倒虹吸计算

1倒虹吸设计计算一、倒虹吸管总体布置（根据地形和当地需水量情况确定）1.布置原则；2.布置型式；{地面式（露天或浅埋式）、架空式}3.管路布置；（斜管式和竖井式）4.进口段布置；{渐变段、拦污栅、节制闸、连接段﹙进水口、通汽孔﹚、沉沙、冲沙及泄水设施}5.出口段布置；（设消力池）二、倒虹吸管的构造1.管身构造；（钢筋混泥土管、钢管、铸铁管）2.支承结构；（管座、镇墩、支墩）三、倒虹吸管的水力计算1.管道断面尺寸的确定；①灌溉面积的确定：（根据土地利用参加够调整表查出整理后土地的灌溉面积。）②补水量的计算：项目区水田和旱地需水量除去项目区降雨量即为需补给水量。项目区分为水田和旱地，主要农作物为水稻、玉米、油菜，各种农作物所在区需水量不同。需水量公式WMAn毛需2W需——农业生产总需水量，3m；M毛——综合毛灌溉定额，3m；A——灌溉面积，亩；n——农作物复种指数，采用综合灌溉定额时，已经考虑了复种指数，可不再计入。MM净毛M净——作物净灌溉定额，3m/亩；——灌溉水利用系数。Ⅰ区渠系水利系数为0.465；田间水利用系数为0.95，故灌溉水利用系数为0.465×0.95得0.44。③.流量计算根据当地全年水田需水量表、旱地需水量表和全年降雨量表查出全年需水量和降雨量的最大值和最小值，计算出最大补水量和最小补水量，以推出其流量。④．确定尺寸；oD4/Q=（圆管）oD——管道内径，m;Q——倒虹吸管设计流量，3/ms；——设计流速，m/s。2.管壁厚度的拟定3取单位长度承受较大内水压力P的管道管壁中环向拉应力为22owoooPDgHDtt以钢材的设计允许应力代替；经整理得：2woogHDt(mm)w——水的密度，1000kg/3m;H——内水压力，m。初估计时水锤压力值按静水头的15﹪～30﹪。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；oD——压力钢管的内直径，m;——钢管的设计允许应力，kpa。查下表钢材的允许应力应力区域膜应力区局部应力区备注荷载组合基本特殊基本特殊s为钢材屈服强度产生应力的内力轴力轴力轴力和弯矩轴力轴力和弯矩允许应力明钢管地下0.55s0.67s0.7s0.90.67s0.85s0.8s1.0s4钢管坝内埋管0.67ss（0.8～0.9）s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；2()2fjjoLVzhhDg224/3fnhVRL——管道长度，m;——能量损失系数，=28gC，1/6/CRn；j——各局部阻力系数之和，46P；V——管内平均流速，m/s。4.能量方程22'11221222wpupuzzhgggg5.进出口渐变段长度计算12()LCBB①1LCh②5C、1C——系数；1B——渠道水面宽度，m;2B——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HhT0.5200OTD（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QBHQ——渠道设计流量，3/ms；——沉沙池内平均流速，m/s;——管壁厚度,mm;oD——管道内直径,mm;池长度'LKL（'oHL）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：6L≥（4～5）hB≥（4～5）bh、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）hT＝0.5oD++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:(50P)9.通过加大流量时计算挡水墙顶对进口雍水位的超高;(52P)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BG为：1BsGKHDH——管顶以上填土高度；s——填土容重；1D——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。1/HD0.10.51.02.03.04.05.06.07.08.09.0≧10K1.041.201.401.451.501.451.401.351.301.251.201.1572.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；1kGfQD汽汽(kN/m)kf——动力系数，查表；Q汽——加重汽车作用于管道上的竖向荷载，查表；1D——管道外径，m动力系数kf表填土深度0.30.40.50.6≧0.7kf1.251.201.151.051.0Q汽值（kN/㎡）表汽车荷载填土厚度H（m）0.50.751.01.52.03.04.05.08.0汽车-10级69.043.525.116.812.98.96.84.63.4汽车-13级87.649.537.722.917.712.19.26.24.7汽车-18级170.59673.344.334.323.518.612.19.6②.拖拉机压力；1kGfQD拖拖(kN/m)Q拖——履带式拖拉机作用于管道的竖向压力（kN/㎡）查表；Q拖值（kN/㎡）表拖拉机吨位填土厚度H（m）0.50.751.01.52.03.04.06.08.0860t4738.332.324.721.217.815.011.79.680t88.463.253.941.636.330.325.920.216.53.其他荷载计算①.管内水重(1cos)roPr——水的重度,kN/3m;or——圆管内半径,m;——垂直直径之夹角。当冲满水时2roPr②.管道的均匀内水压力rPH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1(1cos)ekePr（圆管）1r——圆管外半径；（83P）e——外水压力折减系数，查表4-11；（84P）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；9'2122/4/4pmopmoAHDAHD1H、2H——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；222222sin(/2)44wooGDVDVVFmalgRgRgm——弯管段水体的质量（/WwmGg）；a——离心加速度（2/aR）；WwG——弯管内水体重力，（2(/4)WwoWGDl）；——弯管段的中心角（'）；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ABBC来代替，{2sin(/2)wlABBCR}；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22'21/2cos/4()raoaEhKBDhKkNaK——主动土压力系数2(45)2aKtg；B——镇墩垂直水流方向宽度，m;101h——斜管段管端断面中心线至填土顶面高度，m;2h——镇墩底面至填土顶面高度，m;——土的内摩擦角。注：土的重度和内摩擦角值见表5-14。（149P）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''ccGDL轴向分力''sinccAG垂直管轴的分力'cosccNG'L——镇墩上侧斜管段长度，m;⑵内水重力'2'1GrL垂直分力'''cosNG⑶道上的浮力11'2'1fGrl轴向分力'''sinffAG垂直分力'''cosffNG'l——在水位以下的斜管轴线长度，m;⑷管道填土压力''()kjGFFL轴向分力''sinAG竖向分力''cosNGkF、jF——顺管道每米长土的重力，可分别按式（4-11）、（4-23）计算；（6165P）⑸管身摩擦力'''''()cosfrAfNNNN（kN）of——管底和管座之间的摩擦系数。（152P）k——临界坡角；（k管道下滑，k管道不动。）122.镇墩下侧斜管传给镇墩的荷载所计算力与以上公式一样；（152P）（图150P）㈢墩身稳定计算1.镇墩与两侧管端刚性连接当'k，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'''coscosxxxAA轴向力总和在y轴上的分力'''sinsinyyyAA'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()cfyGKxE≥1.2～1.58cK——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（zG）及镇墩内水重力（zG）之和；13zzGGG（kN）2(2)4zOGDRb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：maxmin26/yGMBLBLmaxM——总力矩，kN·m，是x、y、和G、E等各力对镇墩底面形心1O点力矩的总和；（图153P）B、L——分别为镇墩底面的宽度和长度，m;——地基的许可承载力，kN/㎡,见下表；地基的许可承载力地基名称许可承载力(kN/㎡)中等坚硬岩石1200～2000软弱岩石800～1200稍湿的粘性土200～400很湿的粘性土100～200稍湿的砂壤土300～400很湿的砂壤土200～3001.钢制倒虹吸管镇墩计算步骤14⑴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1A、2A、3A、4A、5A、6A、7A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）。（175P）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1A、2A、6A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sn和水重力n（表6-2第10、11号公式175P），管传给支墩的摩擦力8A（表6-2第9号公式）及支墩自重力zdg。⑵分解总作用力为水平分力。各力在x轴上的水平分力为8cos()sinsxAnn沿y轴的竖向分力为8sin()cossyAnn8A——支墩对钢管的摩擦力；注：当温度升高管道向上伸长时，作用在支墩上的15摩擦力6a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6a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6a为正号或负号88sin()cos1.5cos()sinszdoCsAnngfKAnn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2soPDoD——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FD得轴向应力计算公式'2xNNFrD——平均直径，mm;r——平均半径，mm。16注：设计计算时，如N为压力，则N前加负号，如算得'x为负值，则为压应力。⑶法向力作用产生的管壁应力。2coscosxMMWr224ooDWrW——钢管环行断面抵抗矩；M——法向力产生的弯矩or——钢管内半径。断面剪应力2sinlxQSQJbFQ——钢管横断面上的剪力，跨端支墩两侧各等于2G，{()cossGGGl