倒虹吸計(jì)算書

1、一、 基本資料m3/sm3/s進(jìn)口進(jìn)出口渠道形式：矩形進(jìn)口管中心高程：14二、設(shè)計(jì)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(jì)規(guī)范GB5028899；2、水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范SL28420033、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范SL/T19196；4、水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范DL50731997；5、小型水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊-金屬結(jié)構(gòu)；。6、水力計(jì)算手冊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=（1/31/4）h；T為進(jìn)口渠底至沉沙池底的高差；取；(2)

2、 沉沙池寬BB=Q/(Hv)；v池內(nèi)平均流速0.25/s；經(jīng)計(jì)算取B=3.5m；(3) 沉沙池長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：；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N/mm2；K為安全系數(shù)，采用K=。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L及池深T，按經(jīng)驗(yàn)公式：L=(34)hT0+經(jīng)計(jì)算取L =6m，T=1.2m。五、管身段 本倒虹吸管采用Q

3、235B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(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)；倒虹吸過水?dāng)嗝婷娣e；g重力加速度（m/s2） Z上、下游水位差（m）；m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=90，9

4、01#鎮(zhèn)墩彎頭為14°59，彎頭1=2#鎮(zhèn)墩彎頭為37°47，=0.63，彎頭2=3#鎮(zhèn)墩彎頭為44°4，=0.69，彎頭3=4#鎮(zhèn)墩彎頭為11°，=0.25，彎頭4=彎頭=能量損失系數(shù)；L倒虹吸總長度（m）；410D管內(nèi)直徑（m）；C謝才系數(shù)；n糙率；經(jīng)計(jì)算Q=m3/sm3/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=（+L/D）V2/2gv管道流速設(shè)計(jì)時(shí)為/s，加大流量時(shí)為m/s。所以設(shè)計(jì)時(shí)hw=加大時(shí)hw=。（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SL2812003規(guī)定，采用第四強(qiáng)度理論計(jì)算，其計(jì)

5、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=；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)基本組合=s特殊組合=0.7s基本組合=s特殊組合=0.8sQ235162351291651581881640225124158151180Q3451634519024223127616253251792282182602536315173221211252由于本工程采用了鞍形支墩，設(shè)置支承環(huán)和剛性環(huán)，

6、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=m；支墩間距Lm；管軸與水平線夾角=37°47;1、管壁厚度擬定管徑D=m，鋼管采用Q235B鋼板焊

7、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(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)m。初估管壁厚度采用降低允許應(yīng)力至75%,=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<=mm，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)對管壁影響范圍:t=0.78（rc*）=0.78（0.806*0.012）=；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= +77*2*12+63*12=mm2c、加勁

8、環(huán)有效斷面重心軸距管中心距R：R=mm注：其中L63×63×6角鋼的面積為mm2；重心在距離角鋼外緣mm處；慣性矩為233820mm4；d、加勁環(huán)有效斷面慣性距：J=233820+*2+（1/12）*217*123+2604*2=mm4e、計(jì)算加勁環(huán)的間距：L勁=3053mm加勁環(huán)間距為m。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)2MPab、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*)=88MPaZ2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=m，=14mm，

9、L=m，考慮12%的附加重g水=kN/m，g管=kN/m，g地震=0.2*2.5*0.25*（22.1+）=3.52kN/m，cos=cos37°47=0.79故M=x1=±=±MPad、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=kN伸縮接頭處內(nèi)水壓力A5：A5=（D12-D22）H上伸設(shè)·2828=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約為這里取0.2，2故A6=×28×0.2×××1.25=263

10、kN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）=kNA=+61+263+=kN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=-=-MPa1= =Mpa0.9×2= =101.56Mpa×129=116.1Mpa3= =Mpa×129=116.1Mpa斷面2（加勁環(huán)）的計(jì)算計(jì)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=+1.2*=cm2=（管壁外緣斷面與環(huán)計(jì)算斷面比值）=0.22Z2=M

11、Pa（拉）橫斷面上的正應(yīng)力x3=±16=±MPa（內(nèi)緣受拉，外緣受壓）x2=-MPa（壓，同斷面1）管壁外緣應(yīng)力為：x=-=-（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)=-2MPa（壓）存在局部應(yīng)力基本荷載=158Mpa。1=MPa0.9×158=Mpa2=×158=Mpa3=MPa0.9×158=Mpa斷面3（支承環(huán)）的計(jì)算計(jì)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、

12、 支承環(huán)有效斷面重心軸距管中心距R：R=c、 支承環(huán)有效斷面繞橫軸慣性距：JR=（1882328218）2+200183（1/12）+18200502+314123（1/12）+12314472=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(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=±=±Mpa=35（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

13、°外緣-11內(nèi)緣-=180°外緣-12內(nèi)緣-10e、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)*r0（1-）/=32.12Mpaf、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，則MR當(dāng)=0°時(shí)，MR=-0.0085GR=L=m，g水kN/m，g管kN/m，考慮附加重，g地震=0.2*1*0.25*（19.71+）=1.26kN/m，cos=cos37°47=0.79G=（g管+g水+g地震）2*Lcos=12KN可得管壁外緣環(huán)向應(yīng)力Z2=-=Mpa管壁內(nèi)緣環(huán)向應(yīng)力Z2=-Mpa同理當(dāng)=180°時(shí)Z2=-1.95Mpa

14、外緣Z2Mpa內(nèi)緣他與=0°時(shí)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(shí)Z2=-=2.29Mpa當(dāng)=180°時(shí)Z2=-2.29Mpag、 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=得環(huán)向應(yīng)力Z3=Mpa當(dāng)=180°時(shí)Z3Mpa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32.1234.64內(nèi)緣32.1235.2=180°外緣32.12-29.6內(nèi)緣32.12-29.04h、 強(qiáng)度校核因剪應(yīng)力在=0°、180°處可忽

15、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=MPa0.9×158=Mpa=180°處，管壁外緣2=14MPa0.9×158=Mpa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*8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=32.12Mpa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：

16、Z=Z1+Z2+Z3=32.12+3.4MPa0.9×158=Mpa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，偏于安全。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、 鋼管光滑管部分首先求出=n=2.74*()（）=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=MPa取Pcr最小值，即n=5時(shí)，得Pcr=MPa，固本鋼管光滑管部分不會(huì)失穩(wěn)。b、 加勁環(huán)管段先按公式進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算得:=MPa;再按公式進(jìn)行強(qiáng)度校核得=0.54MPa;計(jì)

17、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)段按公式進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算得:MPa;再按公式進(jìn)行強(qiáng)度校核得MPa;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=m；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

18、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=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=Mpa。如圖4：1) 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A1上游側(cè)A1=g管Lsin1m，g管=（D+）××r鋼=/m計(jì)入附加增重12%，故A1=×44×sin22°47×112%=kN下游側(cè)A1=g管Lsin2=×57×sin37°

19、47×kNb、 鎮(zhèn)墩上、下游內(nèi)水壓力A3上游端A3=r2*r水H =kN下游端A3=r2*r水HkNc、 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)=22）9.81*20kN下游伸縮節(jié)A5=（/4）*（D12-D22）r水H下伸設(shè)=22）9.81*71kNd、 溫度變化時(shí)，伸縮節(jié)止水盤根對管壁摩擦力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=D1b22r水H上伸設(shè)=3.14*1.628*0.3*0.2*9.81*20= kN下游伸縮節(jié)A6D1b22r水H下伸設(shè)=3.14*1.628*0.3*=26

20、7kN此處b2約為這里取0.2，2e、 溫度變化時(shí)，支墩對管壁的摩擦力A7上游方向A7=（g管+g水）lcos1計(jì)入附加增重12%，A7+19.71）*5.4*0.5*cos22°47=70 kN總共有7個(gè)支墩A7=70*7=490 kN下游方向A7+19.71）*5.4*cos37°47=60kN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=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(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

21、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-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=79.1 kN鎮(zhèn)墩后鋼管的法向力Q=(g管+ g水）* l/2*cos22）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=×44×sin22°47×112%=104.2 kN下游側(cè)A1=g管Lsin2=×57×sin37°47×112%=213.7 kNb、溫度變化時(shí)，伸縮節(jié)止水盤根對管壁摩擦力A6上游伸縮節(jié)A6=75.22 kN kN下游伸縮節(jié)A6=267k

22、Nc、溫度變化時(shí)，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= kN下游側(cè)A7=5.46*5.4*0.4*cos37°47*1.12*9= kNd、鎮(zhèn)墩前、后鋼管對鎮(zhèn)墩的法向力Q=g管l/2*cos1=17.14 kN鎮(zhèn)墩后鋼管的法向力Q= g管L*cos2=6.11*=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=×44×sin22°47×kN下游側(cè)A1=g管Lsin2=×57×sin

23、37°47×kNb、鎮(zhèn)墩上、下游內(nèi)水壓力A3上游端A3上游端A3kNc、 伸縮節(jié)管端水壓力A5上游伸縮節(jié)A5kN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Q4）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+490 = kN水平方向分力Acos1=*0.92=1kN（右）垂直方向分力Asin1=*0.387=kN（下）b、 自下游方向指向鎮(zhèn)墩A=A3+A5+A6+A7+A8-A1=745

24、.2+49.42+267+540=kN水平方向分力Acos2=*0.79=1100kN（左）垂直方向分力Asin2=*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=-1100=kN（右）y=-852=- kN（上）降溫時(shí)a、 自上游方向指向鎮(zhèn)墩A= A1+ A3+ A5- A6-A7+ A8-

25、490 =kN水平方向分力Acos1=*0.92= kN（右）垂直方向分力Asin1=*0.387=kN（下）b、 自下游方向指向鎮(zhèn)墩A= A3+ A5- A6- A7+ A8- A1267-540=- kN水平方向分力Acos2=*0.79=175kN（右）垂直方向分力Asin2=*0.612=kN（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)

26、總的水平推力和垂直力分別為：x=+175= kN（右）y=+=3kN（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=+= kN（右）水平方向分力Acos1=286*0.92=kN（右）垂直方向分力Asin1=286*0.387=kN（下）b、 自下游方向指向鎮(zhèn)墩A= A6+ A7- A1=267+= kN水平方向分力Acos2=*0.79=kN（左）垂直方向分力Asin2=*0.612=kN（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

27、=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=-=kN（右）y=-= kN（下）降溫時(shí)a、 自上游方向指向鎮(zhèn)墩A= A1- A6-A7=-=kN（左）水平方向分力Acos1=*0.92= kN（左）垂直方向分力Asin1=*0.387=30kN（上）b、 自下游方向指向鎮(zhèn)墩A=A1+ A6+ A7=213.7+267+=5 kN水平方向分力Acos2=*0.79= kN（右）垂直方向分力Asin2=*0.612=kN（下）d、 法向力Q的水平分力Qsin1=17.14*0.387=6.64 kN（左）Q的

28、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=+4= kN（右）y=-30+3= 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=kN（右）水平方向分力Acos1=*0.92= kN（右）垂直方向分力Asin1=*0.387=kN（下）b、 自下游方向指向鎮(zhèn)墩A=A3+A5-A1kN（左）水平方向分力Acos2=*0.79= kN（左）垂直方向分力Asin2=779.58*0.612=

29、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 kN（下）所以總的水平推力和垂直直力分別為：x=-=kN（右）y= kN（下）計(jì)算成果列于下表，表4 計(jì)算成果表序號工作條件作用力運(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2垂直力（kN）向下為正-15）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

30、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=1277kN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)=99m3V計(jì)=60m3，滿足要求。6）地基應(yīng)力校核a、計(jì)算鎮(zhèn)墩各部分重量G1=3.227*1.355*4/2*24=kNG2=1.355*2*4*24=kNG3=3.645*1.531*4/2*24=kNG4=3.645*3.696*4*24=1293kNG5=2.5*2.5*4*24=600kNG5=3.14*0.8*0.8*5.2

31、4*24=kN由以上可得鎮(zhèn)墩的實(shí)際重量為：G=（G1+G2+G3+G4+G5）-G6=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、m）x=818Yn=1060G1=2/3×=G2=G3=+1/3()=G4=1293=3.18G5=600=2250G6=-M=-=85kN·myn+G=+=2740kN合力作用距A點(diǎn)的距離為：=3.12m偏心距e=3.12-=0.62=m，滿足要求。c、地基承載力校核=（1+） =（1±）max=（1±） =239kN/m2=0.2

32、39Mpa安全min=（1-） =35kN/m2=0.035Mpa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=m；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)=m；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.

33、3，地基承載力=0.120.2Mpa。如圖5：2) 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A1上游側(cè)A1=g管Lsin1m，g管=（D+）××r鋼/m計(jì)入附加增重12%，故A1=×57×sin37°47×112%= 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* =kN下游端A3=r2* r水H=3.14*0.8*0.8*9.81* = 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)=22）

34、9.81*71 =kN下游伸縮節(jié)A5=（/4）*（D12-D22）r水H下伸設(shè)=3222）9.81* = kNd、 溫度變化時(shí)，伸縮節(jié)止水盤根對管壁摩擦力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)A6D1b22r水H上伸設(shè)=3.14*1.628*0.3*0.2*9.81*71=267 kN下游伸縮節(jié)A6D1b22r水H下伸設(shè)32*0.3*0.2*9.81*=406kNe、 溫度變化時(shí)，支墩對管壁的摩擦力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=60

35、kN總共有11個(gè)支墩A7=（5.46+19.71）*57*0.5*cos37°47=635kN下游方向A7=（+19.71）*15*0.5*cos0=172 kNf、 鎮(zhèn)墩中彎管水流離心力A8A8= A8=（v2/g）*（3.14/4）*r水D02=4.52 kNg、鎮(zhèn)墩前后半跨管的法向力Q=(g管+ g水）l/2*cos1=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*12）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=×57×sin37°47×112%=213.7 kN下游側(cè)A1

36、=0b、溫度變化時(shí)，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(shí)，支墩對管壁的摩擦力A7上游側(cè)A7=5.46*57*0.5* cos37°47=137.7 kN下游側(cè)A7=*15*0.5*cos0°*1.12=kNd、鎮(zhèn)墩前后半跨管的法向力Q=g管l/2*cos1=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(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= kN下游側(cè)A1=0b、鎮(zhèn)墩上、下游內(nèi)水壓力A3上游端A3

37、= *1.25=kN上游端A3= *1.25=2654 kNc、 伸縮節(jié)管端水壓力A5上游伸縮節(jié)A5= kN下游伸縮節(jié)A5=*1.25= kNd、鎮(zhèn)墩前后半跨管的法向力Q=22.3 kNQ4）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 =+267+635 =kN水平方向分力Acos1=*0.79=2579kN（右）垂直方向分力Asin1=*0.612=kN（下）b、 自下游方向指向鎮(zhèn)墩A= A3+ A5+ A6+ A7+ A8- A1=+406+172=2792kN（左）鎮(zhèn)墩后管段為水平段，A無垂直力；c、 法向力Q

38、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）所以升溫時(shí)總的水平推力和垂直力分別為：x=2579-2792=-kN（左）y=19+101.8+17.7=kN（下）降溫時(shí)a、 自上游方向指向鎮(zhèn)墩A= A1+ A3+ A5- A6-A7+ A8=+-267-635 =kN水平方向分力Acos1=*0.79= kN（右）垂直方向分力Asin1=*=kN（下）b、 自下游方向指向鎮(zhèn)墩A= A3+ A5- A6- A7+ A8=+-406-172=16 kN（左）

39、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=-1635=-kN（左）y=+17.7+101.8=10kN（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+= kN（右）水平方向分力Acos1=*=kN（右）垂直方向分力Asin1=*0.612=kN（下）b、 自下游方向指向鎮(zhèn)墩A= A6+ A7=406+=kN（左）c、 法向力Q的水平分力Qsin1

40、=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=-=kN（右）y=+3.95+25=kN（下）降溫時(shí)a、 自上游方向指向鎮(zhèn)墩A= A1- A6-A7=267-=-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+=kN（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*

41、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=-151-3=kN（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=+=kN（右）水平方向分力Acos1=2895*=2287 kN（右）垂直方向分力Asin1=*0.612=1771kN（下）b、 自下游方向指向鎮(zhèn)墩A= A3+ A5= 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Qco

42、s2=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-=-488 kN（左）y=1771kN（下）計(jì)算成果列于下表，表6 計(jì)算成果表序號工作條件作用力運(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-419299-4882垂直力（kN）向下為正21-8818905）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：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=1583k

43、N所需鎮(zhèn)墩體積為：V計(jì)=66m3鎮(zhèn)墩實(shí)際采用體積為：V實(shí)=m3V計(jì)=66m3，滿足要求。6）地基應(yīng)力校核以運(yùn)行升溫工況來計(jì)算；a、計(jì)算鎮(zhèn)墩各部分重量G1=*4/2*24=kNG2=*4/2*24= kNG3=*4*24=kNG4=*4*24= kNG5=3.14*0.8*0.8*24= kNG6=5*6.5*1*23= kN (漿砌石基礎(chǔ))由以上可得鎮(zhèn)墩的實(shí)際重量為：G=（G1+G2+G3+G4+ G6）- G5=25 kNb、求合力作用點(diǎn)和偏心距以鎮(zhèn)墩上游側(cè)B點(diǎn)為矩心，取各力對B點(diǎn)的矩，并求出總力矩M，如下表：表7計(jì)算成果表力（kN）力臂（m）力矩（kN、m）x=-Yn=21183.37G1=+2/3×=541G2=+1/3()=G3=0.75+1.946+1/2(3.054)=5015G4