倒虹吸计算书

1、旧寨倒虹吸计算书一、 基本资料设计流量：2.35 m3/s加大流量：2.94 m3/s进口渠底高程：1488.137m进口渠宽：2.0m进口渠道设计水深:1.31m加大流量水深：1.56m出口渠底高程：1487.220m进口渠道设计水深:1.43m加大流量水深：1.70m进出口渠道形式：矩形进口管中心高程：1487.385m出口管中心高程：1486.69m管径DN：1.6m二、设计采用的主要技术规范及书籍1、灌溉与排水工程设计规范GB5028899；2、水电站压力钢管设计规范SL28420033、混凝土结构设计规范SL/T19196；4、水工建筑物抗震设计规范DL50731997；5、小型水电

2、站机电设计手册-金属结构；。6、水力计算手册7、倒虹吸管三、进口段1、渐变段尺寸确定L=C(B1-B2)或L=C1h；C取1.52.5；C1取35：h上游渠道水深；经计算取L=4m；2、进口沉沙池尺寸确定(1) 拟定池内水深H;H=h+TT=（1/31/4）h；T为进口渠底至沉沙池底的高差；取0.8m；(2) 沉沙池宽BB=Q/(Hv)；v池内平均流速0.250.5m/s；经计算取B=3.5m；(3) 沉沙池长LL（45）h经计算取L =8m；(4) 通气孔通气孔最小断面面积按下式计算：；A为通气管最小断面面积m2；Q为通气管进风量，近似取钢管内流量，m3/s；C为通气管流量系数；如采用通气阀

3、，C取0.5；无阀的通气管，C取0.7；为钢管内外允许压力差，其值不大于0.1N/mm2；K为安全系数，采用K=2.8。经计算A=0.0294 m2；计算管内径为0.194m，采用D273(=6mm)的螺旋钢管。四、出口段 倒虹吸管出口消力池，池长L及池深T，按经验公式：L=(34)hT0.5D0+0.3经计算取L =6m，T=1.2m。五、管身段 本倒虹吸管采用Q235B板钢管，经初步布置和拟定后量得钢管长约410m。根据地形在全线设4座镇墩，初定钢管内径DN1600mm，壁厚为14和16mm。下面分别对倒虹吸进行水力计算、钢管和镇墩结构计算：（一） 水力计算倒虹吸的过水能力及总水头损失按灌

4、溉与排水工程设计规范附录N所列公式计算：1、倒虹吸的过水能力按下式计算Q= =C=1/6式中：Q倒虹吸设计流量（m3/s）； 流量系数；=0.383 倒虹吸过水断面面积；=2.01 g重力加速度（m/s2） Z上、下游水位差（m）；0.777m 局部水头损失系数的总和，包括进、出口拦污栅、闸门槽、伸缩节、进人孔、旁通管、转弯段、渐变段等损失系数；闸=0.2，进口=0.5，拦栅=0.5，出口=1，弯头=90，90=0.361#镇墩弯头为14°59，=0.32，弯头1=0.32*0.36=0.1152#镇墩弯头为37°47，=0.63，弯头2=0.63*0.36=0.2273#

5、镇墩弯头为44°4，=0.69，弯头3=0.69*0.36=0.2484#镇墩弯头为11°，=0.25，弯头4=0.25*0.36=0.09弯头=0.68=2.88能量损失系数；=0.015338L倒虹吸总长度（m）；410D管内直径（m）；1.6mC谢才系数；=71.53n糙率；取0.012经计算Q=3.0 m3/s大于加大流量2.94 m3/s；所以选择钢管内径为1.6m是合适的。2、倒虹吸总水头损失按下式计算hw=（+L/D）V2/2gv管道流速设计时为1.17m/s，加大流量时为1.46 m/s。所以设计时hw=0.48m加大时hw=0.74m。（二） 钢管结构计算

6、管壁应力计算，根据水电站压力钢管设计规范SL2812003规定，采用第四强度理论计算，其计算公式为：式中：1、2、3表示任意点作用有三个主应力；z环向正应力；x轴向正应力；y径向正应力；yz、xz、xy剪应力；焊缝系数，取=0.9；相应计算情况的允许应力；不同钢材、板厚，相应计算情况的允许应力见下表表1： 允许应力表钢材钢板厚度(mm)屈服点s(Mpa)允许应力（Mpa）膜应力区局部应力区基本组合=0.55s特殊组合=0.7s基本组合=0.67s特殊组合=0.8sQ235162351291651581881640225124158151180Q3451634519024223127616253

7、251792282182602536315173221211252由于本工程采用了鞍形支墩，设置支承环和刚性环，所以选择以下断面核算应力：断面1：支墩间跨中断面；断面2：加劲环的断面；断面3：支承环的断面；钢管按满水、温升设计，作用在钢管上的主要力有：1）内水压力；2）管重和水重在法向上分力；3）各种轴向力水管自重的轴向分力；温升时管壁沿支墩面的磨擦力；温升时伸缩节内填料的磨擦力；其余各力均较小，忽略不计。以1#至2#镇墩之间的钢管为例说明其计算过程，计算简图如图一：基本数据2#镇墩中心至上游伸缩节接头距离L=57m；2#镇墩中心至下游伸缩节接头距离L=15m；2#镇墩中心处钢管最大静水头H0

8、=107.7m；支墩间距L=5.4m；管轴与水平线夹角=37°47;1、管壁厚度拟定管径D=1.6m，钢管采用Q235B钢板焊接而成，基本荷载=129Mpa，考虑局部应力的基本荷载=158Mpa。本倒虹吸水压试验压力按正常情况最高内水工作压力的1.25倍计算，所以最大设计水头H设=1.25*107.7=134.6m。初估管壁厚度采用降低允许应力至75%,=11.12mm选用管壁计算厚度选=12mm，考虑2mm的防锈厚度，管壁的结构厚度取=14mm。2、管壁弹性稳定计算计算壁厚=12mm<=12.3mm，需设置加劲环。3、加劲环断面及间距计算a、加劲环对管壁影响范围:t=0.78

9、（rc*）0.5=0.78（0.806*0.012）0.5=0.077m；本倒虹吸选择角钢L63×63×6作为加劲环；b、加劲环有效断面面积为：FR= 728.8+77*2*12+63*12=3332.8mm2c、加劲环有效断面重心轴距管中心距R：R=811.2mm注：其中L63×63×6角钢的面积为728.8mm2；重心在距离角钢外缘17.75mm处；惯性矩为233820mm4；d、加劲环有效断面惯性距：J=233820+728.8*18.552+（1/12）*217*123+2604*0.82=517516.5mm4e、计算加劲环的间距：L劲=305

10、3mm加劲环间距为1.8m。4、管壁应力计算断面1的计算a、径向内水压力产生的管壁径向压力y=-P设=1.32MPab、径向内水压力产生的管壁环向应力Z1= (P设*D0)/(2*)=88 MPaZ2很小，忽略不计。c、法向力产生的管壁弯曲轴向应力x1=±M=此处q=（g管+g水+ g地震）cos，D=1.614m，=14mm，L=5.4m，考虑12%的附加重g水=19.71*1.12=22.1kN/m，g管=5.46*1.12 =6.11kN/m，g地震=0.2*2.5*0.25*（22.1+6.11）=3.52 kN/m，cos=cos37°47=0.79故M=92.5

11、2kN.Mx1=±=±3.83MPad、轴向力产生的管壁轴向应力x2=水管自重产生的轴向力A1：考虑12%的附加重A1= g管*L*sin=5.46*57*0.613*1.12=213.7kN伸缩接头处内水压力A5：A5=（D12-D22）H上伸设·=（3.14/4）*（1.628*1.628-1.6*1.6）*70*9.81*1.25=61kN温度升高伸缩接头边缝间的磨擦力A6：A6=D1bfH上伸设·此处b2约为0.1D这里取0.2，2=0.3故A6=×1.628×0.2×0.3×686.7×1.25

12、=263kN温度升高管壁沿支墩面的摩擦力A7：考虑12%的附加重A7=f（g水+g管）Lcos1此处f=0.5=0.5*（19.71+5.46）*1.12*57*0.79=634.7kNA=213.7+61+263+634.7=1172.4kN故x2=-=-19.3MPae、应力校核：按温升情况计算。校核管顶应力时，x取负值（压应力），即x=-3.83-19.3= -23.13MPa1= = =88.7Mpa0.9×129=116.1Mpa2= = =101.56Mpa0.9×129=116.1Mpa3= = =22.5Mpa0.9×129=116.1Mpa断面2

13、（加劲环）的计算计算简图如图2：a、径向内水压力产生的管壁环向应力Z2=（ P设*r0（1-）/FR=7.288+1.2*6.3=14.848cm2=（管壁外缘断面与环计算断面比值）=0.22Z2=68.64MPa（拉）横断面上的正应力x3=±1.816=±35.2 MPa（内缘受拉，外缘受压）x2=-19.3MPa（压，同断面1）管壁外缘应力为：x=-35.2-19.3=-54.5（外缘受压）横断面上剪压力很小可以省去。径向应力： y=-P设=-1.32MPa（压）存在局部应力基本荷载=158Mpa。1=69.3 MPa0.9×158=142.2Mpa2=106

14、.9<0.9×158=142.2Mpa3=53.9MPa0.9×158=142.2Mpa断面3（支承环）的计算计算简图如图3：支承环布置形式见支承环结构图，腹板肋板都采用=18mm的钢板。其影响长度为0.077m。a、 确定支承环的有效断面积：FR=200*18+82*18*2+314*12=10320mm2b、 支承环有效断面重心轴距管中心距R：R=853.28mmc、 支承环有效断面绕横轴惯性距：JR=（18823（1/12）+0.2828218）2+200183（1/12）+18200502+314123（1/12）+12314472=19120263.44mm

15、4支承环重心轴至环外缘、管壁外缘和管壁内缘距离ZR1、和ZR2、ZR3，各为58.72mm、41.28mm和53.28mm。d、 计算由于支承环约束引起的环旁管壁局部轴向应力x3=±1.816=±101.5Mpa= =0.635（管壁外缘断面与环计算断面比值）将x3与前面算得的x1、x2（用断面1算得的应力）相加，得支承环旁管壁总x值。见下表：表2： 支承环旁管壁总x值表轴向应力MPa管壁位置x1x2x3x=0°外缘3.83-19.3-101.5-116.97内缘3.83-19.3101.586.03=180°外缘-3.83-19.3-101.5-124

16、.63内缘-3.83-19.3101.578.37e、计算内水压作用下支承环及其旁管壁的环向应力Z1=（ P设*r0（1-）/=32.12 Mpaf、计算在MR作用下支承环旁管壁内外缘环向应力b采用0.04R，则MR当=0°时，MR=-0.0085GR=-0.9KN.mL=5.4m，g水=19.71kN/m，g管=5.56kN/m，考虑附加重0.12，g地震=0.2*1*0.25*（19.71+5.56）=1.26 kN/m，cos=cos37°47=0.79G=（g管+g水+ g地震）*1.12*Lcos=26.53*5.4*0.79*1.12=126.76KN可得管壁外

17、缘环向应力Z2=-=1.95 Mpa管壁内缘环向应力Z2=-=2.51 Mpa同理当=180°时Z2=-1.95 Mpa外缘Z2=-2.51 Mpa内缘他与=0°时数值相同，但符号相反。支承环有效面积腹板外缘环向应力=0°时Z2=-=2.29 Mpa当=180°时Z2=-2.29 Mpag、 计算NR作用下支承环旁管壁环向应力当=0°时NR=5.84kN得环向应力Z3=0.57 Mpa当=180°时Z3=-0.57 Mpa把以上算得的Z1、Z2、Z3相加，得总Z见下表：表3： 总Z值表环向应力MPa管壁位置Z1Z2Z3Z=0°

18、;外缘32.121.950.5734.64内缘32.122.510.5735.2=180°外缘32.12-1.95-0.5729.6内缘32.12-2.51-0.5729.04h、 强度校核因剪应力在=0°、180°处可忽略，求合成应力2值。从表1、表2中可以明显看出，在=0°、180°处，管壁外缘合成应力2值较大，起控制作用。计算结果如下：=0°处，管壁外缘2=137.6 MPa0.9×158=142.2Mpa=180°处，管壁外缘2=141.8 MPa0.9×158=142.2Mpa支承环腹板外缘的合

19、成环向拉应力在=90°处的支承点下边为最大，即=90°（下）处：MR=0.01GR=0.01*126.76*0.85328=1.08kN.m腹板外缘环向拉应力Z2=3.32MpaNR=31.69kN得环向应力Z3=3.1Mpa前边e中以计算Z1=32.12 Mpa将以上三个环向拉应力叠加，得腹板腹板外缘环向拉应力为：Z=Z1+Z2+Z3=32.12+3.32+3.1=38.54 MPa0.9×158=142.2Mpa以上计算结果设计内水压力都是以2#镇墩中心处钢管设计内水压力来计算的比实际略大些，偏于安全。5、钢管抗外压稳定计算支承环同时起着加劲环的作用，现校核管

20、壁、加劲环和支承环的抗外压是否稳定。a、 钢管光滑管部分首先求出 =0.444=66.67=2.25n=2.74*()0.5（）0.25=5.19取n=5、n=6计算中间段管壁稳定性：式中=0.3，当n=5时Pcr=2.47MPa当n=6时Pcr=2.74MPa取Pcr最小值，即n=5时，得Pcr=2.47MPa>0.2 MPa，固本钢管光滑管部分不会失稳。b、 加劲环管段先按公式进行稳定计算得:=0.34 MPa>0.2 MPa;再按公式进行强度校核得=0.54 MPa>0.2 MPa;计算结果表明加劲环稳定和强度都满足要求。c、 支承环段按公式进行稳定计算得:=10.77

21、MPa>0.2 MPa;再按公式进行强度校核得=1.68 MPa>0.2 MPa;计算结果表明支承环稳定和强度都满足要求。从以上的计算结果表明所选管壁厚度、支座间距、加劲环及支承环满足运行工况下温升条件的强度要求。（三） 镇墩结构计算根据工程的地质情况和镇墩所处位置的设计内水压力，选择1#和2#镇墩作为代表进行计算：1、1#镇墩1#镇墩中心至上游伸缩节接头距离L=44m；1#镇墩中心至下游伸缩节接头距离L=57m；1#镇墩中心处钢管工作水头Hg=36.22m；1#镇墩上游伸缩接头处工作水头H上伸设=20m；1#镇墩下游伸缩接头处设计水头H上伸设=71m；1#镇墩上游管段倾角1=22

22、°47；1#镇墩下游管段倾角2=37°47；1#镇墩上游管段管壁厚上=14mm；1#镇墩上游管段管壁厚下=14mm；镇墩材料采用c15钢筋砼，容重24kN/m3，镇墩地基为粉砂质板岩，砼与地基的磨擦系数f=035，地基承载力=0.350.8Mpa。如图4：1) 运行条件下作用在镇墩上的基本荷载a、 钢管自重的轴向分力A1上游侧A1=g管Lsin1此处D=1.6m，g管=（D+）××r钢=5.46kN/m计入附加增重12%，故A1=5.46×44×sin22°47×112%=104.2 kN下游侧A1=g管Lsin2

23、=5.46×57×sin37°47×112%=213.7 kNb、 镇墩上、下游内水压力A3上游端A3=r2* r水H=3.14*0.8*0.8*9.81*35.2 =693.94 kN下游端A3=r2* r水H=3.14*0.8*0.8*9.81*37.8 =745.2 kNc、 伸缩节管端水压力A5上游伸缩节A5=（/4）*（D12-D22）r水H上伸设=（3.14/4）*（1.6282-1.62）9.81*20 =13.92 kN下游伸缩节A5=（/4）*（D12-D22）r水H下伸设=（3.14/4）*（1.6282-1.62）9.81*71 =

24、49.42 kNd、 温度变化时，伸缩节止水盘根对管壁摩擦力A6，考虑在进行水压试验时不应产生漏水现象，盘根压缩力取为计算水压力的1.25倍。上游伸缩节A6=1.25D1b22r水H上伸设=3.14*1.628*0.3*0.2*9.81*20*1.25=75.22 kN下游伸缩节A6=1.25D1b22r水H下伸设=3.14*1.628*0.3*0.2*9.81*71*1.25=267kN此处b2约为0.1D这里取0.2，2=0.3e、 温度变化时，支墩对管壁的摩擦力A7上游方向A7=（g管+ g水）lcos1计入附加增重12%，A7=（5.46+ 19.71）*5.4*0.5*cos22&#

25、176;47*1.12=70 kN总共有7个支墩A7=70*7=490 kN下游方向A7=（5.46+ 19.71）*5.4*0.5*cos37°47*1.12=60 kN总共有9个支墩A7=60*9=540 kNf、 镇墩中弯管水流离心力A8A8= A8=（v2/g）*（3.14/4）*r水D02=（1.5*1.5/9.81）*（3.14/4）*9.81*1.6*1.6=4.52 kNg、 镇墩前、后钢管对镇墩的法向力镇墩前、后钢管自重及水重形成对镇墩的法向分力。计算时，镇墩上游侧只计入半个支墩跨段，镇墩下游侧则计算至伸缩节，如果伸缩节布置在镇墩中间也计入半个支墩跨段。小型水电站机

26、电设计手册-金属结构P419页。镇墩前半跨管的法向力Q=(g管+ g水）l/2*cos1=28.2*6.1/2*0.92=79.1 kN镇墩后钢管的法向力Q=(g管+ g水）* l/2*cos2=28.2*5.4/2*0.79=60.15kN2）检修条件下镇墩的基本荷载a、钢管自重的轴向分力A1上游侧A1=5.46×44×sin22°47×112%=104.2 kN下游侧A1=g管Lsin2=5.46×57×sin37°47×112%=213.7 kNb、温度变化时，伸缩节止水盘根对管壁摩擦力A6上游伸缩节A6=7

27、5.22 kN kN下游伸缩节A6=267kNc、温度变化时，支墩对管壁的摩擦力A7上游侧A7=5.46*5.4*0.5*cos22°47*1.12*7=106.6 kN下游侧A7=5.46*5.4*0.4*cos37°47*1.12*9=117.4 kNd、镇墩前、后钢管对镇墩的法向力Q= g管l/2*cos1=6.11*6.1/2*0.92=17.14 kN镇墩后钢管的法向力Q= g管L*cos2=6.11*5.4/2*0.79=13kN3）校核情况下，作用于镇墩的基本荷载水压试验的压力按正常情况设计压力的1.25倍。a、钢管自重的轴向分力A1上游侧A1=5.46

28、15;44×sin22°47×112%=104.2 kN下游侧A1=g管Lsin2=5.46×57×sin37°47×112%=213.7 kNb、镇墩上、下游内水压力A3上游端A3=693.94 *1.25=867.43kN上游端A3= 745.2*1.25=931.5 kNc、 伸缩节管端水压力A5上游伸缩节A5=13.92*1.25=17.4 kN下游伸缩节A5=49.42*1.25=61.78 kN镇墩前、后钢管对镇墩的法向力Q=79.1 kN镇墩后钢管的法向力Q=60.15kN4）荷载组合后的水平、垂直分力（1）运

29、行工况升温时a、 自上游方向指向镇墩A= A1+ A3+ A5+ A6+ A7+ A8 =104.2+693.94+13.92+75.22+490+4.52 =1381.8 kN水平方向分力Acos1=1381.8*0.92=1271.3 kN（右）垂直方向分力Asin1=1381.8*0.387=534.8kN（下）b、 自下游方向指向镇墩A= A3+ A5+ A6+ A7+ A8- A1=745.2+49.42+267+540+4.52-213.7=1392.44kN水平方向分力Acos2=1392.44*0.79=1100kN（左）垂直方向分力Asin2=1285.4*0.612=852

30、kN（上）c、 法向力Q的水平分力Qsin1=79.1*0.387=30.61 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=79.1*0.92=72.772 kN（下）Q的水平分力Qsin2=60.15*0.612=36.82kN（左）Q的垂直分力Qcos2=60.15*0.79=47.5 kN（下）所以升温时总的水平推力和垂直力分别为：x=1271.3-1100-30.61-36.82=103.87kN（右）y=534.8-852+72.77+47.5=-196.93 kN（上）降温时a、 自上游方向指向镇墩A= A1+ A3+ A5- A6-A7+ A8=104.2+693.94+13.92-75.

31、22-490+4.52 =251.36kN水平方向分力Acos1=251.36*0.92=231.25 kN（右）垂直方向分力Asin1=251.36*0.387=97.3kN（下）b、 自下游方向指向镇墩A= A3+ A5- A6- A7+ A8- A1=745.2+49.42-267-540+4.52-213.7=-221.56 kN水平方向分力Acos2=221.56*0.79=175 kN（右）垂直方向分力Asin2=221.56*0.612=135.6kN（下）c、 法向力Q的水平分力Qsin1=79.1*0.387=30.61 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=79.1*0.92=

32、72.772 kN（下）Q的水平分力Qsin2=60.15*0.612=36.82kN（左）Q的垂直分力Qcos2=60.15*0.79=47.5 kN（下）所以降温时总的水平推力和垂直力分别为：x=231.25+175-30.61-36.82=338.82 kN（右）y=97.3+135.6+47.5+72.77=353.17kN（下）（2）检修状况升温时a、 自上游方向指向镇墩A= A1+ A6+ A7=104.2+75.22+106.6=286.02 kN（右）水平方向分力Acos1=286*0.92=263.1kN（右）垂直方向分力Asin1=286*0.387=110.7kN（下）b

33、、 自下游方向指向镇墩A= A6+ A7- A1=267+117.2-213.7=170.5 kN水平方向分力Acos2=170.5*0.79=137.7kN（左）垂直方向分力Asin2=170.5*0.612=104.3kN（上）c、 法向力Q的水平分力Qsin1=17.14*0.387=6.64 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=17.14*0.92=15.77 kN（下）Q的水平分力Qsin2=13*0.612=8kN（左）Q的垂直分力Qcos2=13*0.79=10.27 kN（下）所以升温时总的水平推力和垂直力分别为：x=263.1-137.7-6.64-8=110.76kN（右）y

34、=110.7-104.3+15.77+10.27=32.44 kN（下）降温时a、 自上游方向指向镇墩A= A1- A6-A7=104.2-75.22-106.6=-77.62kN（左）水平方向分力Acos1=77.62*0.92=71.41 kN（左）垂直方向分力Asin1=77.62*0.387=30kN（上）b、 自下游方向指向镇墩A=A1+ A6+ A7=213.7+267+117.2=597.9 kN水平方向分力Acos2=597.9*0.79=472.34 kN（右）垂直方向分力Asin2=597.9*0.612=365.79kN（下）d、 法向力Q的水平分力Qsin1=17.14

35、*0.387=6.64 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=17.14*0.92=15.77 kN（下）Q的水平分力Qsin2=13*0.612=8kN（左）Q的垂直分力Qcos2=13*0.79=10.27 kN（下）所以降温时总的水平推力和垂直力分别为：x=-71.41+472.34-6.64-8=386.29 kN（右）y=-30+365.79+15.77+10.27=361.83 kN（下）（3）校核状况（水压实验）a、 自上游方向指向镇墩A= A1+A3+A5=104.2+867.43+17.4=989.03kN（右）水平方向分力Acos1=989.03*0.92=909.91 kN（

36、右）垂直方向分力Asin1=989.03*0.387=382.75kN（下）b、 自下游方向指向镇墩A= A3+ A5- A1=931.5+61.78-213.7=779.58 kN（左）水平方向分力Acos2=779.58*0.79=615.87 kN（左）垂直方向分力Asin2=779.58*0.612=477.1kN（上）d、 法向力Q的水平分力Qsin1=79.1*0.387=30.61 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=79.1*0.92=72.772 kN（下）Q的水平分力Qsin2=60.15*0.612=36.82kN（左）Q的垂直分力Qcos2=60.15*0.79=47.5

37、 kN（下）所以总的水平推力和垂直直力分别为：x=909.91-615.87-30.61-36.82=226.61kN（右）y=382.75-477.1+72.77+47.5=25.92 kN（下）计算成果列于下表，表4 计算成果表序号 工作条件作用力运行工况检修状况水压试验升温降温升温降温1水平力（kN）向右为正103.87338.82110.76382.29226.612垂直力（kN）向下为正-196.93353.1732.44361.8325.925）镇墩抗滑稳定需要的体积力Gd=K：抗滑稳定系数，1.31.5；f：镇墩与地基见摩擦系数这里取0.35：x：平行于地基开挖面推力之和，kN；

38、y：垂直于地基开挖面分力之和，kN，当y指向地基面取负，背向地基面取正；由以上计算表明，在检修钢管温度下降的条件需要镇墩稳定体积最大。Gd=1277 kN所需镇墩体积为：V计=53m3镇墩实际采用体积为：V实=99 m3V计=60m3，满足要求。6）地基应力校核a、计算镇墩各部分重量G1=3.227*1.355*4/2*24=209.88kNG2=1.355*2*4*24=260.16 kNG3=3.645*1.531*4/2*24=267.86 kNG4=3.645*3.696*4*24=1293 kNG5=2.5*2.5*4*24=600 kNG5=3.14*0.8*0.8*5.24*24

39、=252.7 kN由以上可得镇墩的实际重量为：G=（G1+G2+G3+G4+G5）-G6=2378.2 kNb、求合力作用点和偏心距以镇墩上游侧A为矩心，取各力对A点的矩，并求出总力矩M，如下表：表5 计算成果表力（kN）力臂（m）力矩（kN、m）x=382.29 2.14818Yn=361.832.931060G1=209.88 2/3×1.355=0.903189.5G2=260.16 1.355/2=0.68176.9G3=267.86 1.355+1/3(3.645)=2.57688.4G4=1293 1.355+3.645/2=3.184111.7G5=600 2.5+2.

40、5/2=3.752250G6=252.7 2.93-740.4M=9294.5-740.4=8554.1kN·myn+G=361.83+2378.2=2740kN合力作用距A点的距离为：=3.12m偏心距e=3.12-=0.62=0.833m，满足要求。c、地基承载力校核=（1+） =（1±）max=（1±） =239kN/m2=0.239Mpa0.55Mpa安全min=（1-） =35kN/m2=0.035Mpa0.55Mpa安全2、2#镇墩2#镇墩中心至上游伸缩节接头距离L=57m；2#镇墩中心至下游伸缩节接头距离L=15m；2#镇墩中心处钢管工作水头Hg=1

41、07.4m；2#镇墩上游伸缩接头处工作水头H上伸设=71m；2#镇墩下游伸缩接头处设计水头H上伸设=107.7m；2#镇墩上游管段倾角1=37°47；2#镇墩下游管段倾角2=0；2#镇墩上游管段管壁厚上=14mm；2#镇墩上游管段管壁厚下=16mm；镇墩材料采用c150钢筋砼，做一层M7.5浆砌石作为基础，容重24kN/m3，镇墩地基为松软岩组，做一层M7.5浆砌石作为基础，镇墩与地基的磨擦系数f=0.3，地基承载力=0.120.2Mpa。如图5：2) 运行条件下作用在镇墩上的基本荷载a、 钢管自重的轴向分力A1上游侧A1=g管Lsin1此处D=1.6m，g管=（D+）×&

42、#215;r钢=5.46kN/m计入附加增重12%，故A1=5.46×57×sin37°47×112%=213.7 kN下游侧A1=g管Lsin2=0 kNb、 镇墩上、下游内水压力A3上游端A3=r2* r水H=3.14*0.8*0.8*9.81*106.3 =2095.62kN下游端A3=r2* r水H=3.14*0.8*0.8*9.81*107.7 =2123.22 kNc、 伸缩节管端水压力A5上游伸缩节A5=（/4）*（D12-D22）r水H上伸设=（3.14/4）*（1.6282-1.62）9.81*71 =49.42kN下游伸缩节A5=（/

43、4）*（D12-D22）r水H下伸设=（3.14/4）*（1.6322-1.62）9.81*107.7 =85.8 kNd、 温度变化时，伸缩节止水盘根对管壁摩擦力A6，考虑在进行水压试验时不应产生漏水现象，盘根压缩力取为计算水压力的1.25倍。上游伸缩节A6=1.25D1b22r水H上伸设=3.14*1.628*0.3*0.2*9.81*71*1.25=267 kN下游伸缩节A6=1.25D1b22r水H下伸设=3.14*1.632*0.3*0.2*9.81*107.7*1.25=406kNe、 温度变化时，支墩对管壁的摩擦力A7上游方向A7=（g管+ g水）lcos1计入附加增重12%，A

44、7=（5.46+ 19.71）*5.4*0.5*cos37°47*1.12=60kN总共有11个支墩A7=（5.46+ 19.71）*57*0.5*cos37°47*1.12=635kN下游方向A7=（6.25+ 19.71）*15*0.5*cos0*1.12=172 kNf、 镇墩中弯管水流离心力A8A8= A8=（v2/g）*（3.14/4）*r水D02=（1.5*1.5/9.81）*（3.14/4）*9.81*1.6*1.6=4.52 kNg、镇墩前后半跨管的法向力Q=(g管+ g水）l/2*cos1=28.2*2/2*0.79=22.3 kN镇墩后钢管的法向力Q=(

45、g管+ g水）* l/2*cos2=29.1*7/2*1=101.8kN2）检修条件下镇墩的基本荷载a、钢管自重的轴向分力A1上游侧A1=5.46×57×sin37°47×112%=213.7 kN下游侧A1=0b、温度变化时，伸缩节止水盘根对管壁摩擦力A6上游伸缩节A6=267kN下游伸缩节A6=406kNc、温度变化时，支墩对管壁的摩擦力A7上游侧A7=5.46*57*0.5* cos37°47*1.12=137.7 kN下游侧A7=6.25*15*0.5*cos0°*1.12=46.9kNd、镇墩前后半跨管的法向力Q=g管l/2

46、*cos1=6.11*2/2*0.79=5 kN镇墩后钢管的法向力Q=g管* l/2*cos2=7.1*7/2*1=25kN3）校核情况下，作用于镇墩的基本荷载水压试验的压力按正常情况设计压力的1.25倍。a、钢管自重的轴向分力A1上游侧A1=213.7 kN下游侧A1=0b、镇墩上、下游内水压力A3上游端A3=2095.62 *1.25=2619.53kN上游端A3= 2123.22*1.25=2654 kNc、 伸缩节管端水压力A5上游伸缩节A5=49.42*1.25=61.78 kN下游伸缩节A5=85.8*1.25=107.3 kNd、镇墩前后半跨管的法向力Q=22.3 kNQ=101

47、.8kN4）荷载组合后的水平、垂直分力（1）运行工况升温时a、 自上游方向指向镇墩A= A1+ A3+ A5+ A6+ A7+ A8 =213.7+2095.62+49.42+267+635+4.52 =3265.26kN水平方向分力Acos1=3265.3*0.79=2579kN（右）垂直方向分力Asin1=3265.3*0.612=1998.4kN（下）b、 自下游方向指向镇墩A= A3+ A5+ A6+ A7+ A8- A1=2123.22+85.8+406+172+4.52=2792kN（左）镇墩后管段为水平段，A无垂直力；c、 法向力Q的水平分力Qsin1=22.3*0.612=13

48、.7 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=22.3*0.79=17.7kN（下）Q的垂直分力Qcos2=101.8*1=101.8 kN（下）所以升温时总的水平推力和垂直力分别为：x=2579-2792-13.7=-226.7kN（左）y=1998.4+101.8+17.7=2117.9kN（下）降温时a、 自上游方向指向镇墩A= A1+ A3+ A5- A6-A7+ A8=213.7+2095.62+49.42-267-635+4.52 =1461.26kN水平方向分力Acos1=1461.3*0.79=1154.4 kN（右）垂直方向分力Asin1=1461.3*0.612=894.3kN（

49、下）b、 自下游方向指向镇墩A= A3+ A5- A6- A7+ A8=2123.22+85.8-406-172+4.52=1635.5 kN（左）c、 法向力Q的水平分力Qsin1=22.3*0.612=13.7 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=22.3*0.79=17.7kN（下）Q的垂直分力Qcos2=101.8*1=101.8 kN（下）所以降温时总的水平推力和垂直力分别为：x=1154.4-1635.5-13.7=-494.8kN（左）y=894.3+17.7+101.8=1013.8kN（下）（2）检修状况升温时a、 自上游方向指向镇墩A= A1+ A6+ A7=213.7+26

50、7+137.7=618.4 kN（右）水平方向分力Acos1=618.4*0.79=488.5kN（右）垂直方向分力Asin1=618.4*0.612=378.46kN（下）b、 自下游方向指向镇墩A= A6+ A7=406+46.9=452.9kN（左）c、 法向力Q的水平分力Qsin1=5*0.612=3.06 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=5*0.79=3.95kN（下）Q的垂直分力Qcos2=25*1=25 kN（下）所以升温时总的水平推力和垂直力分别为：x=488.5-452.9-3.06=32.54kN（右）y=378.46+3.95+25=407.41kN（下）降温时a、 自

51、上游方向指向镇墩A= A1- A6-A7=213.7-267-137.7=-191kN（左）水平方向分力Acos1=191*0.79=151 kN（左）垂直方向分力Asin1=191*0.612=117kN（上）b、 自下游方向指向镇墩A= A6+ A7=406+46.9=452.9kN（右）c、 法向力Q的水平分力Qsin1=5*0.612=3.06 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=5*0.79=3.95kN（下）Q的垂直分力Qcos2=25*1=25 kN（下）所以降温时总的水平推力和垂直力分别为：x=452.9-151-3=298.9kN（右）y=117-3.95-25=88kN（上）

52、（3）校核状况（水压实验）a、 自上游方向指向镇墩A= A1+A3+A5=213.7+2619.53+61.78=2895.01kN（右）水平方向分力Acos1=2895*0.79=2287 kN（右）垂直方向分力Asin1=2895.01*0.612=1771kN（下）b、 自下游方向指向镇墩A= A3+ A5=2654+107.3=2761.3 kN（左）c、 法向力Q的水平分力Qsin1=22.3*0.612=13.7 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=22.3*0.79=17.7kN（下）Q的垂直分力Qcos2=101.8*1=101.8 kN（下）所以总的水平推力和垂直直力分别为：x=2287-2761.3-13.7=-488 kN（左）y=1771+17.7+101.8=1890.5kN（下）计算成果列于下表，表6 计算成果表序