壓力鋼管畢業(yè)設計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 工程概況1</p><p><b>　　一、流域概況1</b></p><p><b>　　二、水文及氣象1</b></p><p><b>　?。ㄒ唬庀蟾艣r1</b>&

2、lt;/p><p><b>　　（二）水文特性1</b></p><p>　　三、壓力前池基本地質(zhì)條件及評價4</p><p>　?。ㄒ唬┗镜刭|(zhì)條件4</p><p>　　（二）前池工程地質(zhì)評價4</p><p><b>　　四、地震4</b></p>

3、<p>　　五、工程總體布置4</p><p>　　第二章 壓力鋼管設計5</p><p>　　一、工程的級別確定5</p><p>　　二、壓力管道的經(jīng)濟直徑5</p><p>　　三、壓力鋼管的布置5</p><p>　　四、管壁厚度的確定6</p><p>　　五、鎮(zhèn)

4、墩的穩(wěn)定分析7</p><p><b>　?。ㄒ唬┯嬎銞l件8</b></p><p>　?。ǘ┻\行條件下作用在鎮(zhèn)墩上的基本荷載9</p><p>　?。ㄈz修條件下的基本荷載11</p><p>　?。ㄋ模┬：藯l件下（水壓試驗情況）作用在鎮(zhèn)墩上的基本荷載12</p><p>　?。ㄎ?/p>

5、）運行條件下荷載組合后的水平、垂直分力14</p><p>　?。z修條件下荷載組合后的水平、垂直分力16</p><p>　?。ㄆ撸┬：藯l件下荷載組合后的水平、垂直分力17</p><p>　?。ò耍╂?zhèn)墩尺寸的擬定19</p><p>　　六、支墩的穩(wěn)定分析22</p><p>　?。ㄒ唬┯嬎銞l件22

6、</p><p>　?。ǘ┖奢d計算22</p><p>　?。ㄈ?、抗滑、抗傾覆穩(wěn)定及地基承載能力校核23</p><p>　　七、管身應力分析25</p><p>　?。ㄒ唬┛雇鈮悍€(wěn)定核算25</p><p>　　（二）鋼管受力計算25</p><p>　?。ㄈ┹S向力計算26&

7、lt;/p><p>　　（四）管壁應力計算26</p><p><b>　　八、管道附件38</b></p><p>　　九、管道工程量38</p><p>　　一、鋼材工程量38</p><p>　　二、土石方工程量計算38</p><p><b>　　參

8、考文獻39</b></p><p>　　致謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　第一章 工程概況</b></p><p><b>　　一、流域概況</b></p><p>　　隔界河為怒江右岸支流，流域位于東經(jīng)98°42′～98°51′50″、北緯26

9、°19′14″～26°24′之間。行政區(qū)劃屬云南省怒江州滬水縣稱桿鄉(xiāng)。電站取水口以上徑流面積為64.02km2，多年平均流量2.51m3/s。</p><p>　　擬建的隔界河一級水電站位于高山峽谷區(qū)，除其下游建有隔界河二級水電站（目前二級水電站主體工程已基本完工）以及規(guī)劃有瀘水電站外，無其它水利設施。電站所在下游無重大防洪對象，故不承擔下游的防洪任務。</p><p>

10、;<b>　　二、水文及氣象</b></p><p><b>　?。ㄒ唬庀蟾艣r</b></p><p>　　隔界河流域位于高黎貢山東麓，滬水縣城以北，為低緯度北亞熱帶與北溫帶過渡帶氣候，夏季炎熱，冬季偏暖濕潤，四季分明，無霜期長。區(qū)域內(nèi)最高氣溫41.70C，最低氣溫 －2.80C，多年平均氣溫17.00C。多年平均日照1100h，多年平均蒸發(fā)量

11、1018 mm，最大風速12.0m/s，本流域西北部和西部處于多雨區(qū)及較多雨區(qū)，東北部處于較少雨區(qū)，流域降水量從上游至下游呈遞減的趨勢。干季降水稀少，雨季（5月～10月）降水集中，占全年降水量的82.7％。1號壩多年平均降水為2223.4mm，2號壩多年平均降水為1937.1mm。多年平均氣溫為7℃左右，極端最高氣溫為25℃左右，極端最低氣溫為-10 ℃左右。</p><p><b>　　（二）水文特性

12、</b></p><p><b>　　1.徑流</b></p><p>　　對推求出的隔界河1、2號壩址1960年6月至1999年5月徑流采用P—III型頻率曲線適線，頻率分析的統(tǒng)計參數(shù)為：均值1號壩為2.60m3／s；2號壩為0.23 m3／s，Cv=0.23，Cs=2Cv[5]，隔界河電站壩址多年平均流量成果見表1-1。 </p><

13、;p>　　表1-1 隔界河水電站壩址徑流成果及比較表（單位：m3/s）</p><p>　　表1-2 隔界河水電站壩址日平均流量保證率成果表</p><p><b>　　2.洪水</b></p><p>　　表1-3 隔界河水電站壩址設計洪水成果比較表</p><p>　　綜合分析比較各方面，本次設計按SL44—9

14、3規(guī)范采用推理公式計算方法所得洪水成果較為合理，作為本次設計的推薦成果。</p><p><b>　　3.泥沙</b></p><p>　　隔界河電站壩址年平均懸移質(zhì)輸沙量為2.58萬t。年平均推移質(zhì)沙量取懸沙量的30％估算為0.774萬t，壩址年輸沙總量為3.354萬t。</p><p><b>　　4.裝機規(guī)模</b>

15、</p><p>　　根據(jù)以上基本資料和調(diào)節(jié)原則對三組裝機方案進行徑流調(diào)節(jié)計算，計算結(jié)果見表1-4。</p><p>　　表1-4 隔界河電站徑流調(diào)節(jié)計算表</p><p>　　從水能指標及其特性的變化規(guī)律可明顯看出，本電站較為合理的裝機規(guī)模為12600kw，機組臺數(shù)為2臺，單機容量為6300kw。</p><p>　　三、壓力前池基本地質(zhì)

16、條件及評價</p><p><b>　?。ㄒ唬┗镜刭|(zhì)條件</b></p><p>　　前池布置在引水隧洞末端，山坡地面高程1970～2000m，地形相對較陡，總體地形坡度20～30°，無大的不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，整個岸坡為一單斜逆向坡。</p><p>　?。ǘ┣俺毓こ痰刭|(zhì)評價</p><p>　　前池山坡高程

17、1970～2000m，地形相對較陡，總體地形坡度20°～30°，無大的不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，整個岸坡為一單斜逆向坡?；鶐r為?3t灰色白云質(zhì)灰?guī)r,強風化帶埋深約15m，巖層傾向山內(nèi)，傾角40°～60°。</p><p><b>　　四、地震</b></p><p>　　根據(jù)2001年版“中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖”（GB18306—2001

18、）確定工程區(qū)“動峰值加速度”為0.15g，相應地震烈度為Ⅶ度，地震設防烈度為Ⅶ度。地震動反應譜特征周期值為0.40s。</p><p><b>　　五、工程總體布置</b></p><p>　　隔界河水電站主要建筑物由1#攔河取水壩、2#攔河壩取水壩、引水隧洞、壓力前池、壓力鋼管、主副廠房及升壓站組成。攔河壩壩型采用漿砌塊石重力式溢流壩。</p><

19、;p>　　主引水隧洞布置于主壩取水口～前池之間，分三段組成折線型隧洞布置，全長3074.71m。隧洞采用無壓引水的方式，斷面為直墻高1.9m，拱高0.6m的城門洞形。隧洞進口布置在主壩前河道右岸，側(cè)向進水。進水口前設置沉砂池，進水口底板高程為1977.00m，出口接前池。隧洞末端底寬度：b=2.00m；隧洞底坡降：i=0.002。 </p><p>　　前池布置于主引水隧洞末端，位于廠區(qū)樞紐河對面山脊上，前

20、池后接壓力鋼管。</p><p>　　壓力管道位于隔界河右岸山脊上，為山麓斜坡地形，地形坡度22°～52°。壓力管道為單管雙機供水方式，管道由主管、岔管、支管及附件構(gòu)成，岔管為對稱Y形布置。</p><p>　　電站廠址選定在距隔界河與怒江交匯處1100m隔界河左岸。主廠房內(nèi)布置兩臺沖擊式水輪發(fā)電機組，水輪機型號為CJA475-w-140/2×12，機組間距為

21、11.5m，進水管中心高程為1530.00m。</p><p>　　第二章 壓力鋼管設計</p><p><b>　　一、工程的級別確定</b></p><p>　　水電站的裝機容量為1.26萬kw，利用水頭為445m，故本工程等級為特高水頭小一型水電站[1]。</p><p>　　二、壓力管道的經(jīng)濟直徑</p&g

22、t;<p>　　本工程規(guī)模小，可按經(jīng)濟流速法計算管徑[9]，即</p><p><b>　　= （m） </b></p><p>　　壓力管道管徑模數(shù)為50mm，安全起見壓力管道直徑D取1m 。 </p><p>　　式中 ——設計引用流量，</p>&

23、lt;p>　　——經(jīng)濟流速，明鋼管和地下埋管為4～6(m/s)，對高水頭電站可取大值，因</p><p>　　此取6(m/s)計算。支管管徑與水輪機進口對應，即支管管徑為0.65m。</p><p>　　則實際流速：（m/s）</p><p><b>　　三、壓力鋼管的布置</b></p><p>　　前池布置于主

24、引水隧洞末端，位于廠區(qū)樞紐河對面山脊上，前池后接壓力鋼管。明鋼管的路線選擇在地形地質(zhì)條件優(yōu)越的隔界河右岸山脊上，為山麓斜坡地形，地形坡度22～52°，避開了滑坡、崩塌、墜石和地表水集中等不利地段。明鋼管常采用垂直等高線方向布置，以縮短管道長度，沿山脊布置，管槽開挖邊坡為逆向坡。為了避免局部管的產(chǎn)生負壓，在地形凸起部分應進行開挖。明鋼管沿線應布置排水溝和設置交通通道，在鋼管的最低處應設置排水管，在適當位置處應設置進人孔。明鋼管的

25、轉(zhuǎn)彎半徑為3倍管徑，底部高出地面0.6m，以利于安裝和檢修。頂部低于最小壓力線至少2m，以保證不出現(xiàn)真空。 </p><p>　　由于發(fā)電引水單機流量不大，管道較長，因此壓力管道采用單管雙機供水方式，正向引進，管道由主管、岔管、支管及附件構(gòu)成，岔管為對稱Y形布置。鎮(zhèn)墩型式采用封閉式,支墩采用滑動式支墩，伸縮節(jié)位于管道轉(zhuǎn)彎處下游2.5m。</p><p><b>　　四、管壁厚

26、度的確定</b></p><p>　　壓力鋼管的材料和壁厚選擇是水電站壓力鋼管設計的主要內(nèi)容之一,鋼管壁厚和材料變化使得鋼管造價同時發(fā)生變化，因此需要在鋼管的適當位置改變壁厚和材料，以降低工程造價。根據(jù)《SL-2003.壓力鋼管設計規(guī)范》，鋼管所用鋼材的性能及技術(shù)要求必須符合國家現(xiàn)行有關標準的規(guī)定，因此選用Q235C、及Q345C鋼材。</p><p>　　管道末端允許的最大水

27、錘相對升壓為[6]</p><p>　　H<40m, ζ=0.7～0.5</p><p>　　H=40～100m, ζ=0.5～0.3</p><p>　　H>100m, ζ<0.3</p><p>　　式中：H為靜水頭，在ζ的變化范圍中，低水頭時取大值，本工程靜水頭為445m〉10

28、0m，故ζ取0.25。沿線水擊水頭由公式計算確定。管壁厚度的計算采用鍋爐公式[1 ]：</p><p>　　式中 ——壓力水頭（m）； </p><p>　　——鋼管內(nèi)半徑（m），；</p><p>　　——材料容許應力（m），明鋼管膜應力區(qū)容許應力降低20%，即；</p><p>　　——管壁計算厚度（m）。</p><

29、;p>　　——焊縫系數(shù)，本工程管徑小，擬采用單面對接焊的方式，故</p><p>　　考慮磨蝕和鋼板厚度誤差等因素，管壁結(jié)構(gòu)厚度應至少比計算值增加2mm。本工程按增加2mm計。結(jié)果如下表2-1：</p><p>　　表2-1 壓力鋼管管壁厚度計算表</p><p>　　由表2-1中計算數(shù)據(jù)確定鋼管的鋼材和壁厚如表2-2：</p><p>

30、;　　表2-2 鋼管的鋼材和壁厚選用表</p><p><b>　　五、鎮(zhèn)墩的穩(wěn)定分析</b></p><p>　　按《SL-2003.壓力鋼管設計規(guī)范》，鎮(zhèn)墩布置在管道的轉(zhuǎn)彎處，長度超過150m的直線管道設置中間鎮(zhèn)墩，以承受管道因改變方向而產(chǎn)生的軸向不平衡力，固定管道不允許管道在鎮(zhèn)墩處有任何位移。本工程在直管線段大致每隔100m設置一個鎮(zhèn)墩，轉(zhuǎn)彎處設置鎮(zhèn)墩，共設置了

31、9個封閉式鎮(zhèn)墩，支墩每隔6m設一個，共設了115個滑動式支墩。伸縮節(jié)布置在鎮(zhèn)墩下游2.5m處，以改善鎮(zhèn)墩受力條件。鎮(zhèn)墩設計根據(jù)管道的滿水、放空、壓水試驗、溫升和溫降等情況分析各力的最不利組合，計算確定鎮(zhèn)墩所需的形狀和尺寸。鎮(zhèn)墩根據(jù)滿足抗滑穩(wěn)定和地基承載能力的條件擬定尺寸，并以滿足抗傾覆穩(wěn)定條件進行校核。這里以3#鎮(zhèn)墩為例，其他鎮(zhèn)墩計算方法相同。</p><p><b>　?。ㄒ唬┯嬎銞l件</b&g

32、t;</p><p>　　根據(jù)鋼管的布置情況，3#鎮(zhèn)墩的穩(wěn)定計算已知條件如表2-3：</p><p>　　表2-3 3#鎮(zhèn)墩的穩(wěn)定計算已知條件</p><p>　?。ǘ┻\行條件下作用在鎮(zhèn)墩上的基本荷載</p><p>　　1．上游側(cè)鋼管自重的軸向分力（考慮進人孔、伸縮節(jié)等附件增重25%）： </p><p>　

33、　下游側(cè)鋼管自重的軸向分力（考慮進人孔、伸縮節(jié)等附件增重25%）：</p><p>　　2．鎮(zhèn)墩上下游端內(nèi)水壓力 ：</p><p>　　上游端： </p><p>　　下游端： </p><p>　　3．伸縮節(jié)管端水壓力： </p><p><b>　　上游伸縮節(jié)： </b

34、></p><p><b>　　下游伸縮節(jié)： </b></p><p>　　4．溫度變化時伸縮節(jié)止水盤根對管壁摩擦力：（壓縮力取水壓力的1.25倍）</p><p><b>　　上游伸縮節(jié)： </b></p><p>　　下游伸縮節(jié)： </p><p>　

35、　5．溫度變化時，支墩對管壁摩擦力：</p><p>　　式中： ——單位管長鋼管自重，鋼管附件的附加重量按鋼管自重的25%考慮。</p><p>　　——單位管長管內(nèi)水重</p><p>　　支墩對管壁總摩擦力：</p><p>　　6．鎮(zhèn)墩中彎管水流離心力：</p><p>　　7．鎮(zhèn)墩前、后鋼管對鎮(zhèn)墩的法向力：

36、</p><p>　　鎮(zhèn)墩前半跨管的法向力: </p><p>　　鎮(zhèn)墩后管段長的法向力: </p><p>　　運行條件下各力匯總見表2-4：</p><p>　　表2-4 運行條件下作用在鎮(zhèn)墩上的各項力匯總表（單位：KN）</p><p>　?。ㄈz修條件下的基本荷載</p><p>　

37、　1．上游側(cè)鋼管自重的軸向分力（考慮進人孔、伸縮節(jié)等附件增重25%）： </p><p>　　下游側(cè)鋼管自重的軸向分力（考慮進人孔、伸縮節(jié)等附件增重25%）：</p><p>　　2．溫度變化時伸縮節(jié)止水盤根對管壁摩擦力：（壓縮力取水壓力的1.25倍）</p><p><b>　　上游伸縮節(jié)： </b></p><p

38、><b>　　下游伸縮節(jié)： </b></p><p>　　3．溫度變化時，支墩對管壁摩擦力：</p><p>　　式中： ——單位管長鋼管自重，鋼管附件的附加重量按鋼管自重的25%考慮。</p><p>　　支墩對管壁總摩擦力：</p><p>　　4．鎮(zhèn)墩前、后鋼管對鎮(zhèn)墩的法向力：</p>&l

39、t;p>　　鎮(zhèn)墩前半跨管的法向力: </p><p>　　鎮(zhèn)墩后管段長的法向力: </p><p>　　檢修條件下各力匯總見表2-5：</p><p>　　表2-5 檢修條件下作用在鎮(zhèn)墩上的各項力匯總表（單位：KN）</p><p>　?。ㄋ模┬：藯l件下（水壓試驗情況）作用在鎮(zhèn)墩上的基本荷載</p><p>

40、　　1．上游側(cè)鋼管自重的軸向分力：</p><p>　　下游側(cè)鋼管自重的軸向分力（考慮進人孔、伸縮節(jié)等附件增重）：</p><p>　　2．鎮(zhèn)墩上下游端內(nèi)水壓力 ：</p><p><b>　　上游端： </b></p><p><b>　　下游端： </b></p><p

41、>　　3．伸縮節(jié)管端水壓力：</p><p><b>　　上游伸縮節(jié)：</b></p><p><b>　　下游伸縮節(jié)：</b></p><p>　　4．鎮(zhèn)墩前、后鋼管對鎮(zhèn)墩的法向力：</p><p>　　鎮(zhèn)墩前半跨管的法向力: </p><p>　　鎮(zhèn)墩后管段長的法

42、向力: </p><p>　　校核條件下各力匯總見表2-6：</p><p>　　表2-6 校核條件下作用在鎮(zhèn)墩上的各項力匯總表（單位：KN）</p><p>　　（五）運行條件下荷載組合后的水平、垂直分力</p><p><b>　　1．溫升情況</b></p><p>　　(1）自上游方向指

43、向鎮(zhèn)墩的軸向力：</p><p><b>　　水平方向分力：</b></p><p><b>　　垂直方向分力：</b></p><p>　　(2）自下游方向指向鎮(zhèn)墩的軸向力：</p><p><b>　　水平方向分力：</b></p><p><

44、b>　　垂直方向分力：</b></p><p><b>　　(3）法向力：</b></p><p><b>　　的水平方向分力：</b></p><p><b>　　的垂直方向分力：</b></p><p><b>　　的水平方向分力：</b&

45、gt;</p><p><b>　　的垂直方向分力：</b></p><p><b>　　水平總推力：</b></p><p><b>　　垂直力：</b></p><p><b>　　2．溫降情況</b></p><p>　　(1

46、）自上游方向指向鎮(zhèn)墩的軸向力：</p><p><b>　　水平方向分力：</b></p><p><b>　　垂直方向分力：</b></p><p>　　(2）自下游方向指向鎮(zhèn)墩的軸向力：</p><p><b>　　水平方向分力：</b></p><p&

47、gt;<b>　　垂直方向分力：</b></p><p><b>　　(3）法向力：</b></p><p><b>　　的水平方向分力：</b></p><p><b>　　的垂直方向分力：</b></p><p><b>　　的水平方向分力：

48、</b></p><p><b>　　的垂直方向分力：</b></p><p><b>　　水平總推力：</b></p><p><b>　　垂直力：</b></p><p>　　（六）檢修條件下荷載組合后的水平、垂直分力</p><p>&

49、lt;b>　　1．溫升情況</b></p><p>　　(1）自上游方向指向鎮(zhèn)墩的軸向力：</p><p><b>　　水平方向分力：</b></p><p><b>　　垂直方向分力：</b></p><p>　　(2）自下游方向指向鎮(zhèn)墩的軸向力：</p><

50、p><b>　　水平方向分力：</b></p><p><b>　　垂直方向分力：</b></p><p><b>　　(3）法向力：</b></p><p><b>　　的水平方向分力：</b></p><p><b>　　的垂直方向分力

51、：</b></p><p><b>　　的水平方向分力：</b></p><p><b>　　的垂直方向分力：</b></p><p><b>　　水平總推力：</b></p><p><b>　　垂直力：</b></p><

52、;p><b>　　2．溫降情況</b></p><p>　　(1）自上游方向指向鎮(zhèn)墩的軸向力：</p><p><b>　　水平方向分力：</b></p><p><b>　　垂直方向分力：</b></p><p>　　(2）自下游方向指向鎮(zhèn)墩的軸向力：</p>

53、;<p><b>　　水平方向分力：</b></p><p><b>　　垂直方向分力：</b></p><p><b>　　(3）法向力：</b></p><p><b>　　的水平方向分力：</b></p><p><b>　　

54、的垂直方向分力：</b></p><p><b>　　的水平方向分力：</b></p><p><b>　　的垂直方向分力：</b></p><p><b>　　水平總推力:</b></p><p><b>　　垂直力:</b></p&g

55、t;<p>　?。ㄆ撸┬：藯l件下荷載組合后的水平、垂直分力</p><p>　　(1）自上游方向指向鎮(zhèn)墩的軸向力：</p><p><b>　　水平方向分力：</b></p><p><b>　　垂直方向分力：</b></p><p>　　(2）自下游方向指向鎮(zhèn)墩的軸向力：</p

56、><p><b>　　水平方向分力：</b></p><p><b>　　垂直方向分力：</b></p><p><b>　　(3）法向力：</b></p><p><b>　　的水平方向分力：</b></p><p><b>

57、;　　的垂直方向分力：</b></p><p><b>　　的水平方向分力：</b></p><p><b>　　的垂直方向分力：</b></p><p><b>　　水平總推力： </b></p><p><b>　　垂直力： </b>

58、</p><p>　　各工況計算成果見表2-7：</p><p>　　表2-7 計算成果表</p><p>　　所需混凝土體積： V=體積力/γ3=32 m³</p><p>　　所需鎮(zhèn)墩最小底面積：S=垂直力/ [σ]=5.23 ㎡</p><p>　?。ò耍╂?zhèn)墩尺寸的擬定</p><

59、p>　　3#鎮(zhèn)墩已知條件見表2-8：</p><p>　　表2-8 3#鎮(zhèn)墩尺寸擬定 的已知條件</p><p>　　3#鎮(zhèn)墩尺寸擬定見圖2-1：</p><p>　　圖2-1 鎮(zhèn)墩尺寸圖</p><p><b>　　1．抗傾覆穩(wěn)定校核</b></p><p><b>　　(1）求

60、鎮(zhèn)墩的重心</b></p><p>　　對A點取矩，鎮(zhèn)墩重心計算見表2-9：</p><p>　　表2-9 3#鎮(zhèn)墩重心計算表</p><p>　　重心點與A點的水平距離：</p><p>　　L=/=82.666/28.949=2.856 m</p><p><b>　　則鎮(zhèn)墩的重心坐標點<

61、;/b></p><p>　　x=2-2.856=-0.856</p><p>　　鎮(zhèn)墩重力就算結(jié)果見表2-10：</p><p>　　表2-10 3#鎮(zhèn)墩重力計算表</p><p>　　(2）抗傾覆穩(wěn)定校核</p><p>　　鎮(zhèn)墩抗傾覆穩(wěn)定要求鎮(zhèn)墩任一邊緣地基上均為壓應力，且最大值不超過地基的壓應力容許值[4

62、]，即：</p><p><b>　　且</b></p><p>　　計算結(jié)果見表2-11：</p><p>　　表2-11 鎮(zhèn)墩穩(wěn)定校核計算表</p><p><b>　　2．抗滑穩(wěn)定條件</b></p><p>　　鎮(zhèn)墩抗滑穩(wěn)定應滿足下式要求[4]：</p>

63、<p>　　式中 ——抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；</p><p>　　——鎮(zhèn)墩與地基間摩擦系數(shù)；根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果，??；</p><p>　　——抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)容許值，根據(jù)規(guī)范，??； </p><p>　　——鎮(zhèn)墩垂直方向上的分力；取最不利組合。</p><p>　　,滿足抗滑穩(wěn)定性要求。</p><p>　

64、　3．地基承載穩(wěn)定條件</p><p>　　地基承載穩(wěn)定應滿足下式要求[4]：</p><p>　　式中： ——地基承載穩(wěn)定安全系數(shù)；取=2</p><p>　　——鎮(zhèn)墩底面積；m2。</p><p>　　——鎮(zhèn)墩垂直方向上的分力；取最不利組合。</p><p>　　209.25 KPa≤[σ]=249 KPa，滿足地

65、基承載穩(wěn)定性要求。</p><p><b>　　六、支墩的穩(wěn)定分析</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┯嬎銞l件</b></p><p>　　取最不利情況計算，即在運行條件下，溫升情況。</p><p><b>　　（二）荷載計算</b></p><p

66、>　　1．支墩尺寸擬定如圖2-2所示：</p><p><b>　　圖2-2 支墩尺寸</b></p><p>　　支墩所受的力主要是水重、鋼管重量和鋼管與支墩間的摩擦力。</p><p>　　2．作用在支墩上的鋼管自重分力和水重分力：</p><p>　　(1)鋼管自重分力： </p><p&

67、gt;　　式中符號意義與鎮(zhèn)墩計算部分同。</p><p>　　(2)鋼管中水重分力Qw (每跨管內(nèi)水重)</p><p><b>　　單位管長管內(nèi)水重:</b></p><p>　　3．鋼管與支座間的摩擦力A7：</p><p><b>　　4．支墩的自重q：</b></p><

68、p>　　5．求水平與垂直分力</p><p>　　以支墩頂面中點為坐標原點，取水平軸x順水流為正，豎軸y向下為正，求出各力疊加后的水平分力和垂直分力：</p><p>　　（三）、抗滑、抗傾覆穩(wěn)定及地基承載能力校核</p><p>　　1.抗滑、抗傾覆穩(wěn)定校核[3 ]：</p><p>　　Kc=4＞[Kc]=1.3滿足抗滑穩(wěn)定性要求。

69、</p><p>　　且 </p><p>　　支墩抗滑抗傾覆穩(wěn)定計算見表2-12：</p><p>　　表2-12 支墩抗滑抗傾覆穩(wěn)定校核</p><p>　　故支墩抗滑抗傾覆能力滿足要求。</p><p>　　2．地基承載能力校核</p><p>　　在支墩垂直分力

70、的作用下，應保證地基應力不超過地基承載能力[4 ]，即：</p><p>　　滿足地基承載力要求。</p><p>　　式中： ——安全系數(shù)，根據(jù)規(guī)范，。</p><p>　　S1——支墩底面積，m2。</p><p><b>　　七、管身應力分析</b></p><p>　　管身應力分析目的：為

71、了檢驗鋼管各個部位強度是否滿足強度要求，以及抗外壓穩(wěn)定性是否滿足要求。</p><p>　　計算部位：跨中斷面，支承環(huán)旁膜應力區(qū)邊緣斷面和支承環(huán)及其旁管壁斷面3個基本斷面。</p><p>　?。ㄒ唬┛雇鈮悍€(wěn)定核算</p><p>　　明鋼管外壓穩(wěn)定臨界壓力為[3]：</p><p>　　0.452 MPa＞0.2 MPa，滿足強度要求。&l

72、t;/p><p>　　式中： ——鋼材的彈性模量，</p><p><b>　　——泊松比，</b></p><p><b>　?。ǘ╀摴苁芰τ嬎?lt;/b></p><p><b>　　1．徑向力計算</b></p><p><b>　　2．法向力

73、計算</b></p><p>　　(1）每米鋼管自重：</p><p>　　(2）每米管長的水重：</p><p>　　(3）每跨管重及水重的法向分力Qcosα：</p><p><b>　?。ㄈ┹S向力計算</b></p><p>　　1．鋼管自重的軸向分力：</p>

74、<p>　　2．伸縮節(jié)處端部內(nèi)水壓力：</p><p>　　3．溫度變化時，伸縮節(jié)止水填料與管壁的摩擦力：</p><p>　　4．溫度變化時，支墩對鋼管的摩擦力：</p><p>　　忽略水流對管壁的摩擦力，以上軸向力對計算跨均為壓力，故總軸向力為：</p><p><b>　　（四）管壁應力計算</b>&l

75、t;/p><p>　　1．跨中斷面（1） </p><p><b>　　(1）徑向應力：</b></p><p><b>　　(2）環(huán)向應力：</b></p><p>　　跨中斷面環(huán)向應力計算結(jié)果見表2-13:</p><p>　　表2-13 跨中斷面徑向應力計算表</

76、p><p><b>　　(3）軸向應力：</b></p><p>　　由軸向力引起的軸向應力[3] ，其計算結(jié)果見表2-14：</p><p>　　表2-14 跨中斷面軸向應力計算表</p><p>　　由法向力引起的軸向應力[3 ]，其計算結(jié)果見表2-15：</p><p>　　表2-15 跨中斷面

77、軸向應力計算表</p><p>　　(4）剪應力：因為跨中不產(chǎn)生剪應力，故。</p><p>　　(5）強度校驗[9 ]，其計算結(jié)果見表2-16：</p><p>　　表2-16 跨中斷面強度計算表</p><p>　　表中 [σ]=0.9×0.55×235=116.325 MPa</p><p>

78、　　σmax=89.518 MPa﹤ [σ]= 116.325 MPa滿足強度要求。</p><p>　　2．支承環(huán)旁膜應力區(qū)邊緣斷面（2） </p><p>　　(1）徑向應力：忽略跨中斷面處與支承環(huán)處計算水頭的差值，則</p><p><b>　　管壁內(nèi)表面：</b></p><p><b>　　管壁外

79、表面：</b></p><p>　　(2）環(huán)向應力，其計算結(jié)果見表2-17：</p><p>　　表2-17 支承環(huán)旁膜應力區(qū)邊緣斷面計算表</p><p><b>　　(3）軸向應力：</b></p><p>　　由管重及管中水重的法向分力引起的軸向應力[3 ]，其計算結(jié)果見表2-18：</p>

80、<p>　　表2-18 支承環(huán)旁膜應力區(qū)邊緣斷面計算表</p><p>　　由法向力引起的軸向應力（在距伸縮節(jié)三跨以上，可按兩端固結(jié)計算）[3 ]，其計算結(jié)果見表2-19：</p><p>　　表2-19 支承環(huán)旁膜應力區(qū)邊緣斷面計算表</p><p>　　(4）剪應力[3 ]，其計算結(jié)果見表2-20：</p><p>　　表2

81、-120 支承環(huán)旁膜應力區(qū)邊緣斷面計算表</p><p>　　(5）強度校驗[3 ]，其計算結(jié)果見表2-21：</p><p>　　表2-21 支承環(huán)旁膜應力區(qū)邊緣斷面強度校驗計算表</p><p>　　表中 [σ]=0.9×0.55×235=116.325 MPa</p><p>　　σmax=71.543MPa﹤ [σ

82、]= 116.325 MPa滿足強度要求。</p><p>　　3．支承環(huán)及其旁管壁斷面（3） </p><p>　　(1）初擬支承環(huán)斷面尺寸： </p><p>　　支承環(huán)寬度：a=0.03 m，支承環(huán)高度：h=0.15 m，管壁計算厚度：t=0.01 m。</p><p>　　圖2-3 支承環(huán)剖面圖</p><p&g

83、t;　　等效翼緣寬度[3 ]：</p><p><b>　　支承環(huán)凈面積：</b></p><p><b>　　=a(h+t)</b></p><p>　　=0.03×(0.15+0.010)</p><p>　　=0.0048 m2</p><p><b&g

84、t;　　支承環(huán)有效面積F:</b></p><p>　　=0.03×0.15+(0.03+2×0.055) ×0.010</p><p><b>　　=0.0059m2</b></p><p>　　支承環(huán)有效斷面重心軸至管中心距離R：</p><p>　　支承環(huán)有效斷面重心軸至支

85、承環(huán)截面中心距離c：</p><p>　　c=h/2+t+r-R</p><p>　　=0.15/2+0.01+0.5-0.566</p><p><b>　　=0.019 m</b></p><p>　　取支撐反力作用點至支撐環(huán)重心軸距離b：</p><p>　　b=0.04R=0.04

86、5;0.566=0.02264 m</p><p>　　支承環(huán)有效斷面對重心軸的慣性矩JR：</p><p><b>　　相對剛度系數(shù)：</b></p><p>　?。?）徑向應力：（以拉應力為“+”，壓應力為“-”）</p><p>　　忽略跨中斷面處與支撐環(huán)處計算水頭的差值，得：</p><p&g

87、t;　　管壁內(nèi)表面：=-9.8×166.621</p><p>　　=-1.633 MPa</p><p><b>　　管壁外表面：</b></p><p><b>　?。?）環(huán)向應力：</b></p><p>　　由內(nèi)水壓力引起的環(huán)向應力：</p><p>　　由

88、支承環(huán)橫截面上軸力引起的環(huán)向應力：</p><p>　　由 </p><p>　　列表進行計算，其計算結(jié)果見表2-22，其中、的計算可參考SL281-2003《水電站壓力鋼管設計規(guī)范》相關資料。</p><p>　　表2-22 支承環(huán)及其旁管壁斷面計算表</p><p>　　由支承環(huán)橫截面上彎矩引起的環(huán)向應力[

89、3 ]：</p><p>　　計算斷面位置與同，計算點分別選管內(nèi)壁、管外壁及環(huán)外壁三處。</p><p>　　由 </p><p>　　列表計算，其計算結(jié)果見表2-23，其中、的計算參考SL281-2003《水電站壓力鋼管設計規(guī)范》相關資料。</p><p>　　表2-23 支承環(huán)及其旁管壁斷面計算表</p&

90、gt;<p><b>　?。?）軸向應力： </b></p><p>　　由各軸向力其合力∑A引起的軸向應力σx1 ：</p><p>　　由管重及管中水重的法向分力引起的軸向應力σx2 (在距伸縮節(jié)三跨以上，可按兩端固結(jié)進行計算，從伸縮節(jié)算起共14跨) [3 ]</p><p>　　列表進行計算，其計算結(jié)果見表2-24。<

91、/p><p>　　表2-24 支承環(huán)及其旁管壁斷面計算表</p><p>　　彎矩引起的軸向應力，其計算結(jié)果見表2-25。</p><p>　　表2-25 支承環(huán)及其旁管壁斷面計算表</p><p><b>　?。?）剪應力：</b></p><p>　　支撐環(huán)產(chǎn)生的剪應力：</p>&

92、lt;p><b>　　，</b></p><p>　　剪應力計算結(jié)果見表2-26，其中K5、K6查規(guī)范表A.2.2-4</p><p>　　表2-26 支承環(huán)及其旁管壁斷面計算表</p><p>　　法向作用力產(chǎn)生的剪應力，其計算結(jié)果見表2-27。</p><p>　　表2-27 支承環(huán)及其旁管壁斷面計算表<

93、/p><p><b>　?。?）強度校驗：</b></p><p>　　對局部應力區(qū)，強度校驗分只計軸力和軸力加彎矩兩種情況進行。</p><p>　　只計軸力情況[9]：</p><p><b>　　各計算點：，</b></p><p><b>　　環(huán)外壁： <

94、/b></p><p>　　對相對應力列表計算，其計算結(jié)果見表2-28。</p><p>　　采用第四強度理論，即相當應力σ：</p><p><b>　　復核公式：</b></p><p>　　表2-28 只計軸力強度校驗計算表</p><p>　　相應計算工況的允許應力：</p&g

95、t;<p>　　﹥34.485MPa，，滿足強度要求。</p><p>　　考慮軸力加彎矩情況[9]：</p><p>　　采用第四強度理論，即相當應力σ，其計算結(jié)果見表2-29：</p><p><b>　　復核公式</b></p><p>　　表2-29 考慮軸力加彎矩情況計算表</p>

96、<p>　　相應計算工況的允許應力：</p><p><b>　　滿足強度要求。</b></p><p><b>　　八、管道附件</b></p><p>　　壓力鋼管人孔設置在管段的下游鎮(zhèn)墩的上方2m處，以便固定鋼絲線、吊籃和卷揚機等。人孔在橫斷面上的位置以便于進入為原則。進人孔間距約為100m，直徑為450m

97、。管道最低點設排水閥，以便在檢修管道時排除其中積水和閘門漏水。</p><p><b>　　九、管道工程量</b></p><p><b>　　一、鋼材工程量</b></p><p>　　鋼材工程量計算見表2-30：</p><p>　　表2-30 鋼材用量計算表</p><p&

98、gt;　　二、土石方工程量計算</p><p>　　開挖量用平均斷面法計算，每隔50m及在拐點處設一個計算斷面，邊坡開挖坡比</p><p>　　為:1：0.75，詳見表2-31。</p><p>　　表2-31 開挖量計算表</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1

99、] 吳持恭.水力學［M］.北京：高等教育出版社，1982.11.</p><p>　　[2] 陳勝宏.水工建筑物［M］.北京：中國水利水電出版社，2004.2.</p><p>　　[3] 馬善定, 汪如澤.水電站建筑物［M］.北京：中國水利水電出版社，1996.10.</p><p>　　[4] 盧廷浩 .土力學［M］.南京：河海大學出版社，2002.1.<

100、/p><p>　　[5] 葉守澤,詹道江 .工程水文學［M］.北京：中國水利水電出版社，2000.10. </p><p>　　[6] 華東水利學院.水工設計手冊［M］.北京：水利電力出版社，1984.8.</p><p>　　[7] 袁光裕 .水利工程施工［M］.北京：中國水利水電出版社，1996.6.</p><p>　　[8] 天津大學水利