” =1.25 n D1b2卩2r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(shí)，支墩對(duì)管壁的摩擦力A7上游方向A7 = ( g管+ g水)Icos :-1計(jì)入附加增重12% ,A7 = (5.46+ 19.71 ) *5.4*0.5*cos3747 *1.12=60kN總共有11個(gè)支墩刀 A7 = ( 5.46+ 19.71 ) *57*0.5*cos3747 *1.12=635kN下游方向刀 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 =

43、A 8 = (v2/g ) * ( 3.14/4 ) *r 水 D。2 =(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=刀(g 管 + g 水)l/2*cos ? 1=28.2*2/2*0.79=22.3 kN鎮(zhèn)墩后鋼管的法向力Q =刀（g 管 + g 水）* l/2*cos : 2=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 X 57 x sin3747 x 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