1#镇墩计算

水电站压力钢管镇墩抗滑稳定及地基应力计算1设计依据和参考资料　　（1）设计依据：《水电站压力钢管设计规范》（SL281—2003）　　（2）参考资料：《水电站建筑物》（王树人董毓新主编）　　　　　　　　　《水电站》（成都水力发电学校主编）　　　　　　　　　《水电站建筑物设计参考资料》（成都联大、大连理工等院校合编）2设计输入数据　　压力钢管设计引用流量…………………………………………………Q＝2.500m³/s　　压力钢管内径…………………………………………………………D0＝0.900m　　压力钢管满负荷时管内流速…………………………………………v0＝3.930m/s　　钢材重度………………………………………………………………γs＝78.50kN/m³　　水的重度………………………………………………………………γw＝9.80kN/m³　　镇墩上游段钢管倾角…………………………………………………α1＝0.000°　　砼的重度………………………………………………………………γh＝24.00kN/m³　　镇墩上游段钢管倾角…………………………………………………α2＝12.201°　　镇墩上游伸缩节至镇墩距离…………………………………………L1＝11.000m　　镇墩下游伸缩节至镇墩距离…………………………………………L2＝2.000m　　镇墩上游伸缩节中心的计算水头……………………………………H1＝3.525m　　镇墩下游伸缩节中心的计算水头……………………………………H2＝4.600m　　镇墩上游端钢管中心的计算水头……………………………………H3＝3.525m　　镇墩下游端钢管中心的计算水头……………………………………H4＝3.900m0.4　　镇墩上游段钢管支座的个数……………………………………………n＝1个　　镇墩上游段钢管支座的间距……………………………………………l＝8.000m　　套管式伸缩节外套管外径………………………………………………D1＝1.012m　　套管式伸缩节外套管内径………………………………………………D2＝0.980m　　套管式伸缩节止水盘根沿管轴向长度…………………………………b1＝0.080m　　套管式伸缩节止水填料与钢管摩擦系数……………………………μ1＝　　支座与钢管管壁的摩擦系数……………………………………………f＝0.5　　压力钢管壁厚……………………………………………………………t＝0.008m3荷载计算　　根据规范A.1.1条，作用于镇墩上的荷载包括：⑴镇墩自重G；⑵镇墩上下游管轴方向作用力；⑶镇墩上下游垂直管　　其中镇墩上下游管轴方向作用力包括：⑴钢管自重分力A1；⑵关闭的阀门及闷头上的力A2（本工程无该项作用力）；轴方向作用力；D0tγsγwqsqw0.90.00878.59.82.0066.234温升温降镇墩上段钢管对镇墩作用力计算表32.9632.968.02424.93624.936镇墩上游管轴方向合力∑A128.84-28.848.024021.9779.8141.7290.2862566.75375-4.393754套筒式伸缩节端部的内水压力1.729运行工况计算公式作用力名称作用力方向序号21.9771钢管自重分力0⑶弯管上的内水压力A3；⑷渐缩管的内水压力A4（本工程无该项作用力）；⑸弯管中水的离心力的分力A8；⑹套管式伸缩节端部的内水压力A5；⑺温度变化时套管式伸缩节止水填料的摩擦力A6；⑻温度变化时支座对钢管的摩擦力A7；　　其中镇墩上下游垂直管轴方向作用力包括：⑴钢管自重分力Qs；⑵钢管水重分力Qw；9.8143.1单位管长钢管自重qs和单位管长管内水重qw计算　　计算公式：（单位管长钢管自重，考虑刚性环等附件的附加重量约为钢管自重的12%）2单位管长钢管自重qs和单位管长管内水重qw计算表（单位管长管内水重）3.2镇墩上段钢管对镇墩作用力计算6温度变化时支座对钢管的摩擦力4.393753弯管中水的离心力的轴向分力7管轴方向5温度变化时套筒式伸缩节止水填料的摩擦力弯管上的内水压力10垂直管轴方向镇墩上游垂直管轴方向合力∑Q189钢管自重分力钢管中水重分力ssttDq025.1wwDq2025.0111sinLqAs32034HDAwwgvDA2020841222154HDDAw11116HbDAw17coslfqqnAws1cos21lqQss1cos21lqQww7658311AAAAAAAWSQQQ1温升温降运行工况∑A1∑A2∑Q1∑Q2α1α2∑X∑Y温升66.75375-41.270532.9616.1070.000°12.201°23.01139.981镇墩下段钢管对镇墩作用力计算表　　计算公式：3.4钢管对镇墩总的水平推力∑X、总的垂直力∑Y计算钢管对镇墩总的水平推力∑X、总的垂直力∑Y计算16.10716.107　　（管轴向作用力符号：+为钢管下行方向；-为钢管上行方向）3.9213.92112.18612.186-41.2705-29.8055计算公式运行工况3弯管中水的离心力的轴向分力32.9632.963.3镇墩下段钢管对镇墩作用力计算序号作用力方向作用力名称10垂直管轴方向镇墩上游垂直管轴方向合力∑Q10.8480.8482弯管上的内水压力-24.315-24.3151管轴方向钢管自重分力-9.814-9.8144套筒式伸缩节端部的内水压力-2.257-2.257-5.73255.73255温度变化时套筒式伸缩节止水填料的摩擦力7镇墩上游管轴方向合力∑A16温度变化时支座对钢管的摩擦力（镇墩下游至伸缩节一般没有支座，该力为零）8垂直管轴方向钢管自重分力9钢管中水重分力10镇墩上游垂直管轴方向合力∑QWSQQQ1221sinLqAs42034HDAwwgvDA2020842222154HDDAw21116HbDAw7658312AAAAAAAWSQQQ222cosLqQss22cosLqQww112211sincoscosQAAX2112211cossinsinQQAAY温降0.28625-29.805532.9616.1070.000°12.201°-32.2542.404检修工况∑A1∑A2∑Q1∑Q2α1α2∑X∑Y温升11.41475-4.88458.0243.9210.000°12.201°5.81210.824温降-11.414756.58058.0243.9210.000°12.201°-5.81213.247校核工况∑A1∑A2∑Q1∑Q2α1α2∑X∑Y（水压实验）29.6325-32.36732.9616.1070.000°12.201°-5.40741.863运行工况∑X∑YGfK温升23.01139.9811012.824kN0.418.3008996∑X温降-32.2542.4041012.824kN0.4不会滑动23.011检修工况∑X∑YGfK温升5.81210.8241012.824kN0.470.4506538∑Y温降-5.81213.2471012.824kN0.4不会滑动42.404校核工况∑X∑YGfK-5.40741.8631012.824kN0.4不会滑动镇墩基底摩擦系数………………………………………………………………f=弯管转弯半径…………………………………………………………………ρ=34镇墩抗滑稳定计算镇墩抗滑稳定安全系数…………………………………………………………K=1.5　　计算公式：0.4　　式中：最不利荷载镇墩最小长度…………………………………………………………l=（如果∑X为-，说明水平推力指向上游，镇墩不会向下游滑动）5镇墩地基应力计算　　计算公式：镇墩内弯管转弯弧长……………………………………………………………l=镇墩最小宽度…………………………………………………………b=最大垂直力（拟定镇墩几何尺寸时，按地基容许承载力粗估基础面积）（镇墩体积取决于镇墩抗滑稳定所需的重量，且按最不利情况确定镇墩重量）4.039　　　　　　　　　　　　（镇墩基础面积）　　　　　　　　　　　　（镇墩基础面截面模数）　　式中：XGYfKWMFGYbhF62bhW22222221111111111sincoscossinsincoslQlhAlQAhQAMbhFW34128温升温降温升温降水平力力矩68.407-59.64915.176-15.175垂直力力矩-51.878-47.032-10.448-5.602力矩总和-49.706-172.916-61.784-87.289垂直力总和1016.3181018.741961.980964.403中心偏心距-0.050-0.170-0.060-0.090上游缘应力90.906106.51087.88891.278下游缘应力78.48063.28172.44269.456镇墩形心与镇墩基础面形心距离……………………………………………l3=-0.065m镇墩内钢管中心与镇墩基础面形心距离……………………………………l4=0.011m镇墩下游端管中心与镇墩基础面高差………………………………………h2=1.853m镇墩基础面长度（顺水流方向）………………………………………………h=4.000m镇墩上游端管中心与镇墩基础面高差………………………………………h1=2.239m镇墩基础面宽度（垂直水流方向）…………………………………………b=3.000m镇墩上游端管中心与镇墩基础面形心距离…………………………………l1=2.000m镇墩下游端管中心与镇墩基础面形心距离…………………………………l2=2.000mF、W计算表1.418-48.115-112.9321018.200工况运行工况检修工况镇墩混凝土重力作用校核工况（水压试验）-0.11098.96670.734-65.834温升温降镇墩上段钢管对镇墩作用力计算表校核工况（水压实验）027.471252.1612532.9624.93629.63258.024008.0248.0244.39375-4.393758.0248.0247.021-7.021检修工况11.41475-11.41475温升温降镇墩下段钢管对镇墩作用力计算表校核工况（水压实验）12.1863.9213.92116.1073.9213.9213.921-4.88456.5805-32.367-2.82125-5.73250.848-30.393755.73250.8480.84832.96检修工况8.0248.024镇墩断面面积14.067∑YfKGd(kN)取GdGw'Vd10.8240.41.575.467kN1012.824kN25.1812.095R1a「σ」ωd(m2)BLh143.0520.42501.430522534.000m0.1751.636m取3.000m0.477m1.059取镇墩最小长度…………………………………………………………l=镇墩最小宽度…………………………………………………………b=（拟定镇墩几何尺寸时，按地基容许承载力粗估基础面积）（镇墩体积取决于镇墩抗滑稳定所需的重量，且按最不利情况确定镇墩重量）4.000m22222221111111111sincoscossinsincoslQlhAlQAhQAM镇墩内钢管水重作用钢管混凝土重力作用0.2770.678