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内水压力,
的15%〜30%o高水头取大值,低水头取小值;
焊缝系数,一般为0.90〜0.95,双面对接焊缝
取0.95,单面对接取0.90;
钢材的允许应力上'
应力区
域
荷载组
膜应力区
局部应力区
备注
基本特殊
基本
特殊
-s为钢材屈服强
产生应
力的内
力
轴力
轴力和
弯矩
轴力和弯矩
允许应力
明钢管地下钢管坝内埋管
0.7
0.5560.9
0.67;
二
0.67J
(0.8
0.9)
0.67
-s
0.850.8
1.
3.水头损失计算
总水头损失等于沿程水头损失与局部水头损失之和;
Vj)Vg
管道长度,m;
各局部阻力系数之和,
4.
能量方程
5.进出口渐变段长度计算
L=C(BiB2)①
L二C〔h②
C、Ci系数;
Bi――渠道水面宽度,m;
B2――渐变段缩窄端水面宽度,m;
h――上、下渠道水深,m
6•进口沉沙池段面尺寸计算
池内水深H=h•T
T=0.5D。
200(mm)
h——进口渠道水深,m;
T进口渠底至沉沙池底的高差,m;
池宽
Q——渠道设计流量,m3/s;
沉沙池内平均流速,m/s;
管壁厚度,mm;
Do管道内直径,mm;
'
L'
H
池长度L-KL(L二
o
K――安全系数;
L'
――泥沙沉降的水平长度;
o――泥沙沉降速度,m/s。
注:
L、B可根据经验有:
L>(4〜5)h
B>(4〜5)b
h、b分别为渠道的水深和底宽。
7.出口消力池尺寸确定
按经验公式:
L=(3〜4)h
T=0.5D°
++0.3
消力池以后的护底长一般采用3〜5m。
8.通过小流量时进口水跃的处理:
(P50)
9.通过加大流量时计算挡水墙顶对进口雍水位的超
咼;
(P52)
四、倒虹吸管的结构计算
1.土压力(上埋式管土压力)
单位长度竖向土压力Gb为:
G昇KsHDi
H――管顶以上填土高度;
s――填土容重;
Di
管的外径,矩形管为外形宽度;
K
系数,查表,
对于柔性管K=1.0。
H/D1
A
0.1
0.51.02.0
3.0
4.05.06.07.0
8.0
9.0“
10
1.0
1.21.41.4
1.5
1.41.41.31.3
1.2
1.21.1
4
005
5050
5
05
2•地面活荷载产生的竖向压力
①.敷设在公路下1m的压力管道还受汽车压力和拖拉机
压力;
G汽二fkQ汽D1(kN/m)
动力系数,查表;
Q汽一一加重汽车作用于管道上的竖向荷载,查表;
Di管道外径,m
动力系数fk表
填土深度
0.3
0.4
0.5
0.6A0.7
fk
1.25
1.20
1.15
1.051.0
Q汽值
(kN/
m2)
表
填
土
厚度
H(m)
汽车荷载c口
0.75
2.0
3.04.05.0
汽车-10级
69.0
43.5
25.1
16.8
12.9
8.9
6.8
4.6
3.4
汽车-13级
87.6
49.5
37.7
22.9
17.7
12.1
9.2
6.2
4.7
汽车-18级
170.5
96
73.3
44.3
34.3
23.5
18.6
9.6
②.拖拉机压力;
G拖二fkQ拖D1(kN/m)
Q拖一一履带式拖拉机作用于管道的竖向压力(kN/
itf)查表;
Q拖值(kN/mJ表
拖拉机
填土厚度
吨位
4.0
6.0
60t
47
38.3
32.3
24.7
21.2
17.8
15.0
11.7
80t
88.4
63.2
53.9
41.6
36.3
30.3
25.9
20.2
16.5
3.其他荷载计算
①.管内水重
P厂r°
(「cos)
.――水的重度,kN/m3;
r。
圆管内半径,m;
①——垂直直径之夹角。
2”
当冲满水时Prr。
■-
②•管道的均匀内水压力
H――管内顶部以上水头;
4.管道外水压力
不均匀外水压力计算
Pek=e」(1-COS)(圆管)
ri圆管外半径;
(巳3)
e――外水压力折减系数,查表4-11;
(P84)五、倒虹吸管镇墩的计算
㈠直接作用于镇墩上的荷载;
⑴由均匀内水压力产生的轴向力
作用在弯管段起始段面和末端断面的轴向压力分别为;
Ap二口出D:
/4
Ap二mH2D;
Hi、H2――分别为弯管段起始及末端断面中心处的
水头;
⑵弯管段水流离心力;
m弯管段水体的质量(m二Gw/g);
a――离心加速度(a「2/R);
Gww弯管内水体重力,(Gww=(二D;
/4)wl•);
9——弯管段的中心角(日二日"
);
图148页。
g——重力加速度,m/s;
R――弯管中心线弧长;
可近似用弦长忑BC来代替,{lw二AB2Rsine/2)};
⑶镇墩自重力及镇墩内水重力
确定其形式尺寸后可算出自重和内水重力;
⑷作用于镇墩上的水平土压力
E厂h;
KaB/2「D;
cos='
h,Ka/4(kN)
cp
Ka主动土压力系数Ka二tg2(45'
-?
B——镇墩垂直水流方向宽度,m;
h1――斜管段管端断面中心线至填土顶面高度,
m;
h2——镇墩底面至填土顶面高度,m;
――土的内摩擦角。
土的重度和内摩擦角值见表5-14。
(P149)
㈡通过管身传给镇墩的荷载
1.镇墩上侧斜管传给镇墩的力
⑴管身自重
G厂DcL'
轴向分力
Ac=G;
sn'
垂直管轴的分力
Nc二Gccos=
L镇墩上侧斜管段长度,m;
⑵内水重力
gs…r°
l
垂直分力
N二Gcos
⑶道上的浮力
G;
…
Af二Gfsn
Nf二Gfcos
l'
——在水位以下的斜管轴线长度,
⑷管道填土压力
(FkFJL
II!
=Gysin日
竖向分力
=Gcos=
⑸管身摩擦力
不动。
2•镇墩下侧斜管传给镇墩的荷载
所计算力与以上公式一样;
(P52)(图R50)
㈢墩身稳定计算
1•镇墩与两侧管端刚性连接
当「,上侧斜管下滑力大于摩擦力,这时可将所
有作用力转化为力a'
及a"
,再求其总和。
轴向力总和在x在轴上的分力为
x八x'
x八Acost'
acost
轴向力总和在y轴上的分力
y='
yvy"
='
a'
sin丁、A"
sin丁"
-x及x"
――分别为镇墩上游侧及下游侧水平分力的总和,kN;
-y及y"
――分别为镇墩上游侧及下游侧竖向分力的总和,kN。
将x和y代人下式
Kc――镇墩的抗滑安全系数;
对钢管可取1.5;
E——侧向土压力,kN;
f——镇墩与地基之间的摩擦系数;
G――为镇墩自重力(Gz)及镇墩内水重力(Gz.)之和;
G=GZGZ(kN)
31
G^-DO(R2b)
b――弯管段起点、终点至直管管端长度;
2.镇墩与两管端柔性连接
3.镇墩上侧与管端为钢性连接下侧为柔性连接
㈣地基强度和稳定计算
一般基础底面都做成矩形的,故地基的最大和最小力
为:
CF<
IffJ
max
M总力矩,kN•m,是x、ay、和G、E等
各力对镇墩底面形心Oi点力矩的总和;
(图只53)
B、L——分别为镇墩底面的宽度和长度,m;
匕1地基的许可承载力,kN/m2,见下表;
地基名称
中等坚硬岩石
软弱岩石
稍湿的粘性土
很湿的粘性土
稍湿的砂壤土
很湿的砂壤土
地基的许可承载力
许可承载力(kN/m2)
1200〜2000
800〜1200
200〜400
100〜200
300〜400
200〜300
1.钢制倒虹吸管镇墩计算步骤
⑴作用在钢制倒虹吸管镇墩上各个力的计算;
按照表
6-2所列的A1、A2、A、A、A、A、A诸轴向力同时
作用下,取最不利的情况设计(一般以温度升高、管内
充水为控制条件)。
(R75)
计算中、小型钢制倒虹吸管镇墩时,也可仅取其中起主要作用的A、A、A三力即可。
算出各力且注意各力对镇墩中心的方向。
⑵将各轴向力叠加并分解为水平分力和竖向分力。
⑶求镇墩的体积和校核地基的承载力。
2•钢管支墩的计算步骤
⑴计算作用在支墩上的力。
作用在支墩上的力有:
垂直于管道轴线方向的管自重
力ns和水重力n①(表6-2第10、11号公式R75),管传给支墩的摩擦力A8(表6-2第9号公式)及支墩自重力gzd
⑵分解总作用力为水平分力。
各力在x轴上的水平分力为
x…九cos-(nsn)sin二
沿y轴的竖向分力为
y=一Asin丁(nsn)cos丁
A8――支墩对钢管的摩擦力;
当温度升高管道向上伸长时,作用在支墩上的摩擦力a6朝向管道上端,取负号。
当温度降低管道向下缩短时,作用于支墩上的摩擦力36朝向管道下端,取正号。
⑶校核支墩抗滑稳定。
计算时根据对稳定最不利情
况取用a6为正号或负号
-1.5
〔-fsin^(n「n)cos丁gzJf。
-Acos-(nsn)sin二
六、露天式钢管结构计算
1.管壁应力计算
⑴径向力作用产生的管壁应力
管壁环向拉应力
PsDo
Do钢管内径,mm;
钢管壁厚度,mm;
⑵轴向力作用产生的管壁应力。
断面积F为
F二D
得轴向应力计算公式
N'
N
CT==
xF2r
D――平均直径,mm;
r平均半径,mm。
为负值,则为压应力
⑶法向力作用产生的管壁应力
W――钢管环行断面抵抗矩;
M――法向力产生的弯矩
一一钢管内半径。
断面剪应力
QS2Q.a
x-sin^
JbF
Q――钢管横断面上的剪力,跨端支墩两侧各等于
G
y,{G=(Gs•G.,)lcos>
;
I:
支墩间距;
〉水平倾斜角度;
}跨中断面G为零;
S――管壁计算点以外部分断面对重心轴的静
2
矩,Sl二2rsi;
J――管断面惯性矩,J二;
b――受剪断面净宽度,b=2;
F钢管断面积,F二2P;
——钢管横断面,(图P79)沿日角变化的环向剪
应力;
当"
=0和180时,=0;
当二=90和270时,
2Q
x一—,为最大剪应力。
3.钢管壁强度的校核
按应力圆原理,其最大剪应力max应满足
校核管壁应力的公式
狀x-二y)4xy上1
钢材允许应力。
第三强度理论校核钢管壁强度,
二厂-S)2-I-=0)
匚xrr)2•4鳥…1(八90)
J-F)2+4:
异fc】
(8=180)
根据畸变能理论得到的三向应力状态一般情况的合成
CT=
应力公式
我国SD144――85《水电站压力钢管设计规范》中
给出了上式中规定满足强度条件
CT<
[ff]
1
二2-'
丨;
「I
――焊缝系数,其值为0.9〜0.95,工程级别越
高,焊缝检查越严格,则焊缝系数越大;
七I为相应计算工况的钢材允许应力。
《规范》
规定,地面钢管在基本荷载组合条件下,
」=0.55二
二s为屈服点;
考虑局部应力时,可提高到七」=0.67二s
七、加径环与支承环旁管壁的应力计算
一、加径环与加径环旁管壁应力分析加劲环每侧管段的影响长度
t=、「7.78\
43(1」2)
总体过程(R84-199)
主要设计规范
(1)SDJ20――78《水工钢筋混凝土结构设计规范》;
(2)SL/T191——96《水工混凝土结构设计规范》;
3)
DL5077—
—1997《水工建筑物荷载设计规范》
4)
SL211——
98《水工建筑物抗冰冻设计规范》
5)
SL203——
97《水工建筑物抗震设计规范》;
6)
SL285——
范》;
2003《水利水电工程进水口设计规
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