压力钢管毕业设计

1、隔界河水电站压力钢管初步设计 目 录第一章 工程概况1一、流域概况1二、水文及气象1（一）气象概况1（二）水文特性1三、压力前池基本地质条件及评价4（一）基本地质条件4（二）前池工程地质评价4四、地震4五、工程总体布置4第二章 压力钢管设计5一、工程的级别确定5二、压力管道的经济直径5三、压力钢管的布置5四、管壁厚度的确定6五、镇墩的稳定分析7（一）计算条件8（二）运行条件下作用在镇墩上的基本荷载9（三）检修条件下的基本荷载11（四）校核条件下（水压试验情况）作用在镇墩上的基本荷载12（五）运行条件下荷载组合后的水平、垂直分力14（六）检修条件下荷载组合后的水平、垂直分力16（七）校核条件下荷

2、载组合后的水平、垂直分力17（八）镇墩尺寸的拟定19六、支墩的稳定分析22（一）计算条件22（二）荷载计算22（三）、抗滑、抗倾覆稳定及地基承载能力校核23七、管身应力分析25（一）抗外压稳定核算25（二）钢管受力计算25（三）轴向力计算26（四）管壁应力计算26八、管道附件38九、管道工程量38一、钢材工程量38二、土石方工程量计算38参考文献39致谢40第一章 工程概况一、流域概况隔界河为怒江右岸支流，流域位于东经98°4298°5150、北纬26°191426°24之间。行政区划属云南省怒江州沪水县称杆乡。电站取水口以上径流面积为64.02km2，

3、多年平均流量2.51m3/s。拟建的隔界河一级水电站位于高山峡谷区，除其下游建有隔界河二级水电站（目前二级水电站主体工程已基本完工）以及规划有泸水电站外，无其它水利设施。电站所在下游无重大防洪对象，故不承担下游的防洪任务。二、水文及气象（一）气象概况隔界河流域位于高黎贡山东麓，沪水县城以北，为低纬度北亚热带与北温带过渡带气候，夏季炎热，冬季偏暖湿润，四季分明，无霜期长。区域内最高气温41.70C，最低气温 2.80C，多年平均气温17.00C。多年平均日照1100h，多年平均蒸发量1018 mm，最大风速12.0m/s，本流域西北部和西部处于多雨区及较多雨区，东北部处于较少雨区，流域降水量从上

4、游至下游呈递减的趋势。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号坝多年平均降水为2223.4mm，2号坝多年平均降水为1937.1mm。多年平均气温为7左右，极端最高气温为25左右，极端最低气温为-10 左右。（二）水文特性1.径流对推求出的隔界河1、2号坝址1960年6月至1999年5月径流采用PIII型频率曲线适线，频率分析的统计参数为：均值1号坝为2.60m3s；2号坝为0.23 m3s，Cv=0.23，Cs=2Cv5，隔界河电站坝址多年平均流量成果见表1-1。 表1-1 隔界河水电站坝址径流成果及比较表（单位：m3/s）坝址隔界河亚目河迪麻洛河干流1号坝2号

5、坝面积（km2）74.257.5181161.7资料长度1960.6-1999.51960.6-1999.51960.6-1985.51960.6-1985.5项目流量%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（亿m3）0.8200.0732.512.11径流深（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 隔界河水电站坝址日平均流量保证率成果表保证率（%）流量（m3/s）保证率（%）流量（m3/s）1号坝2号坝1号坝2号坝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 隔界河水电站坝址设计洪水成果比较表频率（）推理公式法暴雨径流查算法水文比拟法1号坝2号坝1号坝2号坝1号坝2号坝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综合分析比较各方面，本次设计按SL4493规范采用推理公式计算方法所得洪水成果较为合理，作为本次设计的推荐成果。3.泥沙隔界河电站坝址年平均悬移质输沙量为2.58万t。年平均推移质沙量取悬沙量的30估算为0.774万t，坝址年输沙总量为3.354万t。4.装机规模根

9、据以上基本资料和调节原则对三组装机方案进行径流调节计算，计算结果见表1-4。表1-4 隔界河电站径流调节计算表 装机方案Kw98001260015000电站引用流量m3/s3.03.54.0保证出力Kw376237623762年发电量万kw·h576162726558倍比系数2.603.353.99年利用小时H587849774372水量利用率%828689年发电量差值万kw·h511286增量年利用小时H18251192从水能指标及其特性的变化规律可明显看出，本电站较为合理的装机规模为12600kw，机组台数为2台，单机容量为6300kw。三、压力前池基本地质条件及评价（

10、一）基本地质条件前池布置在引水隧洞末端，山坡地面高程19702000m，地形相对较陡，总体地形坡度2030°，无大的不良物理地质现象，整个岸坡为一单斜逆向坡。（二）前池工程地质评价前池山坡高程19702000m，地形相对较陡，总体地形坡度20°30°，无大的不良物理地质现象，整个岸坡为一单斜逆向坡。基岩为3t灰色白云质灰岩,强风化带埋深约15m，岩层倾向山内，倾角40°60°。四、地震根据2001年版“中国地震动参数区划图”（GB183062001）确定工程区“动峰值加速度”为0.15g，相应地震烈度为度，地震设防烈度为度。地震动反应谱特征周期

11、值为0.40s。五、工程总体布置隔界河水电站主要建筑物由1#拦河取水坝、2#拦河坝取水坝、引水隧洞、压力前池、压力钢管、主副厂房及升压站组成。拦河坝坝型采用浆砌块石重力式溢流坝。主引水隧洞布置于主坝取水口前池之间，分三段组成折线型隧洞布置，全长3074.71m。隧洞采用无压引水的方式，断面为直墙高1.9m，拱高0.6m的城门洞形。隧洞进口布置在主坝前河道右岸，侧向进水。进水口前设置沉砂池，进水口底板高程为1977.00m，出口接前池。隧洞末端底宽度：b=2.00m；隧洞底坡降：i=0.002。 前池布置于主引水隧洞末端，位于厂区枢纽河对面山脊上，前池后接压力钢管。压力管道位于隔界河右岸山脊上，

12、为山麓斜坡地形，地形坡度22°52°。压力管道为单管双机供水方式，管道由主管、岔管、支管及附件构成，岔管为对称Y形布置。电站厂址选定在距隔界河与怒江交汇处1100m隔界河左岸。主厂房内布置两台冲击式水轮发电机组，水轮机型号为CJA475-w-140/2×12，机组间距为11.5m，进水管中心高程为1530.00m。第二章 压力钢管设计一、工程的级别确定水电站的装机容量为1.26万kw，利用水头为445m，故本工程等级为特高水头小一型水电站1。二、压力管道的经济直径本工程规模小，可按经济流速法计算管径9，即= （m） 压力管道管径模数为50mm，安全起见压力管道直径

13、D取1m 。 式中 设计引用流量，经济流速，明钢管和地下埋管为46(m/s)，对高水头电站可取大值，因此取6(m/s)计算。支管管径与水轮机进口对应，即支管管径为0.65m。则实际流速：（m/s）三、压力钢管的布置前池布置于主引水隧洞末端，位于厂区枢纽河对面山脊上，前池后接压力钢管。明钢管的路线选择在地形地质条件优越的隔界河右岸山脊上，为山麓斜坡地形，地形坡度2252°，避开了滑坡、崩塌、坠石和地表水集中等不利地段。明钢管常采用垂直等高线方向布置，以缩短管道长度，沿山脊布置，管槽开挖边坡为逆向坡。为了避免局部管的产生负压，在地形凸起部分应进行开挖。明钢管沿线应布置排水沟和设置交通通道

14、，在钢管的最低处应设置排水管，在适当位置处应设置进人孔。明钢管的转弯半径为3倍管径，底部高出地面0.6m，以利于安装和检修。顶部低于最小压力线至少2m，以保证不出现真空。 由于发电引水单机流量不大，管道较长，因此压力管道采用单管双机供水方式，正向引进，管道由主管、岔管、支管及附件构成，岔管为对称Y形布置。镇墩型式采用封闭式,支墩采用滑动式支墩，伸缩节位于管道转弯处下游2.5m。四、管壁厚度的确定压力钢管的材料和壁厚选择是水电站压力钢管设计的主要内容之一,钢管壁厚和材料变化使得钢管造价同时发生变化，因此需要在钢管的适当位置改变壁厚和材料，以降低工程造价。根据SL-2003.压力钢管设计规范，钢管

15、所用钢材的性能及技术要求必须符合国家现行有关标准的规定，因此选用Q235C、及Q345C钢材。管道末端允许的最大水锤相对升压为6H<40m, =0.70.5H=40100m, =0.50.3H>100m, <0.3式中：H为静水头，在的变化范围中，低水头时取大值，本工程静水头为445m100m，故取0.25。沿线水击水头由公式计算确定。管壁厚度的计算采用锅炉公式1 ：式中 压力水头（m）； 钢管内半径（m），； 材料容许应力（m），明钢管膜应力区容许应力降低20%，即；管壁计算厚度（m）。焊缝系数，本工程管径小，拟采用单面对接焊的方式，故考虑磨蚀和钢板厚度误差等因素，管壁结构

16、厚度应至少比计算值增加2mm。本工程按增加2mm计。结果如下表2-1：表2-1 压力钢管管壁厚度计算表标号桩号工作水头H（m）钢材型号屈服强度s（MPa）容许应力（MPa）计算厚度t0（mm）结构厚度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中计算数据确定钢管的钢材和壁厚如表2-2：表2-2 钢管的钢材和壁厚选用表 标号桩号钢材型号结构厚度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、镇墩

19、的稳定分析按SL-2003.压力钢管设计规范，镇墩布置在管道的转弯处，长度超过150m的直线管道设置中间镇墩，以承受管道因改变方向而产生的轴向不平衡力，固定管道不允许管道在镇墩处有任何位移。本工程在直管线段大致每隔100m设置一个镇墩，转弯处设置镇墩，共设置了9个封闭式镇墩，支墩每隔6m设一个，共设了115个滑动式支墩。伸缩节布置在镇墩下游2.5m处，以改善镇墩受力条件。镇墩设计根据管道的满水、放空、压水试验、温升和温降等情况分析各力的最不利组合，计算确定镇墩所需的形状和尺寸。镇墩根据满足抗滑稳定和地基承载能力的条件拟定尺寸，并以满足抗倾覆稳定条件进行校核。这里以3#镇墩为例，其他镇墩计算方法

20、相同。（一）计算条件根据钢管的布置情况，3#镇墩的稳定计算已知条件如表2-3：表2-3 3#镇墩的稳定计算已知条件1、钢 管内径（D0）：1平均直径Dm（m）：1.0122、计算管壁厚（t0）：0.01实际厚度t（m）：0.0123、计算水头：上游伸缩节中心水头H1（m）：111.493镇墩上游端管轴水头H2（m）：167.495镇墩下游端管轴水头H3（m）：169.95下游伸缩节中心水头H4（m）：172.1474、管内计算流速（V）：4.459m³/s5、伸缩节止水盒宽（b2）：0.3平均摩擦系数（2）：0.36、支墩摩擦系数（f）：0.17、镇墩上游端至伸缩节轴长（L1）：91

21、.86m镇墩下游端至伸缩节轴长（L2）：2.5m8、支墩间距（l）：6m9、地基与镇墩摩擦系数（f1）：0.510、地基容许承载力（【】）：294kPa11、镇墩上游段管轴敷设角 （）：29°12、镇墩下游段管轴敷设角 （）：38°13、钢 管外径（D1）：1.024m14、抗滑稳定安全系数（K）：1.315、混凝土容重：=2.2t/m316、镇墩与上游侧第一个支墩间距（L3）：6.93m17、镇墩上游侧支墩间距数量（n）： 14个18、上游侧伸缩节与第一个支墩间距（L4）： 0.93m19钢材容重（s）：78.5KN/m320水容重（w）：9.8KN/m321钢管附件增重

22、系数k125%（二）运行条件下作用在镇墩上的基本荷载1上游侧钢管自重的轴向分力（考虑进人孔、伸缩节等附件增重25%）： 下游侧钢管自重的轴向分力（考虑进人孔、伸缩节等附件增重25%）：2镇墩上下游端内水压力 ：上游端： 下游端： 3伸缩节管端水压力： 上游伸缩节： 下游伸缩节： 4温度变化时伸缩节止水盘根对管壁摩擦力：（压缩力取水压力的1.25倍）上游伸缩节： 下游伸缩节： 5温度变化时，支墩对管壁摩擦力：式中： 单位管长钢管自重，钢管附件的附加重量按钢管自重的25%考虑。单位管长管内水重支墩对管壁总摩擦力：6镇墩中弯管水流离心力：7镇墩前、后钢管对镇墩的法向力：镇墩前半跨管的法向力: 镇墩后

23、管段长的法向力: 运行条件下各力汇总见表2-4：表2-4 运行条件下作用在镇墩上的各项力汇总表（单位：KN） A1A11A3A31A5A51A6A61A7A8Q1Q2166.725.761289.191308.0941.6964.36395.44610.5688.4515.6034.6722.54（三）检修条件下的基本荷载1上游侧钢管自重的轴向分力（考虑进人孔、伸缩节等附件增重25%）： 下游侧钢管自重的轴向分力（考虑进人孔、伸缩节等附件增重25%）：2温度变化时伸缩节止水盘根对管壁摩擦力：（压缩力取水压力的1.25倍）上游伸缩节： 下游伸缩节： 3温度变化时，支墩对管壁摩擦力：式中： 单位管

24、长钢管自重，钢管附件的附加重量按钢管自重的25%考虑。支墩对管壁总摩擦力：4镇墩前、后钢管对镇墩的法向力：镇墩前半跨管的法向力: 镇墩后管段长的法向力: 检修条件下各力汇总见表2-5：表2-5 检修条件下作用在镇墩上的各项力汇总表（单位：KN） A1A11A6A61A7Q1Q2166.725.76395.44610.5628.9511.648.74（四）校核条件下（水压试验情况）作用在镇墩上的基本荷载1上游侧钢管自重的轴向分力：下游侧钢管自重的轴向分力（考虑进人孔、伸缩节等附件增重）： 2镇墩上下游端内水压力 ：上游端： 下游端： 3伸缩节管端水压力：上游伸缩节：下游伸缩节：4镇墩前、后钢管对

25、镇墩的法向力：镇墩前半跨管的法向力: 镇墩后管段长的法向力: 校核条件下各力汇总见表2-6：表2-6 校核条件下作用在镇墩上的各项力汇总表（单位：KN） A1A11A3A31A5A51A7Q1Q2166.725.761611.491635.1152.1180.45110.5634.6722.54（五）运行条件下荷载组合后的水平、垂直分力1温升情况(1）自上游方向指向镇墩的轴向力： 水平方向分力：垂直方向分力：(2）自下游方向指向镇墩的轴向力：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：水平总推力：垂直力：2温降情况(1）自上游方向指

26、向镇墩的轴向力： 水平方向分力：垂直方向分力：(2）自下游方向指向镇墩的轴向力：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：水平总推力：垂直力：（六）检修条件下荷载组合后的水平、垂直分力1温升情况(1）自上游方向指向镇墩的轴向力：水平方向分力：垂直方向分力：(2）自下游方向指向镇墩的轴向力：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：水平总推力：垂直力：2温降情况(1）自上游方向指向镇墩的轴向力：水平方向分力：垂直方向分力：(2）自下游方向指向镇墩的轴向力：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：水平总推力:垂直力:（七）校核条件下荷载组合后的水平、垂直分力(1）自上游方向指向镇墩的轴向力：水平方向分力：垂直方向分力：(2）自下游方向指向镇墩的轴向力：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：水平总推力： 垂直力： 各工况计算成果见表2-7：表2-7 计算成果表工况水平推力（KN）所需体积力垂直压力（KN）条件运行工况145.62589.236-210.63温升261.44607.76771.98温降检修工况31.10152.230

28、-71.38温升-711.240.000-482.86温降水压试验情况222.80696.512-117.22所需混凝土体积： V=体积力/3=32 m³所需镇墩最小底面积：S=垂直力/ =5.23 （八）镇墩尺寸的拟定3#镇墩已知条件见表2-8：表2-8 3#镇墩尺寸拟定 的已知条件镇墩转弯角度：=-=-9镇墩转弯半径（m）：R=3.000镇墩宽度计算值1（m）：B1=D1+2×0.4×D1=1.8432镇墩宽度计算值2（m）：B1=D1+0.8=1.824镇墩宽度最小取值（m）：B1=1.8432镇墩宽度实取值（m）：B1=4.000镇墩长度计算值1（m）：L

29、1=S/1.8432=1.31镇墩长度取值（m）：L1=6.000F点管顶混凝土高（m）：h1=1.100钢管顶部混凝土最小高度（m）：h1=1.0003#镇墩尺寸拟定见图2-1：图2-1 镇墩尺寸图1抗倾覆稳定校核(1）求镇墩的重心对A点取矩，镇墩重心计算见表2-9：表2-9 3#镇墩重心计算表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重心点与A点的水平距离：L=/=82.666/28.949=2.856 m则镇墩的重心坐标点x=2-2.856=-0.856镇墩重力就算结果见表2-10：表2-10 3#镇墩重力计算表镇墩底面积：S7=4×6=24镇墩底

31、中心坐标：x=-1镇墩体积：V=115.80钢管内水所占体积：V1=5.10镇墩混凝土体积：V1=110.70（符合要求）镇墩重力（含钢管水）：G=2439.07镇墩重力（不含钢管水）：G=2389.02(2）抗倾覆稳定校核镇墩抗倾覆稳定要求镇墩任一边缘地基上均为压应力，且最大值不超过地基的压应力容许值4，即：且 计算结果见表2-11：表2-11 镇墩稳定校核计算表镇墩地基应力水压试验情况运行工况检修工况温升温降温升温降水平推力力矩（顺时针为正）445.61291.23522.8862.19-1422.48垂直力力矩（顺时针为正）-117.22-210.6371.98-71.38-482.86

32、力矩总和723.51475.72989.98385.94-1510.23垂直力总和2321.852228.442511.052317.651906.16对基础中心偏心距（m）0.310.210.390.17-0.79镇墩上游缘应力（Kpa）66.6073.0363.3880.49142.35镇墩下游缘应力（Kpa）126.89112.67145.88112.6516.50此外镇墩混凝土重力作用形成力矩：345.08钢管水重作用形成力矩：50.04可以得知：镇墩上下游缘应力最小值（Kpa）16.500符合要求可以得知：镇墩上下游缘应力最大值（Kpa）145.88=294符合要求镇墩抗滑安全系数：

33、K=5.217.654.8037.261.342抗滑稳定条件镇墩抗滑稳定应满足下式要求4： 式中 抗滑稳定安全系数； 镇墩与地基间摩擦系数；根据地质勘察结果，取； 抗滑稳定安全系数容许值，根据规范，取； 镇墩垂直方向上的分力；取最不利组合。,满足抗滑稳定性要求。3地基承载稳定条件地基承载稳定应满足下式要求4：式中： 地基承载稳定安全系数；取=2 镇墩底面积；m2。镇墩垂直方向上的分力；取最不利组合。209.25 KPa=249 KPa，满足地基承载稳定性要求。六、支墩的稳定分析（一）计算条件取最不利情况计算，即在运行条件下，温升情况。（二）荷载计算1支墩尺寸拟定如图2-2所示：图2-2 支墩尺

34、寸支墩所受的力主要是水重、钢管重量和钢管与支墩间的摩擦力。2作用在支墩上的钢管自重分力和水重分力：(1)钢管自重分力： 式中符号意义与镇墩计算部分同。(2)钢管中水重分力Qw (每跨管内水重)单位管长管内水重:3钢管与支座间的摩擦力A7：4支墩的自重q： 5求水平与垂直分力以支墩顶面中点为坐标原点，取水平轴x顺水流为正，竖轴y向下为正，求出各力叠加后的水平分力和垂直分力：（三）、抗滑、抗倾覆稳定及地基承载能力校核1.抗滑、抗倾覆稳定校核3 ：Kc=4Kc=1.3满足抗滑稳定性要求。且 支墩抗滑抗倾覆稳定计算见表2-12：表2-12 支墩抗滑抗倾覆稳定校核水平力力矩（顺时针为正）7.09

35、5;1.8=12.8垂直力力矩（顺时针为正）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力矩总和-19.8垂直力总和35.65+27.34=63对基础中心偏心距0.0176支墩下游缘应力（Kpa）37.56>0符合支墩上游缘应力（Kpa）46.43<=294符合故支墩抗滑抗倾覆能力满足要求。2地基承载能力校核在支墩垂直分力的作用下，应保证地基应力不超过地基承载能力4 ，即：满足地基承载力要求。式中： 安全系数，根据规范，。 S1支墩底面积，m2。七、管身应力分析管身应力分析目的：为了检验钢管各个部位强度

36、是否满足强度要求，以及抗外压稳定性是否满足要求。计算部位：跨中断面，支承环旁膜应力区边缘断面和支承环及其旁管壁断面3个基本断面。（一）抗外压稳定核算明钢管外压稳定临界压力为3：0.452 MPa0.2 MPa，满足强度要求。式中： 钢材的弹性模量， 泊松比，（二）钢管受力计算1径向力计算2法向力计算(1）每米钢管自重：(2）每米管长的水重：(3）每跨管重及水重的法向分力Qcos：（三）轴向力计算1钢管自重的轴向分力：2伸缩节处端部内水压力：3温度变化时，伸缩节止水填料与管壁的摩擦力： 4温度变化时，支墩对钢管的摩擦力：忽略水流对管壁的摩擦力，以上轴向力对计算跨均为压力，故总轴向力为：（四）管壁

37、应力计算1跨中断面（1） (1）径向应力：(2）环向应力： 跨中断面环向应力计算结果见表2-13:表2-13 跨中断面径向应力计算表DrPtH（N/mm²）0°10005001.5111015418929°75.33890°10005001.5111015418929°75.553180°10005001.5111015418929°75.767(3）轴向应力：由轴向力引起的轴向应力3 ，其计算结果见表2-14：表2-14 跨中断面轴向应力计算表Artx1（N/mm²）577.64850010-18.387由法向力

38、引起的轴向应力3 ，其计算结果见表2-15：表2-15 跨中断面轴向应力计算表qsqwLMrtx20°3.7447.697600029°3588179850010-4.56990°3.7447.697600029°35881798500100180°3.7447.697600029°35881798500104.569(4）剪应力：因为跨中不产生剪应力，故。(5）强度校验9 ，其计算结果见表2-16：表2-16 跨中断面强度计算表部位=1x1x2xr 管顶点0°75.338-18.387-4.569-22.956-1.507

39、89.518116.325管水平轴线90°75.338-18.3870-18.387-1.51186.742116.325管底点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满足强度要求。2支承环旁膜应力区边缘断面（2） (1）径向应力：忽略跨中断面处与支承环处计算水头的差值，则管壁内表面：管壁外表面：(2）环向应力，其计算结果见表2-17：表2-17 支承环旁膜应力区边缘断面计算表DrPtH（

40、MPa）0°10005001.5291016530429°76.2390°1000500152.91016530429°76.44180°1000500152.91016530429°76.69(3）轴向应力：由管重及管中水重的法向分力引起的轴向应力3 ，其计算结果见表2-18：表2-18 支承环旁膜应力区边缘断面计算表Artx1（N/mm²）577.655001018.387由法向力引起的轴向应力（在距伸缩节三跨以上，可按两端固结计算）3 ，其计算结果见表2-19：表2-19 支承环旁膜应力区边缘断面计算表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）剪应力3 ，其计算结果见表2-20：表2-120 支承环旁膜应力区边缘断面计算表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）强度校验3 ，其计算结果见表2-21：表2-21 支承环旁膜应力区边缘断面强度校验计算表部位=1x1x2xrx （N/mm²）管顶点0°76.2318.3873.82222.209-1.529069.022116.325管水平轴线90°76.4418.387018.387-1.5291.9170.242116.325管底点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满足强度要求。3支承环及其旁管壁断面（3） (1）初拟支承环断面尺寸： 支承环宽度：a=0.03 m，支承环高度：h=0.15 m，管壁计算厚度：t=0.01 m。图2-3 支承环剖面图等效翼缘宽度3 ：支承环净面积：=a(h+t) =0.03×(0.15+0.010)=0.0048 m2支承环有效面积F: =0.03×0.15+(0.03+2×0.055) ×0.010=0.0059m2支承环有效断面重心轴至管中心距离R：支承环有效断面重心轴至支承环截面中心距离c：c=h/2+t+r-R

44、 =0.15/2+0.01+0.5-0.566=0.019 m取支撑反力作用点至支撑环重心轴距离b： b=0.04R=0.04×0.566=0.02264 m支承环有效断面对重心轴的惯性矩JR：相对刚度系数：（2）径向应力：（以拉应力为“+”，压应力为“-”）忽略跨中断面处与支撑环处计算水头的差值，得：管壁内表面：=-9.8×166.621=-1.633 MPa管壁外表面：（3）环向应力：由内水压力引起的环向应力：由支承环横截面上轴力引起的环向应力：由 列表进行计算，其计算结果见表2-22，其中、的计算可参考SL281-2003水电站压力钢管设计规范相关资料。表2-22 支

45、承环及其旁管壁断面计算表计算断面° (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由支承环横截面上弯矩引起的环向应力3 ：计算断面位置与同，计算点分别选管内壁、管外壁及环外壁三处。由

46、列表计算，其计算结果见表2-23，其中、的计算参考SL281-2003水电站压力钢管设计规范相关资料。表2-23 支承环及其旁管壁断面计算表计算断面°K3K4MR（kN·m）4 (MPa)管内壁管外壁环外壁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）轴向应力： 由各轴向力其合力A引起的轴向应力x1 ：由管重及管中水重的法向分力引起的轴向应力x2 (在距伸缩节三跨以上，可按两端固结进行计算，从伸缩节算起共14跨) 3 列表进行计算，其计算结果见表2-24。表2-24 支承环及其旁管壁断面计算表计算断面°0°90