壓力鋼管畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、隔界河水電站壓力鋼管初步設(shè)計(jì) 目 錄第一章 工程概況1一、流域概況1二、水文及氣象1（一）氣象概況1（二）水文特性1三、壓力前池基本地質(zhì)條件及評價(jià)4（一）基本地質(zhì)條件4（二）前池工程地質(zhì)評價(jià)4四、地震4五、工程總體布置4第二章 壓力鋼管設(shè)計(jì)5一、工程的級別確定5二、壓力管道的經(jīng)濟(jì)直徑5三、壓力鋼管的布置5四、管壁厚度的確定6五、鎮(zhèn)墩的穩(wěn)定分析7（一）計(jì)算條件8（二）運(yùn)行條件下作用在鎮(zhèn)墩上的基本荷載9（三）檢修條件下的基本荷載11（四）校核條件下（水壓試驗(yàn)情況）作用在鎮(zhèn)墩上的基本荷載12（五）運(yùn)行條件下荷載組合后的水平、垂直分力14（六）檢修條件下荷載組合后的水平、垂直分力16（七）校核條件下荷

2、載組合后的水平、垂直分力17（八）鎮(zhèn)墩尺寸的擬定19六、支墩的穩(wěn)定分析22（一）計(jì)算條件22（二）荷載計(jì)算22（三）、抗滑、抗傾覆穩(wěn)定及地基承載能力校核23七、管身應(yīng)力分析25（一）抗外壓穩(wěn)定核算25（二）鋼管受力計(jì)算25（三）軸向力計(jì)算26（四）管壁應(yīng)力計(jì)算26八、管道附件38九、管道工程量38一、鋼材工程量38二、土石方工程量計(jì)算38參考文獻(xiàn)39致謝40第一章 工程概況一、流域概況隔界河為怒江右岸支流，流域位于東經(jīng)98°4298°5150、北緯26°191426°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，

3、多年平均流量2.51m3/s。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(shè)施。電站所在下游無重大防洪對象，故不承擔(dān)下游的防洪任務(wù)。二、水文及氣象（一）氣象概況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1018 mm，最大風(fēng)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

4、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。（二）水文特性1.徑流對推求出的隔界河1、2號壩址1960年6月至1999年5月徑流采用PIII型頻率曲線適線，頻率分析的統(tǒng)計(jì)參數(shù)為：均值1號壩為2.60m3s；2號壩為0.23 m3s，Cv=0.23，Cs=2Cv5，隔界河電站壩址多年平均流量成果見表1-1。 表1-1 隔界河水電站壩址徑流成果及比較表（單位：m3/s）壩址隔界河亞目河迪麻洛河干流1號壩2號

5、壩面積（km2）74.257.5181161.7資料長度1960.6-1999.51960.6-1999.51960.6-1985.51960.6-1985.5項(xiàng)目流量%流量%流量%流量%1月1.264.030.1144.254.463.754.682月1.374.390.124.364.684.913.364.193月2.658.490.238.367.437.794.295.354月3.2910.530.2910.5510.511.09.4911.835月1.665.320.155.455.355.613.454.306月1.946.210.176.186.236.536.037.517月

6、3.109.930.279.829.439.898.5410.648月4.8915.660.4315.6415.015.7311.5614.399月4.2913.740.3813.8212.312.913.6917.0510月3.3710.790.3010.919.5810.047.439.2611月1.926.150.176.185.906.194.705.8512月1.494.770.134.734.734.963.984.96年2.601000.231007.951006.69100水量（億m3）0.8200.0732.512.11徑流深（mm）1104.3967.11385.11305

7、.1平均高程（m）3210.52815.73030.63277.92平均降水量（mm）2223.41937.12768.82611.0表1-2 隔界河水電站壩址日平均流量保證率成果表保證率（%）流量（m3/s）保證率（%）流量（m3/s）1號壩2號壩1號壩2號壩56.940.61751.430.13105.250.46801.340.12203.460.30901.130.10252.890.25950.870.08501.830.16970.820.072.洪水表1-3 隔界河水電站壩址設(shè)計(jì)洪水成果比較表頻率（）推理公式法暴雨徑流查算法水文比擬法1號壩2號壩1號壩2號壩1號壩2號壩0.541

8、6.079.6403.377.2361.051.01373.071.4361.869.2305.443.22330.063.1318.861251.435.53.33296.556.7286.954.9178.325.25271.051.9266.250.9153.521.710224.843.0215.241.2112.715.9綜合分析比較各方面，本次設(shè)計(jì)按SL4493規(guī)范采用推理公式計(jì)算方法所得洪水成果較為合理，作為本次設(shè)計(jì)的推薦成果。3.泥沙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。4.裝機(jī)規(guī)模根

9、據(jù)以上基本資料和調(diào)節(jié)原則對三組裝機(jī)方案進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表1-4。表1-4 隔界河電站徑流調(diào)節(jié)計(jì)算表 裝機(jī)方案Kw98001260015000電站引用流量m3/s3.03.54.0保證出力Kw376237623762年發(fā)電量萬kw·h576162726558倍比系數(shù)2.603.353.99年利用小時(shí)H587849774372水量利用率%828689年發(fā)電量差值萬kw·h511286增量年利用小時(shí)H18251192從水能指標(biāo)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(jī)規(guī)模為12600kw，機(jī)組臺數(shù)為2臺，單機(jī)容量為6300kw。三、壓力前池基本地質(zhì)條件及評價(jià)（

10、一）基本地質(zhì)條件前池布置在引水隧洞末端，山坡地面高程19702000m，地形相對較陡，總體地形坡度2030°，無大的不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，整個(gè)岸坡為一單斜逆向坡。（二）前池工程地質(zhì)評價(jià)前池山坡高程19702000m，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(gè)岸坡為一單斜逆向坡?；鶐r為3t灰色白云質(zhì)灰?guī)r,強(qiáng)風(fēng)化帶埋深約15m，巖層傾向山內(nèi)，傾角40°60°。四、地震根據(jù)2001年版“中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖”（GB183062001）確定工程區(qū)“動峰值加速度”為0.15g，相應(yīng)地震烈度為度，地震設(shè)防烈度為度。地震動反應(yīng)譜特征周期

11、值為0.40s。五、工程總體布置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。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(jìn)口布置在主壩前河道右岸，側(cè)向進(jìn)水。進(jìn)水口前設(shè)置沉砂池，進(jìn)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。 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，前池后接壓力鋼管。壓力管道位于隔界河右岸山脊上，

12、為山麓斜坡地形，地形坡度22°52°。壓力管道為單管雙機(jī)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。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(jī)組，水輪機(jī)型號為CJA475-w-140/2×12，機(jī)組間距為11.5m，進(jìn)水管中心高程為1530.00m。第二章 壓力鋼管設(shè)計(jì)一、工程的級別確定水電站的裝機(jī)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。二、壓力管道的經(jīng)濟(jì)直徑本工程規(guī)模小，可按經(jīng)濟(jì)流速法計(jì)算管徑9，即= （m） 壓力管道管徑模數(shù)為50mm，安全起見壓力管道直徑

13、D取1m 。 式中 設(shè)計(jì)引用流量，經(jīng)濟(jì)流速，明鋼管和地下埋管為46(m/s)，對高水頭電站可取大值，因此取6(m/s)計(jì)算。支管管徑與水輪機(jī)進(jìn)口對應(yīng)，即支管管徑為0.65m。則實(shí)際流速：（m/s）三、壓力鋼管的布置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2252°，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(fù)壓，在地形凸起部分應(yīng)進(jìn)行開挖。明鋼管沿線應(yīng)布置排水溝和設(shè)置交通通道

14、，在鋼管的最低處應(yīng)設(shè)置排水管，在適當(dāng)位置處應(yīng)設(shè)置進(jìn)人孔。明鋼管的轉(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。 由于發(fā)電引水單機(jī)流量不大，管道較長，因此壓力管道采用單管雙機(jī)供水方式，正向引進(jìn)，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。四、管壁厚度的確定壓力鋼管的材料和壁厚選擇是水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一,鋼管壁厚和材料變化使得鋼管造價(jià)同時(shí)發(fā)生變化，因此需要在鋼管的適當(dāng)位置改變壁厚和材料，以降低工程造價(jià)。根據(jù)SL-2003.壓力鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范，鋼管

15、所用鋼材的性能及技術(shù)要求必須符合國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，因此選用Q235C、及Q345C鋼材。管道末端允許的最大水錘相對升壓為6H<40m, =0.70.5H=40100m, =0.50.3H>100m, <0.3式中：H為靜水頭，在的變化范圍中，低水頭時(shí)取大值，本工程靜水頭為445m100m，故取0.25。沿線水擊水頭由公式計(jì)算確定。管壁厚度的計(jì)算采用鍋爐公式1 ：式中 壓力水頭（m）； 鋼管內(nèi)半徑（m），； 材料容許應(yīng)力（m），明鋼管膜應(yīng)力區(qū)容許應(yīng)力降低20%，即；管壁計(jì)算厚度（m）。焊縫系數(shù)，本工程管徑小，擬采用單面對接焊的方式，故考慮磨蝕和鋼板厚度誤差等因素，管壁結(jié)構(gòu)

16、厚度應(yīng)至少比計(jì)算值增加2mm。本工程按增加2mm計(jì)。結(jié)果如下表2-1：表2-1 壓力鋼管管壁厚度計(jì)算表標(biāo)號樁號工作水頭H（m）鋼材型號屈服強(qiáng)度s（MPa）容許應(yīng)力（MPa）計(jì)算厚度t0（mm）結(jié)構(gòu)厚度t（mm）1G1+00.00071.892Q234C235103.44(3.78)62G1+46.505104.000Q234C235103.46(5.48)83G2+12.881149.826Q234C235103.48(7.89)104G2+50.000178.027Q234C235103.410(9.37)125G2+92.337218.000Q234C235103.412(11.48)14

17、6G3+30.976255.529Q234C235103.414(13.45)167G3+69.179299.826Q234C235103.416(15.78)188G4+54.479441.234Q345C32514316(15.66)189G4+80.744454.683Q345C32514318(17.31)2010G5+93.153518.192Q345C32514320(19.73)2211G7+00.000556.25Q345C32514322(21.17)24由表2-1中計(jì)算數(shù)據(jù)確定鋼管的鋼材和壁厚如表2-2：表2-2 鋼管的鋼材和壁厚選用表 標(biāo)號樁號鋼材型號結(jié)構(gòu)厚度t（mm）1

18、G0+00.000 G1+00.000Q234C62G1+00.000 G1+46.505Q234C83G1+46.505 G2+12.881Q234C104G2+12.881 G2+50.000Q234C125G2+50.000 G2+92.337Q234C146G2+92.337 G3+30.976Q234C167G3+30.976 G3+69.179Q234C188G3+69.179 G4+54.479Q345C189G4+54.479 G4+80.744Q345C2010G4+80.744 G5+93.153Q345C2211G5+93.153 G7+00.000Q345C24五、鎮(zhèn)墩

19、的穩(wěn)定分析按SL-2003.壓力鋼管設(shè)計(jì)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(shè)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(shè)置一個(gè)鎮(zhèn)墩，轉(zhuǎn)彎處設(shè)置鎮(zhèn)墩，共設(shè)置了9個(gè)封閉式鎮(zhèn)墩，支墩每隔6m設(shè)一個(gè)，共設(shè)了115個(gè)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(shè)計(jì)根據(jù)管道的滿水、放空、壓水試驗(yàn)、溫升和溫降等情況分析各力的最不利組合，計(jì)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(jìn)行校核。這里以3#鎮(zhèn)墩為例，其他鎮(zhèn)墩計(jì)算方法

20、相同。（一）計(jì)算條件根據(jù)鋼管的布置情況，3#鎮(zhèn)墩的穩(wěn)定計(jì)算已知條件如表2-3：表2-3 3#鎮(zhèn)墩的穩(wěn)定計(jì)算已知條件1、鋼 管內(nèi)徑（D0）：1平均直徑Dm（m）：1.0122、計(jì)算管壁厚（t0）：0.01實(shí)際厚度t（m）：0.0123、計(jì)算水頭：上游伸縮節(jié)中心水頭H1（m）：111.493鎮(zhèn)墩上游端管軸水頭H2（m）：167.495鎮(zhèn)墩下游端管軸水頭H3（m）：169.95下游伸縮節(jié)中心水頭H4（m）：172.1474、管內(nèi)計(jì)算流速（V）：4.459m³/s5、伸縮節(jié)止水盒寬（b2）：0.3平均摩擦系數(shù)（2）：0.36、支墩摩擦系數(shù)（f）：0.17、鎮(zhèn)墩上游端至伸縮節(jié)軸長（L1）：91

21、.86m鎮(zhèn)墩下游端至伸縮節(jié)軸長（L2）：2.5m8、支墩間距（l）：6m9、地基與鎮(zhèn)墩摩擦系數(shù)（f1）：0.510、地基容許承載力（【】）：294kPa11、鎮(zhèn)墩上游段管軸敷設(shè)角 （）：29°12、鎮(zhèn)墩下游段管軸敷設(shè)角 （）：38°13、鋼 管外徑（D1）：1.024m14、抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)（K）：1.315、混凝土容重：=2.2t/m316、鎮(zhèn)墩與上游側(cè)第一個(gè)支墩間距（L3）：6.93m17、鎮(zhèn)墩上游側(cè)支墩間距數(shù)量（n）： 14個(gè)18、上游側(cè)伸縮節(jié)與第一個(gè)支墩間距（L4）： 0.93m19鋼材容重（s）：78.5KN/m320水容重（w）：9.8KN/m321鋼管附件增重

22、系數(shù)k125%（二）運(yùn)行條件下作用在鎮(zhèn)墩上的基本荷載1上游側(cè)鋼管自重的軸向分力（考慮進(jìn)人孔、伸縮節(jié)等附件增重25%）： 下游側(cè)鋼管自重的軸向分力（考慮進(jìn)人孔、伸縮節(jié)等附件增重25%）：2鎮(zhèn)墩上下游端內(nèi)水壓力 ：上游端： 下游端： 3伸縮節(jié)管端水壓力： 上游伸縮節(jié)： 下游伸縮節(jié)： 4溫度變化時(shí)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）上游伸縮節(jié)： 下游伸縮節(jié)： 5溫度變化時(shí)，支墩對管壁摩擦力：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。單位管長管內(nèi)水重支墩對管壁總摩擦力：6鎮(zhèn)墩中彎管水流離心力：7鎮(zhèn)墩前、后鋼管對鎮(zhèn)墩的法向力：鎮(zhèn)墩前半跨管的法向力: 鎮(zhèn)墩后

23、管段長的法向力: 運(yùn)行條件下各力匯總見表2-4：表2-4 運(yùn)行條件下作用在鎮(zhèn)墩上的各項(xiàng)力匯總表（單位：KN） A1A11A3A31A5A51A6A61A7A8Q1Q2166.725.761289.191308.0941.6964.36395.44610.5688.4515.6034.6722.54（三）檢修條件下的基本荷載1上游側(cè)鋼管自重的軸向分力（考慮進(jìn)人孔、伸縮節(jié)等附件增重25%）： 下游側(cè)鋼管自重的軸向分力（考慮進(jìn)人孔、伸縮節(jié)等附件增重25%）：2溫度變化時(shí)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）上游伸縮節(jié)： 下游伸縮節(jié)： 3溫度變化時(shí)，支墩對管壁摩擦力：式中： 單位管

24、長鋼管自重，鋼管附件的附加重量按鋼管自重的25%考慮。支墩對管壁總摩擦力：4鎮(zhèn)墩前、后鋼管對鎮(zhèn)墩的法向力：鎮(zhèn)墩前半跨管的法向力: 鎮(zhèn)墩后管段長的法向力: 檢修條件下各力匯總見表2-5：表2-5 檢修條件下作用在鎮(zhèn)墩上的各項(xiàng)力匯總表（單位：KN） A1A11A6A61A7Q1Q2166.725.76395.44610.5628.9511.648.74（四）校核條件下（水壓試驗(yàn)情況）作用在鎮(zhèn)墩上的基本荷載1上游側(cè)鋼管自重的軸向分力：下游側(cè)鋼管自重的軸向分力（考慮進(jìn)人孔、伸縮節(jié)等附件增重）： 2鎮(zhèn)墩上下游端內(nèi)水壓力 ：上游端： 下游端： 3伸縮節(jié)管端水壓力：上游伸縮節(jié)：下游伸縮節(jié)：4鎮(zhèn)墩前、后鋼管對

25、鎮(zhèn)墩的法向力：鎮(zhèn)墩前半跨管的法向力: 鎮(zhèn)墩后管段長的法向力: 校核條件下各力匯總見表2-6：表2-6 校核條件下作用在鎮(zhèn)墩上的各項(xiàng)力匯總表（單位：KN） A1A11A3A31A5A51A7Q1Q2166.725.761611.491635.1152.1180.45110.5634.6722.54（五）運(yùn)行條件下荷載組合后的水平、垂直分力1溫升情況(1）自上游方向指向鎮(zhèn)墩的軸向力： 水平方向分力：垂直方向分力：(2）自下游方向指向鎮(zhèn)墩的軸向力：水平方向分力：垂直方向分力：(3）法向力：的水平方向分力：的垂直方向分力：的水平方向分力：的垂直方向分力：水平總推力：垂直力：2溫降情況(1）自上游方向指

26、向鎮(zhèn)墩的軸向力： 水平方向分力：垂直方向分力：(2）自下游方向指向鎮(zhèn)墩的軸向力：水平方向分力：垂直方向分力：(3）法向力：的水平方向分力：的垂直方向分力：的水平方向分力：的垂直方向分力：水平總推力：垂直力：（六）檢修條件下荷載組合后的水平、垂直分力1溫升情況(1）自上游方向指向鎮(zhèn)墩的軸向力：水平方向分力：垂直方向分力：(2）自下游方向指向鎮(zhèn)墩的軸向力：水平方向分力：垂直方向分力：(3）法向力：的水平方向分力：的垂直方向分力：的水平方向分力：的垂直方向分力：水平總推力：垂直力：2溫降情況(1）自上游方向指向鎮(zhèn)墩的軸向力：水平方向分力：垂直方向分力：(2）自下游方向指向鎮(zhèn)墩的軸向力：水平方向分力：

27、垂直方向分力：(3）法向力：的水平方向分力：的垂直方向分力：的水平方向分力：的垂直方向分力：水平總推力:垂直力:（七）校核條件下荷載組合后的水平、垂直分力(1）自上游方向指向鎮(zhèn)墩的軸向力：水平方向分力：垂直方向分力：(2）自下游方向指向鎮(zhèn)墩的軸向力：水平方向分力：垂直方向分力：(3）法向力：的水平方向分力：的垂直方向分力：的水平方向分力：的垂直方向分力：水平總推力： 垂直力： 各工況計(jì)算成果見表2-7：表2-7 計(jì)算成果表工況水平推力（KN）所需體積力垂直壓力（KN）條件運(yùn)行工況145.62589.236-210.63溫升261.44607.76771.98溫降檢修工況31.10152.230

28、-71.38溫升-711.240.000-482.86溫降水壓試驗(yàn)情況222.80696.512-117.22所需混凝土體積： V=體積力/3=32 m³所需鎮(zhèn)墩最小底面積：S=垂直力/ =5.23 （八）鎮(zhèn)墩尺寸的擬定3#鎮(zhèn)墩已知條件見表2-8：表2-8 3#鎮(zhèn)墩尺寸擬定 的已知條件鎮(zhèn)墩轉(zhuǎn)彎角度：=-=-9鎮(zhèn)墩轉(zhuǎn)彎半徑（m）：R=3.000鎮(zhèn)墩寬度計(jì)算值1（m）：B1=D1+2×0.4×D1=1.8432鎮(zhèn)墩寬度計(jì)算值2（m）：B1=D1+0.8=1.824鎮(zhèn)墩寬度最小取值（m）：B1=1.8432鎮(zhèn)墩寬度實(shí)取值（m）：B1=4.000鎮(zhèn)墩長度計(jì)算值1（m）：L

29、1=S/1.8432=1.31鎮(zhèn)墩長度取值（m）：L1=6.000F點(diǎn)管頂混凝土高（m）：h1=1.100鋼管頂部混凝土最小高度（m）：h1=1.0003#鎮(zhèn)墩尺寸擬定見圖2-1：圖2-1 鎮(zhèn)墩尺寸圖1抗傾覆穩(wěn)定校核(1）求鎮(zhèn)墩的重心對A點(diǎn)取矩，鎮(zhèn)墩重心計(jì)算見表2-9：表2-9 3#鎮(zhèn)墩重心計(jì)算表S1=2×2=4M1=4×2÷2=4S2=(-2.679+4) ×2.946=3.809M2=3.809×(2+2.679+(4-2.679)/2)=20.773S3=(0.946+2) ×(-2.679+4)/2=1.573M3=1.573

30、×(2+2.679+(2.679-4)/3)=8.054S4=(2+2.679) ×(1+2)=14.038M4=14.038×(2+2.697)/2=32.845S5(2+2.697) ×(3.328-1)/2=5.447M5=5.447×2×(2+2.697)/3=16.994=28.949=82.666重心點(diǎn)與A點(diǎn)的水平距離：L=/=82.666/28.949=2.856 m則鎮(zhèn)墩的重心坐標(biāo)點(diǎn)x=2-2.856=-0.856鎮(zhèn)墩重力就算結(jié)果見表2-10：表2-10 3#鎮(zhèn)墩重力計(jì)算表鎮(zhèn)墩底面積：S7=4×6=24鎮(zhèn)墩底

31、中心坐標(biāo)：x=-1鎮(zhèn)墩體積：V=115.80鋼管內(nèi)水所占體積：V1=5.10鎮(zhèn)墩混凝土體積：V1=110.70（符合要求）鎮(zhèn)墩重力（含鋼管水）：G=2439.07鎮(zhèn)墩重力（不含鋼管水）：G=2389.02(2）抗傾覆穩(wěn)定校核鎮(zhèn)墩抗傾覆穩(wěn)定要求鎮(zhèn)墩任一邊緣地基上均為壓應(yīng)力，且最大值不超過地基的壓應(yīng)力容許值4，即：且 計(jì)算結(jié)果見表2-11：表2-11 鎮(zhèn)墩穩(wěn)定校核計(jì)算表鎮(zhèn)墩地基應(yīng)力水壓試驗(yàn)情況運(yùn)行工況檢修工況溫升溫降溫升溫降水平推力力矩（順時(shí)針為正）445.61291.23522.8862.19-1422.48垂直力力矩（順時(shí)針為正）-117.22-210.6371.98-71.38-482.86

32、力矩總和723.51475.72989.98385.94-1510.23垂直力總和2321.852228.442511.052317.651906.16對基礎(chǔ)中心偏心距（m）0.310.210.390.17-0.79鎮(zhèn)墩上游緣應(yīng)力（Kpa）66.6073.0363.3880.49142.35鎮(zhèn)墩下游緣應(yīng)力（Kpa）126.89112.67145.88112.6516.50此外鎮(zhèn)墩混凝土重力作用形成力矩：345.08鋼管水重作用形成力矩：50.04可以得知：鎮(zhèn)墩上下游緣應(yīng)力最小值（Kpa）16.500符合要求可以得知：鎮(zhèn)墩上下游緣應(yīng)力最大值（Kpa）145.88=294符合要求鎮(zhèn)墩抗滑安全系數(shù)：

33、K=5.217.654.8037.261.342抗滑穩(wěn)定條件鎮(zhèn)墩抗滑穩(wěn)定應(yīng)滿足下式要求4： 式中 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)； 鎮(zhèn)墩與地基間摩擦系數(shù)；根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果，??； 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)容許值，根據(jù)規(guī)范，取； 鎮(zhèn)墩垂直方向上的分力；取最不利組合。,滿足抗滑穩(wěn)定性要求。3地基承載穩(wěn)定條件地基承載穩(wěn)定應(yīng)滿足下式要求4：式中： 地基承載穩(wěn)定安全系數(shù)；取=2 鎮(zhèn)墩底面積；m2。鎮(zhèn)墩垂直方向上的分力；取最不利組合。209.25 KPa=249 KPa，滿足地基承載穩(wěn)定性要求。六、支墩的穩(wěn)定分析（一）計(jì)算條件取最不利情況計(jì)算，即在運(yùn)行條件下，溫升情況。（二）荷載計(jì)算1支墩尺寸擬定如圖2-2所示：圖2-2 支墩尺

34、寸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。2作用在支墩上的鋼管自重分力和水重分力：(1)鋼管自重分力： 式中符號意義與鎮(zhèn)墩計(jì)算部分同。(2)鋼管中水重分力Qw (每跨管內(nèi)水重)單位管長管內(nèi)水重:3鋼管與支座間的摩擦力A7：4支墩的自重q： 5求水平與垂直分力以支墩頂面中點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，取水平軸x順?biāo)鳛檎?，豎軸y向下為正，求出各力疊加后的水平分力和垂直分力：（三）、抗滑、抗傾覆穩(wěn)定及地基承載能力校核1.抗滑、抗傾覆穩(wěn)定校核3 ：Kc=4Kc=1.3滿足抗滑穩(wěn)定性要求。且 支墩抗滑抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算見表2-12：表2-12 支墩抗滑抗傾覆穩(wěn)定校核水平力力矩（順時(shí)針為正）7.09

35、5;1.8=12.8垂直力力矩（順時(shí)針為正）27.34×0.5176=-14.2支墩混凝土重力作用形成力矩：-35.65×0.5176=-18.45力矩總和-19.8垂直力總和35.65+27.34=63對基礎(chǔ)中心偏心距0.0176支墩下游緣應(yīng)力（Kpa）37.56>0符合支墩上游緣應(yīng)力（Kpa）46.43<=294符合故支墩抗滑抗傾覆能力滿足要求。2地基承載能力校核在支墩垂直分力的作用下，應(yīng)保證地基應(yīng)力不超過地基承載能力4 ，即：滿足地基承載力要求。式中： 安全系數(shù)，根據(jù)規(guī)范，。 S1支墩底面積，m2。七、管身應(yīng)力分析管身應(yīng)力分析目的：為了檢驗(yàn)鋼管各個(gè)部位強(qiáng)度

36、是否滿足強(qiáng)度要求，以及抗外壓穩(wěn)定性是否滿足要求。計(jì)算部位：跨中斷面，支承環(huán)旁膜應(yīng)力區(qū)邊緣斷面和支承環(huán)及其旁管壁斷面3個(gè)基本斷面。（一）抗外壓穩(wěn)定核算明鋼管外壓穩(wěn)定臨界壓力為3：0.452 MPa0.2 MPa，滿足強(qiáng)度要求。式中： 鋼材的彈性模量， 泊松比，（二）鋼管受力計(jì)算1徑向力計(jì)算2法向力計(jì)算(1）每米鋼管自重：(2）每米管長的水重：(3）每跨管重及水重的法向分力Qcos：（三）軸向力計(jì)算1鋼管自重的軸向分力：2伸縮節(jié)處端部內(nèi)水壓力：3溫度變化時(shí)，伸縮節(jié)止水填料與管壁的摩擦力： 4溫度變化時(shí)，支墩對鋼管的摩擦力：忽略水流對管壁的摩擦力，以上軸向力對計(jì)算跨均為壓力，故總軸向力為：（四）管壁

37、應(yīng)力計(jì)算1跨中斷面（1） (1）徑向應(yīng)力：(2）環(huán)向應(yīng)力： 跨中斷面環(huán)向應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見表2-13:表2-13 跨中斷面徑向應(yīng)力計(jì)算表DrPtH（N/mm²）0°10005001.5111015418929°75.33890°10005001.5111015418929°75.553180°10005001.5111015418929°75.767(3）軸向應(yīng)力：由軸向力引起的軸向應(yīng)力3 ，其計(jì)算結(jié)果見表2-14：表2-14 跨中斷面軸向應(yīng)力計(jì)算表Artx1（N/mm²）577.64850010-18.387由法向力

38、引起的軸向應(yīng)力3 ，其計(jì)算結(jié)果見表2-15：表2-15 跨中斷面軸向應(yīng)力計(jì)算表qsqwLMrtx20°3.7447.697600029°3588179850010-4.56990°3.7447.697600029°35881798500100180°3.7447.697600029°35881798500104.569(4）剪應(yīng)力：因?yàn)榭缰胁划a(chǎn)生剪應(yīng)力，故。(5）強(qiáng)度校驗(yàn)9 ，其計(jì)算結(jié)果見表2-16：表2-16 跨中斷面強(qiáng)度計(jì)算表部位=1x1x2xr 管頂點(diǎn)0°75.338-18.387-4.569-22.956-1.507

39、89.518116.325管水平軸線90°75.338-18.3870-18.387-1.51186.742116.325管底點(diǎn)180°75.338-18.3874.569-13.181-1.51584.111116.325表中 =0.9×0.55×235=116.325 MPamax=89.518 MPa = 116.325 MPa滿足強(qiáng)度要求。2支承環(huán)旁膜應(yīng)力區(qū)邊緣斷面（2） (1）徑向應(yīng)力：忽略跨中斷面處與支承環(huán)處計(jì)算水頭的差值，則管壁內(nèi)表面：管壁外表面：(2）環(huán)向應(yīng)力，其計(jì)算結(jié)果見表2-17：表2-17 支承環(huán)旁膜應(yīng)力區(qū)邊緣斷面計(jì)算表DrPtH（

40、MPa）0°10005001.5291016530429°76.2390°1000500152.91016530429°76.44180°1000500152.91016530429°76.69(3）軸向應(yīng)力：由管重及管中水重的法向分力引起的軸向應(yīng)力3 ，其計(jì)算結(jié)果見表2-18：表2-18 支承環(huán)旁膜應(yīng)力區(qū)邊緣斷面計(jì)算表Artx1（N/mm²）577.655001018.387由法向力引起的軸向應(yīng)力（在距伸縮節(jié)三跨以上，可按兩端固結(jié)計(jì)算）3 ，其計(jì)算結(jié)果見表2-19：表2-19 支承環(huán)旁膜應(yīng)力區(qū)邊緣斷面計(jì)算表qsqwLMrt

41、x2（N/mm²）0°3.7447.697600029°30.02500103.82290°3.7447.697600029°30.02500100180°3.7447.697600029°30.0250010-3.822(4）剪應(yīng)力3 ，其計(jì)算結(jié)果見表2-20：表2-120 支承環(huán)旁膜應(yīng)力區(qū)邊緣斷面計(jì)算表qsqwLQtrx（N/mm²）0°4.3167.697600029°30.02100.5090°4.3167.697600029°30.02100.51.91180

42、76;4.3167.697600029°30.02100.50(5）強(qiáng)度校驗(yàn)3 ，其計(jì)算結(jié)果見表2-21：表2-21 支承環(huán)旁膜應(yīng)力區(qū)邊緣斷面強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算表部位=1x1x2xrx （N/mm²）管頂點(diǎn)0°76.2318.3873.82222.209-1.529069.022116.325管水平軸線90°76.4418.387018.387-1.5291.9170.242116.325管底點(diǎn)180°76.6918.387-3.82214.565-1.529071.543116.325表中 =0.9×0.55×235=116.3

43、25 MPamax=71.543MPa = 116.325 MPa滿足強(qiáng)度要求。3支承環(huán)及其旁管壁斷面（3） (1）初擬支承環(huán)斷面尺寸： 支承環(huán)寬度：a=0.03 m，支承環(huán)高度：h=0.15 m，管壁計(jì)算厚度：t=0.01 m。圖2-3 支承環(huán)剖面圖等效翼緣寬度3 ：支承環(huán)凈面積：=a(h+t) =0.03×(0.15+0.010)=0.0048 m2支承環(huán)有效面積F: =0.03×0.15+(0.03+2×0.055) ×0.010=0.0059m2支承環(huán)有效斷面重心軸至管中心距離R：支承環(huán)有效斷面重心軸至支承環(huán)截面中心距離c：c=h/2+t+r-R

44、 =0.15/2+0.01+0.5-0.566=0.019 m取支撐反力作用點(diǎn)至支撐環(huán)重心軸距離b： b=0.04R=0.04×0.566=0.02264 m支承環(huán)有效斷面對重心軸的慣性矩JR：相對剛度系數(shù)：（2）徑向應(yīng)力：（以拉應(yīng)力為“+”，壓應(yīng)力為“-”）忽略跨中斷面處與支撐環(huán)處計(jì)算水頭的差值，得：管壁內(nèi)表面：=-9.8×166.621=-1.633 MPa管壁外表面：（3）環(huán)向應(yīng)力：由內(nèi)水壓力引起的環(huán)向應(yīng)力：由支承環(huán)橫截面上軸力引起的環(huán)向應(yīng)力：由 列表進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果見表2-22，其中、的計(jì)算可參考SL281-2003水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范相關(guān)資料。表2-22 支

45、承環(huán)及其旁管壁斷面計(jì)算表計(jì)算斷面° (kN)(MPa)0°-0.2387320.318310.0296991.7760.301-0.2640820.150961-0.13678-8.180-1.38690°-0.250-0.25-14.951-2.52990°+0.2500.2514.9512.5290.264082-0.1509610.136788.1801.386180°0.238732-0.31831-0.029661.776-0.301由支承環(huán)橫截面上彎矩引起的環(huán)向應(yīng)力3 ：計(jì)算斷面位置與同，計(jì)算點(diǎn)分別選管內(nèi)壁、管外壁及環(huán)外壁三處。由

46、列表計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果見表2-23，其中、的計(jì)算參考SL281-2003水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范相關(guān)資料。表2-23 支承環(huán)及其旁管壁斷面計(jì)算表計(jì)算斷面°K3K4MR（kN·m）4 (MPa)管內(nèi)壁管外壁環(huán)外壁0°0.011268-0.068310.288921.2421.054-1.774-0.0140820.099039-0.34256-2.546-2.3303.08090°-00.250.338481.4551.235-2.07890°+0-0.25-0.33848-1.455-1.2352.0780.014082-0.0990390.342562.5462.330-3.080180°-0.0112680.06831-0.28892-1.242-1.0541.774（4）軸向應(yīng)力： 由各軸向力其合力A引起的軸向應(yīng)力x1 ：由管重及管中水重的法向分力引起的軸向應(yīng)力x2 (在距伸縮節(jié)三跨以上，可按兩端固結(jié)進(jìn)行計(jì)算，從伸縮節(jié)算起共14跨) 3 列表進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果見表2-24。表2-24 支承環(huán)及其旁管壁斷面計(jì)算表計(jì)算斷面°0°90