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文档简介
压力钢管(明管)结构计算书,,,,,,,,
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》(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),,,,,,,,
,,,,,,,,,
2设计基本资料,,,,,,,,
设计引用流量………………Q=,,,,,16.000m³/s,,,
钢材的弹性模量……………E=,,,,,206000N/mm²,,,
钢材的泊松比………………μ=,,,,,0.3,,,
钢材的重度………………γs=,,,,,0.0000785N/mm³,,,
水的重度…………………γw=,,,,,0.0000098N/mm³,,,
钢管内径……………………D=,,,,,2000mm,,,
钢管轴线倾角………………α=,,,,,44.000°,,,
镇墩间距……………………L1=,,,,,64000mm,,,
支墩间距……………………L=,,,,,16000mm,,,
加径环间距…………………l=,,,,,4000mm,,,
伸缩节与上镇墩的距离……L2=,,,,,2000mm,,,
伸缩节止水盘根沿管轴向长度……………b1=,,,,,300mm,,,
伸缩节止水填料与钢管的摩擦系数……μ1=,,,,,0.3,,,
支座对管壁的摩擦系数……f=,,,,,0.1,,,
焊缝系数……………………φ=,,,,,0.95,,,
,,,,,,,,,
3初估管壁厚度t,,,,,,,,
(1)根据末跨的主要荷载(内水压力)并考虑将钢材的允许应力降低15%,按锅炉公式初估管壁厚度t:,,,,,,,,
计算公式:,,,,,,,,
,,,,,,,,,
,,,,,,,,,
,,,,,,,,,
式中:,,,,,,,,
钢管管壁钢材屈服点……σs=,,,,,235.000N/mm²,,,
末跨跨中截面管道中心内水压力…………H=,,,,,56250mm,,,
,钢管管壁厚度t初估计算表,,,,,,,
,γw,H,D,σs,φ,[σ],t(mm),
,0.0000098,56250,2000,235,0.95,129.25,5.3,
取计算管壁厚度t=,,8mm,,,,,,
再考虑2mm的锈蚀裕量,管壁结构厚度初定t=,,,,10mm,,,,
(2)复核管壁结构厚度是否满足考虑制造工艺、安装、运输等要求,保证必须的刚度的最小厚度要求:,,,,,,,,
计算公式:,,,,,,,,
,,,,,,,,,
则t应满足:t≥,,6.5mm,,,,,,
实际选用管壁厚度t=,,10mm,,满足要求。,,,,,
,,,,,,,,,
4钢管应力分析,,,,,,,,
4.1跨中管壁断面应力分析,,,,,,,,
4.1.1荷载计算,,,,,,,,
(1)径向内水压力P,,,,,,,,
计算公式:,,,,,,,,
式中:,,,,,,,,
计算截面管道中心内水压力………………H=,,,,,56250mm,,,
则:,,0.551N/mm²,,,,,,
,,,,,,,,,
(2)垂直管轴方向的力(法向力),,,,,,,,
①钢管自重分力Qs,,,,,,,,
计算公式:(每跨钢管自重),,,,,,,,
(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25%),,,,,,,,
,钢管自重分力Qs计算表,,,,,,,
,D,t,γs,α,L,qs(N/mm),Qs(N),
,2000,10,0.0000785,44.000°,16000,6.165,70956,
②钢管中水重分力Qw,,,,,,,,
计算公式:(每跨管内水重),,,,,,,,
(单位管长管内水重),,,,,,,,
,钢管中水重分力Qw计算表,,,,,,,
,D,γw,α,L,qw(N/mm),Qw(N),,
,2000,0.0000098,44.000°,16000,30.788,354353,,
,,,,,,,,,
(3)轴向力∑A,,,,,,,,
①钢管自重轴向分力A1,,,,,,,,
计算公式:,,,,,,,,
式中:,,,,,,,,
伸缩节至计算截面处的钢管长度…………L3=,,,,,54000mm,,,
,钢管自重轴向分力A1计算表,,,,,,,
,α,qs,,L3,,A1(N),,
,44.000°,6.165,,54000,,231259,,
②套筒式伸缩节端部的内水压力A5,,,,,,,,
计算公式:,,,,,,,,
,,,,,,,,,
,,,,,,,,,
式中:,,,,,,,,
伸缩节端部管道中心内水压力……………H´=,,,,,7890mm,,,
伸缩节内套管外径…………D1=,,,,,2020mm,,,
伸缩节内套管内径…………D2=,,,,,2000mm,,,
,套筒式伸缩节端部的内水压力A5计算表,,,,,,,
,D1,D2,γw,H´,P´(N/mm2),A5(N),,
,2020,2000,0.0000098,7890,0.077,4862,,
③温升时套筒式伸缩节止水填料的摩擦力A6,,,,,,,,
计算公式:,,,,,,,,
,温升时套筒式伸缩节止水填料的摩擦力A6计算表,,,,,,,
,D1,b1,μ1,P´,,A6(N),,
,2020,300,0.3,0.077,,43978,,
④温升时支座对钢管的摩擦力A7,,,,,,,,
计算公式:,,,,,,,,
式中:,,,,,,,,
计算截面以上支座的个数…………………n=,,,,,3个,,,
,温升时支座对钢管的摩擦力A7计算表,,,,,,,
,n,qs,qw,L,f,α,A7(N),
,3,6.165,30.788,16000,0.1,44.000°,127592,
⑤轴向力的合力∑A,,,,,,,,
计算公式:,,,,,,,,
轴向力合力∑A计算表,,,,,,,,
,,A1,A5,A6,A7,∑A(N),,
,,231259,4862,43978,127592,407691,,
,,,,,,,,,
4.1.2跨中管壁断面应力计算,,,,,,,,
(1)径向内水压力P在管壁中产生的环向应力σθ1,,,,,,,,
计算公式:,,,,,,,,
,,,,,,,,,
,,,,,,,,,
,,,,,,,,,
式中:θ为计算点半径与管中心铅垂线的夹角:θ=0°为管顶点;θ=90°为管水平轴线处;θ=180°,,,,,,,,
为管底处。,,,,,,,,
跨中环向应力σθ1计算表,,,,,,,,
θ,D,r,P,t,H,α,σθ1(N/mm2),
0°,2000,1000,0.551,8,56250,44.000°,68.025,
90°,2000,1000,0.551,8,56250,44.000°,68.906,
180°,2000,1000,0.551,8,56250,44.000°,69.787,
,,,,,,,,,
(2)轴向力∑A在横断面上产生的轴向应力σx1(以拉力为+),,,,,,,,
计算公式:,,,,,,,,
,,,,,,,,,
跨中轴向应力σx1计算表,,,,,,,,
,∑A,,r,t,,σx1(N/mm2),,
,407691,,1000,8,,-8.111,,
,,,,,,,,,
(3)法向力在横断面上产生的轴向应力σx2,,,,,,,,
计算公式:,,,,,,,,
,,,,,,,,,
,,,,,,,,,
,,,,,,,,,
跨中轴向应力σx2计算表,,,,,,,,
θ,qs,qw,L,α,M,r,t,σx2(N/mm2)
0°,6.165,30.788,16000,44.000°,680493149,1000,8,-27.076
90°,6.165,30.788,16000,44.000°,680493149,1000,8,0
180°,6.165,30.788,16000,44.000°,680493149,1000,8,27.076
,,,,,,,,,
(4)内水压力P在管壁产生的径向应力σr,,,,,,,,
计算公式:,,,,,,,,
跨中径向应力σr计算表,,,,,,,,
,θ,γw,H,r,α,σr(N/mm2),,
,0°,0.0000098,56250,1000,44.000°,-0.544,,
,90°,0.0000098,56250,1000,44.000°,-0.551,,
,180°,0.0000098,56250,1000,44.000°,-0.558,,
,,,,,,,,,
4.1.3跨中管壁断面各计算点应力条件复核,,,,,,,,
复核公式:,,,,,,,,
,,,,,,,,,
,,,,,,,,,
,,,,,,,,,
式中:,,,,,,,,
相应计算工况的允许应力:[σ]=0.55σs=,,,,110.500N/mm²,,,,
跨中断面应力条件复核计算成果表,,,,,,,,
部位,θ,σθ=σθ1,σx1,σx2,σx,σr,σ,φ[σ]
管顶点,0°,68.025,-8.111,-27.076,-35.187,-0.544,90.98,104.975
管水平轴线,90°,68.906,-8.111,0,-8.111,-0.551,73.529,104.975
管底点,180°,69.787,-8.111,27.076,18
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