镇墩结构计算书(Excel)

分段式压力管道镇墩结构计算书

一 、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》（河海大学 刘启钊主编）

二 、设计基本资料

引用流量~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~Q=8.600m³/s水的重度~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~γw=0.98t/m³钢材的重度~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ γs=7.85t/m³上游钢管内径~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ D0=1.600m下游钢管内径~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ D=1.600m上游钢管外径~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ D1=1.632m下游钢管外径~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ D2=1.632m上游伸缩节处的管内径~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~D01=1.632m下游伸缩节处的管内径~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~D02=1.632m上游钢管轴线倾角~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ α1=18.450°下游钢管轴线倾角~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~α2 =39.810°上游钢管计算长度~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ L1=51.000m下游钢管计算长度~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ L2=9.468m镇墩与上游相邻支墩的距离~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~l1=6.000m镇墩与下游相邻支墩的距离~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~l2=6.000m钢管转弯处的水头~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~H0=138.138m上游伸缩节处的水头~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~H1=121.990m下游伸缩节处的水头~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~H2=144.200m上游计算管段的水头损失~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ hw1=1.000m下游计算管段的水头损失~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ hw2=0.100m伸缩节止水填料与钢管的摩擦系数~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ fk=0.3伸缩节止水填料长度~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ b=0.150m钢管与支墩的摩擦系数~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~f=0.3

三 、轴向力计算

1、钢管自重的轴向分力 计算公式：A1=gt.L.sinα

式中：gt=(D1 -D0 ). 3.14. γ s/4 γ s 上游(A1') 下游(A1'') 7.85 7.85 L 51.000m 9.468m sinα 0.31647697 0.64024378 D0 1.600m 1.600m D1 1.632m 1.632m gt 0.637t/m 0.637t/m A1 10.287t 3.863t

2

2

2、钢管转弯处的内水压力 计算公式：A2=D0 .γ w.H0.3.14/4 D0 上游(A2') 下游(A2'') 1.600m 1.600m γ w 0.98t/m³ 0.98t/m³ H0 138.138m 138.138m A2 272.050t 272.050t2

3、伸缩节边缘处的水压力 计算公式：A3=(D01 .-D0 ).γ w.H.3.14/4 D01 上游(A3') 下游(A3'') 1.632m 1.632m D0 1.600m 1.600m γ w 0.98t/m³ 0.98t/m³ H 121.990m 144.200m A3 9.706t 11.473t2 2

4、水流对管壁的摩擦力 计算公式：A4=D0 .γ w.hw.3.14/4 D0 上游(A4') 下游(A4'') 1.600m 1.600m γ w 0.98t/m³ 0.98t/m³ hw 1.000m 0.100m A4 1.969t 0.197t2

5、温度变化时伸缩节填料的摩擦力 计算公式：A5=D01.b.fk.γ w.H.3.14 D01 上游(A5') 下游(A5'') 1.632m 1.632m b 0.150m 0.150m fk 0.3 0.3 γ w 0.98t/m³ 0.98t/m³ H 121.990m 144.200m A5 27.568t

32.588t

6、温度变化时钢管与支墩的摩擦力 计算公式：A6=f.(Qp+Qw)cosα f 上游(A6') 0.3 Qp 32.504t Qw 100.440t α 18.450° A6 37.833t

7、水在弯管处的离心力 计算公式：A7=D0 .γ w.V .3.14/4g2 2

式中：gt=（D1-D0）. 3.14. γs/4

22

2、钢管转弯处的内水压力

计算公式：2

3、伸缩节边缘处的水压力

计算公式：2

2

4、水流对管壁的摩擦力

计算公式：2

5、温度变化时伸缩节填料的摩擦力

计算公式：A5=D01.b.fk.γw.H.3.14

6、温度变化时钢管与支墩的摩擦力 计算公式：A6=f.(Qp+Qw)cosα

7、水在弯管处的离心力

计算公式：A7=D02

.γw.V2

.3.14/4g

D0 上游(A7') 下游(A7'') 1.600m 1.600m

γ w 0.98t/m³ 0.98t/m³

V 4.279m/s 4.279m/s

A7 3.680t 3.680t

8、钢管内径变化的(渐缩管)内水压力 计算公式：A8=(D0 -D )γ w.H.3.14/4 D0 A8 1.600m D 1.600m γ w 0.98t/m³ H 138.138m A8 0.000t2 2

四、法向力计算1、管重产生的法向力Qp 计算公式：Qp=gt.L.cosα gt 上游(Qp') 下游(Qp'') 0.637t/m 0.637t/m L 3 3 α 18.450° 39.810° cosα 0.94860019 0.76817179 Qp 1.814t 1.469t

2、水重产生的法向力Qw 计算公式：Qw=gw.L.cosα gw 上游(Qw') 下游(Qw'') 1.969t/m 1.969t/m L 3 3 α 18.450° 39.810° cosα 0.94860019 0.76817179 Qw 5.605t 4.539t

五、合力计算1、轴向合力计算(顺水流方向为+)(垂直向下为+) 上游轴向力 温度上升 温度下降 温升上游合力 温降上游合力 A1' 10.287t 10.287t A2' 272.050t 272.050t A3' 9.706t 9.706t A4' 1.969t 1.969t 363.094t 232.291t A5' 27.568t -27.568t A6' 37.833t -37.833t A7' 3.680t 3.680t

下游轴向力 温度上升 温度下降 温升下游合力 温降下游合力

A1" 3.863t 3.863t

A2" -272.050t -272.050t

A3" -11.473t -11.473t

A4" 0.197t 0.197t -315.731t -250.556t

A5" -32.588t 32.588t

A7" -3.680t -3.680t

A8 0.000t 0.000t

8、钢管内径变化的(渐缩管)内水压力 计算公式：

2

2

四、法向力计算

1、管重产生的法向力Qp 计算公式：Qp=gt.L.cosα

2、水重产生的法向力Qw 计算公式：Qw=gw.L.cosα

五、合力计算

1、轴向合力计算(顺水流方向为+)(垂直向下为+)

温升∑Y1 温升∑X 温降∑Y1 温降∑X

温升上游合力xsinα 1 温升上游合力xcosα 1 温降上游合力xsinα 1 温降上游合力xcosα 1

114.911t 344.431t 73.515t 220.351t

温升下游合力xsinα 2 温升下游合力xcosα 2 温降下游合力xsinα 2 温降下游合力xcosα 2

-202.145t -242.536t

-87.234t 101.895t

-160.41664 -86.902t -192.470t 27.882t

2、法向合力计算(垂直向下为+)

∑Y2

下游合力 上游合力

(Qp'+Qw')xcosα 1= (Qp''+Qw'')xcosα 2=

7.037t 4.615t

11.652t

六、镇墩设计计算1、抗滑稳定计算 计算公式：Kc=fz(∑Y+G)/∑X

G=Kc∑X/fz-∑Y

抗滑安全系数…………………………………………………… Kc= 1.75 镇墩与地基的摩擦系数…………………………………………… fz= 0.55 G 温升时镇墩需要的重量 温降时镇墩需要的重量 399.795t 163.964t

2、法向合力计算(垂直向下为+)

六、镇墩设计计算

1、抗滑稳定计算

计算公式：Kc=fz(∑Y+G)/∑X G=Kc∑X/fz-∑Y