镇墩抗滑稳定及地基应力计算



水电站压力钢管镇墩抗滑稳定及地基应力计算
1 设计依据和参考资料
（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）
《水电站建筑物设计参考资料》（成都联大、大连理工等院校合编）
2 设计输入数据
压力钢管设计引用流量………………………………………………… Q＝					15.860m³/s
压力钢管内径 ………………………………………………………… D0＝					2.000m
压力钢管壁厚 ……………………………………………………………t＝					0.018m
压力钢管满负荷时管内流速 ………………………………………… v0＝					5.048m/s
钢材重度……………………………………………………………… γs＝					78.50kN/m³
水的重度……………………………………………………………… γw＝					9.80kN/m³
镇墩上游段钢管倾角………………………………………………… α1＝					50.000°
镇墩上游段钢管倾角………………………………………………… α2＝					35.000°
镇墩上游伸缩节至镇墩距离 ………………………………………… L1＝					71.055m
镇墩下游伸缩节至镇墩距离 ………………………………………… L2＝					2.000m
镇墩上游伸缩节中心的计算水头 …………………………………… H1＝					25.091m
镇墩下游伸缩节中心的计算水头 …………………………………… H2＝					85.563m
镇墩上游端钢管中心的计算水头 …………………………………… H3＝					79.522m
镇墩下游端钢管中心的计算水头 …………………………………… H4＝					84.415m
镇墩上游段钢管支座的个数 ……………………………………………n＝					5个
镇墩上游段钢管支座的间距…………………………………………… l＝					12.000m
套管式伸缩节那套管外径 ………………………………………………D1＝					2.036m
套管式伸缩节那套管内径 ………………………………………………D2＝					2.000m
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 ……………………………μ1＝					0.3
支座与钢管管壁的摩擦系数 ……………………………………………f＝					0.1
3 荷载计算
根据规范A.1.1条，作用于镇墩上的荷载包括：⑴镇墩自重G；⑵镇墩上下游管轴方向作用力；⑶镇墩上下游垂直管
轴方向作用力；
其中镇墩上下游管轴方向作用力包括：⑴钢管自重分力A1；⑵关闭的阀门及闷头上的力A2（本工程无该项作用力）；
⑶弯管上的内水压力A3；⑷渐缩管的内水压力A4（本工程无该项作用力）；⑸弯管中水的离心力的分力A8；⑹套管式伸
缩节端部的内水压力A5；⑺温度变化时套管式伸缩节止水填料的摩擦力A6；⑻温度变化时支座对钢管的摩擦力A7；
其中镇墩上下游垂直管轴方向作用力包括：⑴钢管自重分力Qs；⑵钢管水重分力Qw；
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25%）
			（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
	D0	t	γs	γw	qs	qw
	2	0.018	78.5	9.8	11.198	30.788
3.2 镇墩上段钢管对镇墩作用力计算
镇墩上段钢管对镇墩作用力计算表
序号	作用力方向	作用力名称		计算公式			上段钢管对镇墩作用力
							温升	温降
1	管轴方向	钢管自重分力					609.522	609.522
2		弯管上的内水压力					2448.292	2448.292
3		弯管中水的离心力的轴向分力					79.986	79.986
4		套筒式伸缩节端部的内水压力					28.06	28.06
5		温度变化时套筒式伸缩节止水填料的摩擦力					141.551	-141.551
6		温度变化时支座对钢管的摩擦力					161.928	-161.928
7		镇墩上游管轴方向合力∑A1					3469.339	2862.381
8	垂直管轴方向	钢管自重分力					43.188	43.188
9		钢管中水重分力					118.741	118.741
10		镇墩上游垂直管轴方向合力∑Q1					161.929	161.929
3.3 镇墩下段钢管对镇墩作用力计算
镇墩下段钢管对镇墩作用力计算表
序号	作用力方向	作用力名称		计算公式			上段钢管对镇墩作用力
							温升	温降
1	管轴方向	钢管自重分力					12.846	12.846
2		弯管上的内水压力					-2598.936	-2598.936
3		弯管中水的离心力的轴向分力					-79.986	-79.986
4		套筒式伸缩节端部的内水压力					-95.688	-95.688
5		温度变化时套筒式伸缩节止水填料的摩擦力					-482.705	482.705
6		温度变化时支座对钢管的摩擦力（镇墩下游至伸缩节一般没有支座，该力为零）
7		镇墩上游管轴方向合力∑A1					-3244.469	-2279.059
8	垂直管轴方向	钢管自重分力					18.346	18.346
9		钢管中水重分力					50.44010628	50.44010628
10		镇墩上游垂直管轴方向合力∑Q					68.78610628	68.78610628
（管轴向作用力符号：+为钢管下行方向；-为钢管上行方向）
3.4 钢管对镇墩总的水平推力∑X、总的垂直力∑Y计算
计算公式：
钢管对镇墩总的水平推力∑X、总的垂直力∑Y计算
工况	∑A1	∑A2	∑Q1	∑Q2	α1	α2	∑X	∑Y
温升	3469.339	-3244.469	161.929	68.78610628	50.000°	35.000°	-551.71	969.589
温降	2862.381	-2279.059	161.929	68.78610628	50.000°	35.000°	-151.038	1058.369
4 镇墩抗滑稳定计算
计算公式：
式中：
	镇墩基底摩擦系数………………………………………………………………f=					0.5
	镇墩重量…………………………………………………………………………G=					3560.000kN
工况	∑X	∑Y	G	f	K
温升	-551.71	969.589	3560.000kN	0.5	不会滑动
温降	-151.038	1058.369	3560.000kN	0.5	不会滑动
	（如果∑X为-，说明水平推力指向上游，镇墩不会向下游滑动）
5 镇墩地基应力计算
计算公式：
式中：
	镇墩基础面宽度（垂直水流方向） ………………………………………… b=					5.000m
	镇墩基础面长度（顺水流方向）………………………………………………h=					6.377m
	镇墩上游端管中心与镇墩基础面高差 ………………………………………h1=					6.114m
	镇墩下游端管中心与镇墩基础面高差 ………………………………………h2=					1.221m
	镇墩上游端管中心与镇墩基础面形心距离 …………………………………l1=					2.422m
	镇墩下游端管中心与镇墩基础面形心距离 …………………………………l2=					3.189m
		F、W计算表
		b	h	F	W
		5	6.377	31.885	40.666
工况	∑A1	∑A2	∑Q1	∑Q2	α1	α2	h1	h2
温升	3469.339	-3244.469	161.929	68.78610628	50.000°	35.000°	6.114	1.221
温降	2862.381	-2279.059	161.929	68.78610628	50.000°	35.000°	6.114	1.221
工况		l1		l2		M
温升		2.422		3.189		2773.145
温降		2.422		3.189		1300.913
	地基应力计算成果表
工况	∑Y	G	M	F	W	σ1(kN/m2)	σ2(kN/m2)
温升	969.589	3560	2773.145	31.885	40.666	210.253	73.867
温降	1058.369	3560	1300.913	31.885	40.666	176.835	112.854
大少爷　　编制　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2003年11月