水电站压力管设计

一 、压力管水击计算 设计参数：

Q=10m3s，TS3s，120MPa，fK0.4，f0.6，fb0.3。 1、直接或间接水击判断

取在明钢管中水击波的传播速度C1000ms。 取i=0.001，b=1.5m，K=Q/

i=316.23m3/s，故

b2.6712.67nk.50.0173160..2534，h0b3.2,h01.53.24.8m 初估钢管直径

由公式D(4QV)121.13Q， 其中v5.0ms，Q10m3Vs, 代入公式计算得：D1.598m。

取D1.600m.1600mm。进口底砍取1m，

由初始尺寸可计算L88(4.80.81)sin136144.6m 则2LC2144.610000.29Ts3s，

因此，发生的水击为间接水击 2、第一相或极限水击判断 水击常数：CVmax2gh

0 一般经验，露天钢管的经济流速为4.0~6.0ms，取v5.0ms

CVmax10005.02gh3.0，

029.885 满负荷运行 01， 则 03.01，

因此，压力钢管内将产生极限水击。

查表知，

3、计算  LVmax144.65.0gHT0.29s 0s9.88534、由于钢管内产生的是极限水击，则取

m2220.2920.290.34， 则水击压力的升高值HmH00.348528.9m。

5、水击影响下阀门处最大水头：H＝28.9m HpH0H8528.9113.9m

二 、压力钢管计算

1、荷载组合选择

①：钢管自重分力A1（沿管轴方向）； ②：关闭的阀门及闷头上的力A2； ③：温度变化时支座对钢管的摩擦力A3； ④：钢管自重分力A4（沿垂直管轴方向）；

⑤：钢管中水重分力A5； 3、管壁厚计算 HpD02 其中，g9.8KNm3 Hp113.9m D1600mm ， 120MPa

则9.8103113.91.60021201067.44mm， 0D/80046mm 符合要求。

取08mm，考虑到钢板制造精确问题，锈蚀，磨损等因素而加的，而的模数为2的倍数，所

以壁厚02mm10mm。

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9水电站建筑物课程设计

4、支墩、伸缩节布置

取支墩间距为10m，布置15个支墩，于压力钢管进口的3.0m处布置伸缩节。

3.028.99.3m。 伸缩节处的压力水头H'6.83.0sin36113.95、荷载计算

设 qs为每米管长钢管自重，

x1AD1126.910322.43MPa

3.141.6010103qssgD017.851039.83.141.600.013.86kNm； 设qw为每米管长管内水重，

qwwg121qLcos3.8619.7102cos36190.6kNm 1010由管重，管中水中的法向力引起的轴向弯曲应力

M x2cos，当180时，x2为最大，

2D04b:跨中弯矩M x23.141.60219.7kNm； 44D211039.84M4190.61039.48MPa D203.141.6020.01A1qsLsin3.86113.9sin36258.4kN

A2所以，最大轴向应力xx1x2max22.439.4831.91MPa 7、强度校核

采用第四强度理论来校核，即

D024P3.141.6029.810388.01733.1kN 4支座对管壁的摩擦系数fk0.4，温度变化时支座对钢管的摩擦力

1xy2yz2xz23xy2yz2zx2 2A5qLfcos3.8619.7113.90.4cos36868.54kN 6、应力计算（末跨跨中Ⅰ－Ⅰ截面） ①径向应力y

因跨中不产生剪应力，则xyyzzx0， 取0.75 ，知120MPa， 则

yH9.8113.91.12MPa（压应力）

②环向应力z

1xy2yz2xz22HD9.8103113.91.60近似取用z63.78MPa

20214103③轴向应力x

跨中断面的轴应力x由两部分组成，即由轴向应力引起的轴向应力x1，由钢管和管中水重的法向力引起的轴向弯曲应力x2。

a:轴向力 AA1A5258.4868.541126.9kN

122231.911.121.1263.7831.9163.78 254.390MPa所以，满足强度要求。 8、外压稳定校核

钢的弹性模量E2.0105MPa，

10 Pcr2E221050.12MPa，

D1600 不满足外压稳定要求，可以设加劲环。

0.50.2533DD9、加劲环布置，经计算，取l5m,n1.63l5.8,取n6

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PcrE22rnln2112r2322E2n1n1=2.1MPa2.0MPa满足要求。 222nl121r122r三、镇支墩计算

㈠、镇墩计算

1、求各轴向力分量

取x轴水平顺水方向为正，y轴垂直向下为正，水管轴线交点为坐标原点，求出轴向力总和在x和y轴的分力：（见图a）

XX'A2A'cosA21126.9cos361733.1821.4kN

'YAsina1126.9sin36662.4kN 2、抗滑计算，抗倾计算 取抗滑稳定安全系数Kc2.0，

镇墩与地基的摩擦系数，

f0.6，则

HB2d1.600.023.62m， 取HB4.0m，

镇墩体积VGBHL，则

LG2075.65.20m BH254.04.0镇墩的理论重量：

由图（d）的三角关系得:

GKCXf821.4Y2.0662.42075.6kN 0.63e H2Xe0.60L0.9m YG6已知混凝土的容重25kNm，

取包厚d1.0m，则可得: (见图b、c)

所以，满足抗倾的要求。

㈡、支墩计算

1、作用力计算

a、作用于支墩上的钢管自重分力和水重分力：

QsqssLcos3.8610cos3631.2kNQwqwLcos19.710cos36159.4kN

b、钢管与支墩间的摩擦力

A3qLfcos(3.8619.7)100.4cos3676.24kN

2、水平、垂直分力计算

以支墩顶面中点为坐标原点，取水平轴x顺水流为正，竖轴y向下为正，求出各力叠加后的水平分力和垂直分力如下：(见图e)

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a、温升时，A3沿平行管轴向上的方向。

XA3cosQsQwsin76.24cos36(31.2159.4)sin36173.71kN(负方向）

‘YA3sinQsQwcos76.24sin36(31.2159.4)cos36109.39kN(正方向)'b、温降时，A3沿平行管轴向下的方向

XA'3cosQsQwsin76.24cos3631.2159.4sin3650.35kN负方向YA'3sinQsQwcos76.24sin36(31.2159.4)cos45199.01kN正方向

3、支墩理论重量q计算

取抗滑稳定安全系数kc1.5，支墩与管道间的摩擦系数fb0.3 a、温升状况下，qKcXfY2.0173.71K0.4109.39759.16kN b、温降状况下，qKcXfKY2.050.350.4199.0152.74kN

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