镇墩结构计算

1、水电站压力钢管镇墩抗滑稳定及地基应力计算1、设计依据及参考资料 （1）设计依据：水电站压力钢管设计规范（DL/T 5141-2001） （1）参考资料：小型水电站机电设计手册 金属结构 水电站（第三版） 河海大学 刘启钊主编2、设计基本资料 压力钢管引用流量Q = 23.60 m3/s 压力钢管内径D0=3.00 m 压力钢管壁厚t =0.012 m 压力钢管满负荷时管内流速 v03.339 m/s 钢材重度s=76.93kN/m 水的容重w=9.80kN/m 砼的容重h=24.00kN/m 镇墩上游钢管倾角1=0.722 镇墩下游钢管倾角2=0.000 镇墩上游伸缩节至镇墩距L1=40.14

2、1m 镇墩下游伸缩节至镇墩距离L2=4.500m 镇墩上游伸缩节中心计算水H1=41.400m 镇墩下游伸缩节中心计算水头H2=72.240m 镇墩上游端钢管中心计算水头H3=68.130m 镇墩下游端钢管中心计算水头H4=72.240m 镇墩上游段钢管支座个数n =4个 镇墩上游段钢管支座间距l =9.000m 套管式伸缩节套管外径D1=3.024m 套管式伸缩节套管内径D2=3.000m 套管式伸缩节止水盘根沿管轴向长度b1=0.300m 套管式伸缩节止水填料与钢管摩擦系数 10.400 镇（支）墩与地基摩擦系数f=0.400 支墩与钢管之间摩擦系数f=0.100 镇墩中钢管长度L=11.

3、827m 地基容许承载力d=200kPa3、作用在镇墩上的基本荷载3.1 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%）（单位管长管内水重）单位管长钢管自重qs和单位管长管内水重qw计算表D0tswqsqw3.000.01 76.939.809.7869.273.2 运行工况下作用在镇墩上的基本荷载 在计算升缩节止水盘根对管壁摩擦力时，考虑在进行压水实验时不应产生漏水现象，盘根压缩力可取为计算水压力的1.25倍。序号荷载名称管段计算公式结果温升温降1钢管自重的轴向分力上游段4.9484.948下游段002内水压力上游

4、段4719.5094719.509下游段5004.2185004.2183伸缩节端水压力上游段46.06946.069下游段80.38880.3884温度变化时，伸缩节止水盘根对管壁摩擦力上游段578.162-578.162下游段1008.85-1008.855温度变化时，支墩对管壁的摩擦力上游段281.741-281.7416弯管水流离心力弯管段78.71378.7137镇墩前半跨管的法向力355.724355.724镇墩厚管段长的法向力355.752355.7523.3 检修工况下作用在镇墩上的基本荷载()ssttDqgp+=025. 1wwDqgp2025. 0=111sinaLqAs=

5、221sinaLqAs=32034HDAwgp=42034HDAwgp=1111625. 1HbDAwgmp=2111625. 1HbDAwgmp=()17cosalfqqnAws+=wgvDAAgp2020884= =1cos21alqqQws）（+=12cos)(aLqqQws+= ()1222154HDDAwgp-=()2222154HDDAwgp-=序号荷载名称管段计算公式结果温升温降1钢管自重的轴向分力上游段4.9484.948下游段002温度变化时，伸缩节止水盘根对管壁摩擦力上游段578.162-578.162下游段1008.85-1008.853温度变化时，支墩对管壁的摩擦力上游

6、段34.868-34.8684镇墩前半跨管的法向力44.02544.025镇墩厚管段长的法向力44.02844.0283.4 校核工况下作用在镇墩上的基本荷载 校核工况下的基本荷载只有水压试验时的作用力，水压试验的压力按正常设计水压力的1.25倍计算序号荷载名称管段计算公式结果温升温降1钢管自重的轴向分力上游段4.9484.948下游段002内水压力上游段5899.3875899.387下游段6255.2726255.2723伸缩节端水压力上游段57.58757.587下游段100.485100.4854镇墩前半跨管的法向力355.724355.724镇墩厚管段长的法向力355.752355.

7、7524、荷载组合111sinaLqAs=221sinaLqAs=11116HbDAwgmp=21116HbDAwgmp=17c o sal fn qAs=1c o s21alqQs=12cosaLqQs= 111sinaLqAs=221sinaLqAs=3203425.1HDAwgp=4203425.1HDAwgp=1cos21alqqQws）（+=12cos)(aLqqQws+= ()122215425. 1HDDAwgp-=()222215425. 1HDDAwgp-=4.1 运行工况下荷载组合名称方向计算公式结果温升温降自上游指向镇墩的力合力5709.1423989.336水平分力（）

8、5708.6893989.019垂直分力（）71.92150.255自下游指向镇墩的力合力6172.1694154.469水平分力（）-6172.169 -4154.469垂直分力（）00镇墩前法向力水平分力（）-4.481-4.481垂直分力（）355.696355.696镇墩后法向力水平分力（）00垂直分力（）355.752355.752总的作用力水平分力（）-467.961-169.931垂直分力（）783.369761.7034.2 检修工况下荷载组合名称方向计算公式结果温升温降自上游指向镇墩的力合力617.978-608.082水平分力（）617.929-608.034垂直分力（）7

9、.785-7.66自下游指向镇墩的力合力1008.85-1008.85水平分力（）-1008.851008.85垂直分力（）00镇墩前法向力水平分力（）-0.555-0.555垂直分力（）44.02244.022镇墩后法向力水平分力（）00垂直分力（）44.02844.028总的作用力水平分力（）-391.476400.261垂直分力（）95.83580.394.1 校核工况下荷载组合名称方向计算公式结果+=765831AAAAAAA1c o sa A1s i na A + + + + + = 765831AAAAAAA2c o sa A2s i na A1c o saQ 1s i naQ 2

10、s i naQ 2c o saQ 2121coscoscoscosaaaaQQAAX + +=2121sinsincossinaaaaQQAAY + +=1c o sa A1s i na A + = 61AAA2c o sa A2s i na A1c o saQ 1s i naQ 2s i naQ 2c o saQ 2121coscoscoscosaaaaQQAAX + +=2121sinsincossinaaaaQQAAY + += +=761AAAA温升温降自上游指向镇墩的力合力5961.9225961.922水平分力（）5961.4495961.449垂直分力（）75.10575.105

11、自下游指向镇墩的力合力6355.7576355.757水平分力（）-6355.757 -6355.757垂直分力（）00镇墩前法向力水平分力（）-4.481-4.481垂直分力（）355.696355.696镇墩后法向力水平分力（）00垂直分力（）355.752355.752总的作用力水平分力（）-398.789-398.789垂直分力（）786.553786.553计算成果列于表1-1序号作用力运行工况检修工况校核工况温升温降温升温降温升温降1水平推力（kN）-467.961-169.931-391.476400.261-398.789-398.7892垂直压力（kN）783.369761.

12、70395.83580.39786.553786.5533所需体积力（kN）-2538.223-1398.944-1563.871420.589-2282.012 -2282.012注：体积力公式： K为抗滑稳定安全系数，K=1.31.5，本次取1.5由表1-1得:体积力为：Gd=1420.589kN最大垂直力：786.553kN5、镇墩体积计算 弯管水重：819.281kN计算镇墩体积：25.055 m3最小基础面积：22.071 m26、拟定镇墩尺寸 镇墩实际体积力 Gd=9223.000kN+=531AAAA1c o sa A1s i na A + + = 531AAAA2c o sa

13、A2s i na A1c o saQ 1s i naQ 2s i naQ 2c o saQ 2121coscoscoscosaaaaQQAAX + +=2121sinsincossinaaaaQQAAY + +=YfXKdS-S=G=gp4G20wDL=-=hwddGGgV =ddRsav1名称方向计算公式 镇墩基础面宽度（垂直水流方向） b=4.000m 镇墩基础面长度（顺水流方向）h=14.089m 镇墩合力作用点与镇墩基础面高差 h1=3.500m 镇墩合力作用点与镇墩基础面形心距离 l1=0.833m 镇墩重力作用点与镇墩基础面形心距离 l2=-0.197m表1-2 镇 墩 地 基 应

14、 力项目运行工况检修工况校核工况镇墩重力作用温升温降温升温降温升温降水平推力力矩-1637.864-594.759-1370.1661400.914-1395.762-1395.762垂直推力力矩652.546634.49979.83166.965655.199655.1992337.994力矩之和1352.6762377.7341047.6593805.8731597.4311597.431垂直力总和10006.3699984.7039318.8359303.39010009.55310009.553对基础偏心距0.1350.2380.1120.4090.160.16镇墩上游缘应力187.7

15、64195.129173.244193.836189.715189.715镇墩下游缘应力167.348159.215157.47136.329165.511165.511表1-3 镇 墩 抗 滑 安 全 系 数计算式运行工况检修工况校核工况温升温降温升温降温升温降8.55323.5039.5229.29710.0410.047、分析与结论由表1-2可知镇墩上下游缘未出现拉应力，且最大压应力为195.129kPa小于地基容许应力，满足要求。 由表1-3可知镇墩抗滑稳定安全系数大于1.5，满足要求。()xyGfKdSS+=水电站压力钢管支墩抗滑稳定及地基应力计算1、设计依据及参考资料 （1）设计依

16、据：水电站压力钢管设计规范（DL/T 5141-2001） （1）参考资料：小型水电站机电设计手册 金属结构 水电站（第三版） 河海大学 刘启钊主编2、设计基本资料 压力钢管内径D0=3.00 m 压力钢管壁厚t =0.012 m 压力钢管敷设角 0.722 钢材重度s=76.93kN/m 水的容重w=9.80kN/m 砼的容重h=24.00kN/m 支座间距l =9.000m 支墩与地基摩擦系数f1=0.400 支墩与钢管之间摩擦系数f2=0.100 地基容许承载力d=250kPa3、作用在镇墩上的基本荷载 1、钢管每米自重qs8.735kN 2、每米钢管中水重qw69.272kN 3、每跨

17、钢管法向力526.888kN 4、支座顶部摩擦力At52.689kN 5、力的组合对支座基础面上分力：温升时，水平分力H387.756kN （）温升时，垂直分力V360.600kN （）温降时，水平分力H308.671kN （）温降时，垂直分力V430.243kN （）4、抗滑稳定需要的支墩体积 1、温升时，抗滑稳定要求墩体重量Gd：1093.485kN此重量对应体积45.562 m3 2、温降时，抗滑稳定要求墩体重量Gd：727.273kN()=+=ssttDqgp0=WwDqgp2025. 0()=+=+ac o slqqQQwsws()=+=WstQQfA2=+=aac o ssin)(

18、twsAQQH=-+=aas inc o s)(twsAQQV=-+=aac o ss in)(twsAQQH=+=aas inc o s)(twsAQQV=-=VfK HG d1=hddGVg/=-=VfK HG d1此重量对应体积30.303 m3由此可得，体积按温升条件 决定4、支墩地基应力校核 拟定支墩基础面长度L =1.500 m 拟定支墩基础面宽度B=1.400 m 拟定钢管作用力离基础中心水平距离l =0.012 m 拟定钢管作用力离基础中心垂直距离h=0.012 m 拟定支墩自重Gd=2.000kN 拟定支墩重心离基础中心水平距离l0 =0.012 m 1、温升时地基应力计算：力矩总和M0.350kNm总的垂直力V362.600kN垂直力的偏心距e0.001地基应力173.195kPa (