水电站压力管设计.doc

水电站建筑物课程设计1一 、压力管水击计算设计参数：Q=10，，，，，sm3sTS3 MPa1204 . 0Kf6 . 0f3 . 0bf1、直接或间接水击判断取在明钢管中水击波的传播速度smC1000取 i=0.001，b=1.5m，K=Q/=316.23，故，查表知，i3/ms2.672.671.50.5490.017 316.23b nk0 03.2,1.5 3.24.8hhmb初估钢管直径由公式， 其中，VQVQD13. 1)4(21smv0 . 5,103smQ 代入公式计算得：mD598. 1 取进口底砍取 1m，mmmD1600.600. 1由初始尺寸可计算188(4.80.8 1) sin36144.6Lm则，sTCLs329. 010006 .14422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：0max 2hgVC 一般经验，露天钢管的经济流速为 4.0~6.0，取smsmv0 . 5，0 . 3858 . 920 . 5100020maxhgVC满负荷运行 ，10则 ，10 . 30因此，压力钢管内将产生极限水击。

3、计算 sTgHLVs29. 03858 . 90 . 56 .1440max4、由于钢管内产生的是极限水击，则取，34. 029. 0229. 02 22m则水击压力的升高值mHHm9 .288534. 005、水击影响下阀门处最大水头：＝28.9mHmHHHp9 .1139 .28850二 、压力钢管计算1、荷载组合选择①：钢管自重分力（沿管轴方向） ；1A②：关闭的阀门及闷头上的力；2A③：温度变化时支座对钢管的摩擦力；3A④：钢管自重分力（沿垂直管轴方向） ；4A⑤：钢管中水重分力；5A3、管壁厚计算其中， ， 20DHp38 . 9mKNg mHp9 .113mmD1600 MPa120则，mm44. 710120260. 19 .113108 . 9630符合要求0/80046Dmm取，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，mm80所以壁厚mmmm1020水电站建筑物课程设计24、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。

伸缩节处的压力水头mH3 . 99 .289 .1130 . 336sin0 . 38 . 6'o5、荷载计算设 为每米管长钢管自重，sq；mkNDgqss86. 301. 060. 114. 38 . 91085. 713 0设为每米管长管内水重，wq；mkNDgqww7 .1960. 1414. 38 . 91014232kNLqAs4 .25836sin9 .11386. 3sin1okNPDA1 .17330 .88108 . 960. 1414. 34322 0 2支座对管壁的摩擦系数， 温度变化时支座对钢管的摩擦力4 . 0kf kNfqLA54.86836cos4 . 09 .1137 .1986. 3cos5o6、应力计算（末跨跨中Ⅰ－Ⅰ截面）①径向应力y（压应力）MPaHy12. 19 .1138 . 9②环向应力z近似取用MPaHDz78.631014260. 19 .113108 . 9 2330③轴向应力x跨中断面的轴应力由两部分组成，即由轴向应力引起的轴向应力，由钢管和管中水重x1x的法向力引起的轴向弯曲应力。

2xa:轴向力 kNAAA9 .112654.8684 .25851MPaDAx43.22101060. 114. 3109 .1126331 b:跨中弯矩mkNqLM6 .19036cos107 .1986. 3101cos10122o由管重，管中水中的法向力引起的轴向弯曲应力，当时，2x为最大， cos4022 DMxo180MPaDMx48. 901. 060. 114. 3106 .1904423022所以，最大轴向应力MPaxxx91.3148. 943.22max217、强度校核采用第四强度理论来校核，即    222222321zxyzxyzxzyyx因跨中不产生剪应力，则，0zxyzxy取 ，知，75. 0 MPa120则  MPazxzyyx903 .5478.6391.3178.6312. 112. 191.312121222222  所以，满足强度要求。

8、外压稳定校核钢的弹性模量，MPaE5100 . 2，MPaDEPcr21 . 0160010102223 53   不满足外压稳定要求，可以设加劲环9、加劲环布置，经计算，取取0.50.25 5 ,1.635.8,DDlm nl6n 水电站建筑物课程设计3=2.1满足要求 32 2 2 22 22 2 222221112 1111crEEnPnn lrrn lnrr     2.0MPaMPa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） kNAAAXX4 .8211 .173336cos9 .1126cos2' 2'okNaAY4 .66236sin9 .1126sin'o2、抗滑计算，抗倾计算取抗滑稳定安全系数，cK0 . 2镇墩与地基的摩擦系数，，则6 . 0f镇墩的理论重量：kNYfXKGC6 .20754 .6626 . 04 .8210 . 2已知混凝土的容重，325mkN取包厚，则可得: (见图 b、c)md0 . 1，mdBH62. 302. 060. 12 取，mBH0 . 4镇墩体积，则 LHBGVmBHGL20. 50 . 40 . 4256 .2075由图（d）的三角关系得:mLeGYXHe9 . 0660. 02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：kNLqQkNLqQwwsss 4 .15936cos107 .19cos2 .3136cos1086. 3cosoob、钢管与支墩间的摩擦力kNqLfA24.7636cos4 . 010)7 .1986. 3(cos3o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)a、温升时，沿平行管3A轴向上的方向  )(39.10936cos)4 .1592 .31(36sin24.76cossinAY(71.17336sin)4 .1592 .31(36cos24.76sincos3' 3正方向负方向）‘kNkNAXwsws oooob、温降时，沿平行3A管轴向下的方向 负方向kNAws35.5036sin4 .1592 .31cos3624.76sincosX' 3oo正方向kNAws01.19945cos)4 .1592 .31(sin3624.76cossinY' 3oo3、支墩理论重量 q 计算 取抗滑稳定安全系数，5 . 1ck支墩与管道间的摩擦系数3 . 0kf水电站建筑物课程设计4a、温升状况下，kNYfXqc16.75939.1094 . 0 173.712.0KKb、温降状况下，kNYfXqc52.74199.014 . 0 50.352.0KK。