倒虹吸计算书.doc

旧寨倒虹吸计算书一、 基本资料设计流量：2.35 m3/s加大流量：2.94 m3/s进口渠底高程：1488.137m进口渠宽：2.0m进口渠道设计水深:1.31m加大流量水深：1.56m出口渠底高程：1487.220m进口渠道设计水深:1.43m加大流量水深：1.70m进出口渠道形式：矩形进口管中心高程：1487.385m出口管中心高程：1486.69m管径DN：1.6m二、设计采用的主要技术规范及书籍1、灌溉与排水工程设计规范GB5028899；2、水电站压力钢管设计规范SL28420033、混凝土结构设计规范SL/T19196；4、水工建筑物抗震设计规范DL50731997；5、小型水电站机电设计手册-金属结构；。6、水力计算手册7、倒虹吸管三、进口段1、渐变段尺寸确定L=C(B1-B2)或L=C1h；C取1.52.5；C1取35：h上游渠道水深；经计算取L=4m；2、进口沉沙池尺寸确定(1) 拟定池内水深H;H=h+TT=（1/31/4）h；T为进口渠底至沉沙池底的高差；取0.8m；(2) 沉沙池宽BB=Q/(Hv)；v池内平均流速0.250.5m/s；经计算取B=3.5m；(3) 沉沙池长LL（45）h经计算取L =8m；(4) 通气孔通气孔最小断面面积按下式计算：；A为通气管最小断面面积m2；Q为通气管进风量，近似取钢管内流量，m3/s；C为通气管流量系数；如采用通气阀，C取0.5；无阀的通气管，C取0.7；为钢管内外允许压力差，其值不大于0.1N/mm2；K为安全系数，采用K=2.8。经计算A=0.0294 m2；计算管内径为0.194m，采用D273(=6mm)的螺旋钢管。四、出口段 倒虹吸管出口消力池，池长L及池深T，按经验公式：L=(34)hT0.5D0+0.3经计算取L =6m，T=1.2m。五、管身段 本倒虹吸管采用Q235B板钢管，经初步布置和拟定后量得钢管长约410m。根据地形在全线设4座镇墩，初定钢管内径DN1600mm，壁厚为14和16mm。下面分别对倒虹吸进行水力计算、钢管和镇墩结构计算：（一） 水力计算倒虹吸的过水能力及总水头损失按灌溉与排水工程设计规范附录N所列公式计算：1、倒虹吸的过水能力按下式计算Q= =C=1/6式中：Q倒虹吸设计流量（m3/s）； 流量系数；=0.383 倒虹吸过水断面面积；=2.01 g重力加速度（m/s2） Z上、下游水位差（m）；0.777m 局部水头损失系数的总和，包括进、出口拦污栅、闸门槽、伸缩节、进人孔、旁通管、转弯段、渐变段等损失系数；闸=0.2，进口=0.5，拦栅=0.5，出口=1，弯头=90，90=0.361#镇墩弯头为1459，=0.32，弯头1=0.32*0.36=0.1152#镇墩弯头为3747，=0.63，弯头2=0.63*0.36=0.2273#镇墩弯头为444，=0.69，弯头3=0.69*0.36=0.2484#镇墩弯头为11，=0.25，弯头4=0.25*0.36=0.09弯头=0.68=2.88能量损失系数；=0.015338L倒虹吸总长度（m）；410D管内直径（m）；1.6mC谢才系数；=71.53n糙率；取0.012经计算Q=3.0 m3/s大于加大流量2.94 m3/s；所以选择钢管内径为1.6m是合适的。2、倒虹吸总水头损失按下式计算hw=（+L/D）V2/2gv管道流速设计时为1.17m/s，加大流量时为1.46 m/s。所以设计时hw=0.48m加大时hw=0.74m。（二） 钢管结构计算管壁应力计算，根据水电站压力钢管设计规范SL2812003规定，采用第四强度理论计算，其计算公式为：式中：1、2、3表示任意点作用有三个主应力；z环向正应力；x轴向正应力；y径向正应力；yz、xz、xy剪应力；焊缝系数，取=0.9；相应计算情况的允许应力；不同钢材、板厚，相应计算情况的允许应力见下表表1： 允许应力表钢材钢板厚度(mm)屈服点s(Mpa)允许应力（Mpa）膜应力区局部应力区基本组合=0.55s特殊组合=0.7s基本组合=0.67s特殊组合=0.8sQ235162351291651581881640225124158151180Q3451634519024223127616253251792282182602536315173221211252由于本工程采用了鞍形支墩，设置支承环和刚性环，所以选择以下断面核算应力：断面1：支墩间跨中断面；断面2：加劲环的断面；断面3：支承环的断面；钢管按满水、温升设计，作用在钢管上的主要力有：1）内水压力；2）管重和水重在法向上分力；3）各种轴向力水管自重的轴向分力；温升时管壁沿支墩面的磨擦力；温升时伸缩节内填料的磨擦力；其余各力均较小，忽略不计。以1#至2#镇墩之间的钢管为例说明其计算过程，计算简图如图一：基本数据2#镇墩中心至上游伸缩节接头距离L=57m；2#镇墩中心至下游伸缩节接头距离L=15m；2#镇墩中心处钢管最大静水头H0=107.7m；支墩间距L=5.4m；管轴与水平线夹角=3747;1、管壁厚度拟定管径D=1.6m，钢管采用Q235B钢板焊接而成，基本荷载=129Mpa，考虑局部应力的基本荷载=158Mpa。本倒虹吸水压试验压力按正常情况最高内水工作压力的1.25倍计算，所以最大设计水头H设=1.25*107.7=134.6m。初估管壁厚度采用降低允许应力至75%,=11.12mm选用管壁计算厚度选=12mm，考虑2mm的防锈厚度，管壁的结构厚度取=14mm。2、管壁弹性稳定计算计算壁厚=12mm=12.3mm，需设置加劲环。3、加劲环断面及间距计算a、加劲环对管壁影响范围:t=0.78（rc*）0.5=0.78（0.806*0.012）0.5=0.077m；本倒虹吸选择角钢L63636作为加劲环；b、加劲环有效断面面积为：FR= 728.8+77*2*12+63*12=3332.8mm2c、加劲环有效断面重心轴距管中心距R：R=811.2mm注：其中L63636角钢的面积为728.8mm2；重心在距离角钢外缘17.75mm处；惯性矩为233820mm4；d、加劲环有效断面惯性距：J=233820+728.8*18.552+（1/12）*217*123+2604*0.82=517516.5mm4e、计算加劲环的间距：L劲=3053mm加劲环间距为1.8m。4、管壁应力计算断面1的计算a、径向内水压力产生的管壁径向压力y=-P设=1.32MPab、径向内水压力产生的管壁环向应力Z1= (P设*D0)/(2*)=88 MPaZ2很小，忽略不计。c、法向力产生的管壁弯曲轴向应力x1=M=此处q=（g管+g水+ g地震）cos，D=1.614m，=14mm，L=5.4m，考虑12%的附加重g水=19.71*1.12=22.1kN/m，g管=5.46*1.12 =6.11kN/m，g地震=0.2*2.5*0.25*（22.1+6.11）=3.52 kN/m，cos=cos3747=0.79故M=92.52kN.Mx1=3.83MPad、轴向力产生的管壁轴向应力x2=水管自重产生的轴向力A1：考虑12%的附加重A1= g管*L*sin=5.46*57*0.613*1.12=213.7kN伸缩接头处内水压力A5：A5=（D12-D22）H上伸设=（3.14/4）*（1.628*1.628-1.6*1.6）*70*9.81*1.25=61kN温度升高伸缩接头边缝间的磨擦力A6：A6=D1bfH上伸设此处b2约为0.1D这里取0.2，2=0.3故A6=1.6280.20.3686.71.25=263kN温度升高管壁沿支墩面的摩擦力A7：考虑12%的附加重A7=f（g水+g管）Lcos1此处f=0.5=0.5*（19.71+5.46）*1.12*57*0.79=634.7kNA=213.7+61+263+634.7=1172.4kN故x2=-=-19.3MPae、应力校核：按温升情况计算。校核管顶应力时，x取负值（压应力），即x=-3.83-19.3= -23.13MPa1= = =88.7Mpa0.9129=116.1Mpa2= = =101.56Mpa0.9129=116.1Mpa3= = =22.5Mpa0.9129=116.1Mpa断面2（加劲环）的计算计算简图如图2：a、径向内水压力产生的管壁环向应力Z2=（ P设*r0（1-）/FR=7.288+1.2*6.3=14.848cm2=（管壁外缘断面与环计算断面比值）=0.22Z2=68.64MPa（拉）横断面上的正应力x3=1.816=35.2 MPa（内缘受拉，外缘受压）x2=-19.3MPa（压，同断面1）管壁外缘应力为：x=-35.2-19.3=-54.5（外缘受压）横断面上剪压力很小可以省去。径向应力： y=-P设=-1.32MPa（压）存在局部应力基本荷载=158Mpa。1=69.3 MPa0.9158=142.2Mpa2=106.90.2 MPa，固本钢管光滑管部分不会失稳。b、 加劲环管段先按公式进行稳定计算得:=0.34 MPa0.2 MPa;再按公式进行强度校核得=0.54 MPa0.2 MPa;计算结果表明加劲环稳定和强度都满足要求。c、 支承环段按公式进行稳定计算得:=10.77MPa0.2 MPa;再按公式进行强度校核得=1.68 MPa0.2 MPa;计算结果表明支承环稳定和强度都满足要求。从以上的计算结果表明所选管壁厚度、支座间距、加劲环及支承环满足运行工况下温升条件的强度要求。（三） 镇墩结构计算根据工程的地质情况和镇墩所处位置的设计内水压力，选择1#和2#镇墩作为代表进行计算：1、1#镇墩1#镇墩中心至上游伸缩节接头距离L=44m；1#镇墩中心至下游伸缩节接头距离L=57m；1#镇墩中心处钢管工作水头Hg=36.22m；1#镇墩上游伸缩接头处工作水头H上伸设=20m；1#镇墩下游伸缩接头处设计水头H上伸设=71m；1#镇墩上游管段倾角1=2247；1#镇墩下游管段倾角2=3747；1#镇墩上游管段管壁厚上=14mm；1#镇墩上游管段管壁厚下=14mm；镇墩材料采用c15钢筋砼，容重24kN/m3，镇墩地基为粉砂质板岩，砼与地基的磨擦系数f=035，地基承载力=0.350.8Mpa。如图4：1) 运行条件下作用在镇墩上的基本荷载a、 钢管自重的轴向分力A1上游侧A1=g管Lsin1此处D=1.6m，g管=（D+）r钢=5.46kN/m计入附加增重12%，故A1=5.4644sin2247112%=104.2 kN下游侧A1=g管Lsin2=5.4657sin3747112%=213.7 kNb、 镇墩上、下游内水压力A3上游端A3=r2* r水H=3.14*0.8*0.8*9.81*35.2 =693.94 kN下游端A3=r2* r水H=3.14*0.8*0.8*9.81*37.8 =745.2 kNc、 伸缩节管端水压力A5上游伸缩节A5=（/4）*（D12-D22）r水H上伸设=（3.14/4）*（1.6282-1.62）9.81*20 =13.92 kN下游伸缩节A5=（/4）*（D12-D22）r水H下伸设=（3.14/4）*（1.6282-1.62）9.81*71 =49.42 kNd、 温度变化时，伸缩节止水盘根对管壁摩擦力A6，考虑在进行水压试验时不应产生漏水现象，盘根压缩力取为计算水压力的1.25倍。上游伸缩节A6=1.25D1b22r水H上伸设=3.14*1.628*0.3*0.2*9.81*20*1.25=75.22 kN下游伸缩节A6=1.25D1b22r水H下伸设=3.14*1.628*0.3*0.2*9.81*71*1.25=267kN此处b2约为0.1D这里取0.2，2=0.3e、 温度变化时，支墩对管壁的摩擦力A7上游方向A7=（g管+ g水）lcos1计入附加增重12%，A7=（5.46+ 19.71）*5.4*0.5*cos2247*1.12=70 kN总共有7个支墩A7=70*7=490 kN下游方向A7=（5.46+ 19.71）*5.4*0.5*cos3747*1.12=60 kN总共有9个支墩A7=60*9=540 kNf、 镇墩中弯管水流离心力A8A8= A8=（v2/g）*（3.14/4）*r水D02=（1.5*1.5/9.81）*（3.14/4）*9.81*1.6*1.6=4.52 kNg、 镇墩前、后钢管对镇墩的法向力镇墩前、后钢管自重及水重形成对镇墩的法向分力。计算时，镇墩上游侧只计入半个支墩跨段，镇墩下游侧则计算至伸缩节，如果伸缩节布置在镇墩中间也计入半个支墩跨段。小型水电站机电设计手册-金属结构P419页。镇墩前半跨管的法向力Q=(g管+ g水）l/2*cos1=28.2*6.1/2*0.92=79.1 kN镇墩后钢管的法向力Q=(g管+ g水）* l/2*cos2=28.2*5.4/2*0.79=60.15kN2）检修条件下镇墩的基本荷载a、钢管自重的轴向分力A1上游侧A1=5.4644sin2247112%=104.2 kN下游侧A1=g管Lsin2=5.4657sin3747112%=213.7 kNb、温度变化时，伸缩节止水盘根对管壁摩擦力A6上游伸缩节A6=75.22 kN kN下游伸缩节A6=267kNc、温度变化时，支墩对管壁的摩擦力A7上游侧A7=5.46*5.4*0.5*cos2247*1.12*7=106.6 kN下游侧A7=5.46*5.4*0.4*cos3747*1.12*9=117.4 kNd、镇墩前、后钢管对镇墩的法向力Q= g管l/2*cos1=6.11*6.1/2*0.92=17.14 kN镇墩后钢管的法向力Q= g管L*cos2=6.11*5.4/2*0.79=13kN3）校核情况下，作用于镇墩的基本荷载水压试验的压力按正常情况设计压力的1.25倍。a、钢管自重的轴向分力A1上游侧A1=5.4644sin2247112%=104.2 kN下游侧A1=g管Lsin2=5.4657sin3747112%=213.7 kNb、镇墩上、下游内水压力A3上游端A3=693.94 *1.25=867.43kN上游端A3= 745.2*1.25=931.5 kNc、 伸缩节管端水压力A5上游伸缩节A5=13.92*1.25=17.4 kN下游伸缩节A5=49.42*1.25=61.78 kN镇墩前、后钢管对镇墩的法向力Q=79.1 kN镇墩后钢管的法向力Q=60.15kN4）荷载组合后的水平、垂直分力（1）运行工况升温时a、 自上游方向指向镇墩A= A1+ A3+ A5+ A6+ A7+ A8 =104.2+693.94+13.92+75.22+490+4.52 =1381.8 kN水平方向分力Acos1=1381.8*0.92=1271.3 kN（右）垂直方向分力Asin1=1381.8*0.387=534.8kN（下）b、 自下游方向指向镇墩A= A3+ A5+ A6+ A7+ A8- A1=745.2+49.42+267+540+4.52-213.7=1392.44kN水平方向分力Acos2=1392.44*0.79=1100kN（左）垂直方向分力Asin2=1285.4*0.612=852kN（上）c、 法向力Q的水平分力Qsin1=79.1*0.387=30.61 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=79.1*0.92=72.772 kN（下）Q的水平分力Qsin2=60.15*0.612=36.82kN（左）Q的垂直分力Qcos2=60.15*0.79=47.5 kN（下）所以升温时总的水平推力和垂直力分别为：x=1271.3-1100-30.61-36.82=103.87kN（右）y=534.8-852+72.77+47.5=-196.93 kN（上）降温时a、 自上游方向指向镇墩A= A1+ A3+ A5- A6-A7+ A8=104.2+693.94+13.92-75.22-490+4.52 =251.36kN水平方向分力Acos1=251.36*0.92=231.25 kN（右）垂直方向分力Asin1=251.36*0.387=97.3kN（下）b、 自下游方向指向镇墩A= A3+ A5- A6- A7+ A8- A1=745.2+49.42-267-540+4.52-213.7=-221.56 kN水平方向分力Acos2=221.56*0.79=175 kN（右）垂直方向分力Asin2=221.56*0.612=135.6kN（下）c、 法向力Q的水平分力Qsin1=79.1*0.387=30.61 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=79.1*0.92=72.772 kN（下）Q的水平分力Qsin2=60.15*0.612=36.82kN（左）Q的垂直分力Qcos2=60.15*0.79=47.5 kN（下）所以降温时总的水平推力和垂直力分别为：x=231.25+175-30.61-36.82=338.82 kN（右）y=97.3+135.6+47.5+72.77=353.17kN（下）（2）检修状况升温时a、 自上游方向指向镇墩A= A1+ A6+ A7=104.2+75.22+106.6=286.02 kN（右）水平方向分力Acos1=286*0.92=263.1kN（右）垂直方向分力Asin1=286*0.387=110.7kN（下）b、 自下游方向指向镇墩A= A6+ A7- A1=267+117.2-213.7=170.5 kN水平方向分力Acos2=170.5*0.79=137.7kN（左）垂直方向分力Asin2=170.5*0.612=104.3kN（上）c、 法向力Q的水平分力Qsin1=17.14*0.387=6.64 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=17.14*0.92=15.77 kN（下）Q的水平分力Qsin2=13*0.612=8kN（左）Q的垂直分力Qcos2=13*0.79=10.27 kN（下）所以升温时总的水平推力和垂直力分别为：x=263.1-137.7-6.64-8=110.76kN（右）y=110.7-104.3+15.77+10.27=32.44 kN（下）降温时a、 自上游方向指向镇墩A= A1- A6-A7=104.2-75.22-106.6=-77.62kN（左）水平方向分力Acos1=77.62*0.92=71.41 kN（左）垂直方向分力Asin1=77.62*0.387=30kN（上）b、 自下游方向指向镇墩A=A1+ A6+ A7=213.7+267+117.2=597.9 kN水平方向分力Acos2=597.9*0.79=472.34 kN（右）垂直方向分力Asin2=597.9*0.612=365.79kN（下）d、 法向力Q的水平分力Qsin1=17.14*0.387=6.64 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=17.14*0.92=15.77 kN（下）Q的水平分力Qsin2=13*0.612=8kN（左）Q的垂直分力Qcos2=13*0.79=10.27 kN（下）所以降温时总的水平推力和垂直力分别为：x=-71.41+472.34-6.64-8=386.29 kN（右）y=-30+365.79+15.77+10.27=361.83 kN（下）（3）校核状况（水压实验）a、 自上游方向指向镇墩A= A1+A3+A5=104.2+867.43+17.4=989.03kN（右）水平方向分力Acos1=989.03*0.92=909.91 kN（右）垂直方向分力Asin1=989.03*0.387=382.75kN（下）b、 自下游方向指向镇墩A= A3+ A5- A1=931.5+61.78-213.7=779.58 kN（左）水平方向分力Acos2=779.58*0.79=615.87 kN（左）垂直方向分力Asin2=779.58*0.612=477.1kN（上）d、 法向力Q的水平分力Qsin1=79.1*0.387=30.61 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=79.1*0.92=72.772 kN（下）Q的水平分力Qsin2=60.15*0.612=36.82kN（左）Q的垂直分力Qcos2=60.15*0.79=47.5 kN（下）所以总的水平推力和垂直直力分别为：x=909.91-615.87-30.61-36.82=226.61kN（右）y=382.75-477.1+72.77+47.5=25.92 kN（下）计算成果列于下表，表4 计算成果表序号 工作条件作用力运行工况检修状况水压试验升温降温升温降温1水平力（kN）向右为正103.87338.82110.76382.29226.612垂直力（kN）向下为正-196.93353.1732.44361.8325.925）镇墩抗滑稳定需要的体积力Gd=K：抗滑稳定系数，1.31.5；f：镇墩与地基见摩擦系数这里取0.35：x：平行于地基开挖面推力之和，kN；y：垂直于地基开挖面分力之和，kN，当y指向地基面取负，背向地基面取正；由以上计算表明，在检修钢管温度下降的条件需要镇墩稳定体积最大。Gd=1277 kN所需镇墩体积为：V计=53m3镇墩实际采用体积为：V实=99 m3V计=60m3，满足要求。6）地基应力校核a、计算镇墩各部分重量G1=3.227*1.355*4/2*24=209.88kNG2=1.355*2*4*24=260.16 kNG3=3.645*1.531*4/2*24=267.86 kNG4=3.645*3.696*4*24=1293 kNG5=2.5*2.5*4*24=600 kNG5=3.14*0.8*0.8*5.24*24=252.7 kN由以上可得镇墩的实际重量为：G=（G1+G2+G3+G4+G5）-G6=2378.2 kNb、求合力作用点和偏心距以镇墩上游侧A为矩心，取各力对A点的矩，并求出总力矩M，如下表：表5 计算成果表力（kN）力臂（m）力矩（kN、m）x=382.29 2.14818Yn=361.832.931060G1=209.88 2/31.355=0.903189.5G2=260.16 1.355/2=0.68176.9G3=267.86 1.355+1/3(3.645)=2.57688.4G4=1293 1.355+3.645/2=3.184111.7G5=600 2.5+2.5/2=3.752250G6=252.7 2.93-740.4M=9294.5-740.4=8554.1kNmyn+G=361.83+2378.2=2740kN合力作用距A点的距离为：=3.12m偏心距e=3.12-=0.62=0.833m，满足要求。c、地基承载力校核=（1+） =（1）max=（1） =239kN/m2=0.239Mpa0.55Mpa安全min=（1-） =35kN/m2=0.035Mpa0.55Mpa安全2、2#镇墩2#镇墩中心至上游伸缩节接头距离L=57m；2#镇墩中心至下游伸缩节接头距离L=15m；2#镇墩中心处钢管工作水头Hg=107.4m；2#镇墩上游伸缩接头处工作水头H上伸设=71m；2#镇墩下游伸缩接头处设计水头H上伸设=107.7m；2#镇墩上游管段倾角1=3747；2#镇墩下游管段倾角2=0；2#镇墩上游管段管壁厚上=14mm；2#镇墩上游管段管壁厚下=16mm；镇墩材料采用c150钢筋砼，做一层M7.5浆砌石作为基础，容重24kN/m3，镇墩地基为松软岩组，做一层M7.5浆砌石作为基础，镇墩与地基的磨擦系数f=0.3，地基承载力=0.120.2Mpa。如图5：2) 运行条件下作用在镇墩上的基本荷载a、 钢管自重的轴向分力A1上游侧A1=g管Lsin1此处D=1.6m，g管=（D+）r钢=5.46kN/m计入附加增重12%，故A1=5.4657sin3747112%=213.7 kN下游侧A1=g管Lsin2=0 kNb、 镇墩上、下游内水压力A3上游端A3=r2* r水H=3.14*0.8*0.8*9.81*106.3 =2095.62kN下游端A3=r2* r水H=3.14*0.8*0.8*9.81*107.7 =2123.22 kNc、 伸缩节管端水压力A5上游伸缩节A5=（/4）*（D12-D22）r水H上伸设=（3.14/4）*（1.6282-1.62）9.81*71 =49.42kN下游伸缩节A5=（/4）*（D12-D22）r水H下伸设=（3.14/4）*（1.6322-1.62）9.81*107.7 =85.8 kNd、 温度变化时，伸缩节止水盘根对管壁摩擦力A6，考虑在进行水压试验时不应产生漏水现象，盘根压缩力取为计算水压力的1.25倍。上游伸缩节A6=1.25D1b22r水H上伸设=3.14*1.628*0.3*0.2*9.81*71*1.25=267 kN下游伸缩节A6=1.25D1b22r水H下伸设=3.14*1.632*0.3*0.2*9.81*107.7*1.25=406kNe、 温度变化时，支墩对管壁的摩擦力A7上游方向A7=（g管+ g水）lcos1计入附加增重12%，A7=（5.46+ 19.71）*5.4*0.5*cos3747*1.12=60kN总共有11个支墩A7=（5.46+ 19.71）*57*0.5*cos3747*1.12=635kN下游方向A7=（6.25+ 19.71）*15*0.5*cos0*1.12=172 kNf、 镇墩中弯管水流离心力A8A8= A8=（v2/g）*（3.14/4）*r水D02=（1.5*1.5/9.81）*（3.14/4）*9.81*1.6*1.6=4.52 kNg、镇墩前后半跨管的法向力Q=(g管+ g水）l/2*cos1=28.2*2/2*0.79=22.3 kN镇墩后钢管的法向力Q=(g管+ g水）* l/2*cos2=29.1*7/2*1=101.8kN2）检修条件下镇墩的基本荷载a、钢管自重的轴向分力A1上游侧A1=5.4657sin3747112%=213.7 kN下游侧A1=0b、温度变化时，伸缩节止水盘根对管壁摩擦力A6上游伸缩节A6=267kN下游伸缩节A6=406kNc、温度变化时，支墩对管壁的摩擦力A7上游侧A7=5.46*57*0.5* cos3747*1.12=137.7 kN下游侧A7=6.25*15*0.5*cos0*1.12=46.9kNd、镇墩前后半跨管的法向力Q=g管l/2*cos1=6.11*2/2*0.79=5 kN镇墩后钢管的法向力Q=g管* l/2*cos2=7.1*7/2*1=25kN3）校核情况下，作用于镇墩的基本荷载水压试验的压力按正常情况设计压力的1.25倍。a、钢管自重的轴向分力A1上游侧A1=213.7 kN下游侧A1=0b、镇墩上、下游内水压力A3上游端A3=2095.62 *1.25=2619.53kN上游端A3= 2123.22*1.25=2654 kNc、 伸缩节管端水压力A5上游伸缩节A5=49.42*1.25=61.78 kN下游伸缩节A5=85.8*1.25=107.3 kNd、镇墩前后半跨管的法向力Q=22.3 kNQ=101.8kN4）荷载组合后的水平、垂直分力（1）运行工况升温时a、 自上游方向指向镇墩A= A1+ A3+ A5+ A6+ A7+ A8 =213.7+2095.62+49.42+267+635+4.52 =3265.26kN水平方向分力Acos1=3265.3*0.79=2579kN（右）垂直方向分力Asin1=3265.3*0.612=1998.4kN（下）b、 自下游方向指向镇墩A= A3+ A5+ A6+ A7+ A8- A1=2123.22+85.8+406+172+4.52=2792kN（左）镇墩后管段为水平段，A无垂直力；c、 法向力Q的水平分力Qsin1=22.3*0.612=13.7 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=22.3*0.79=17.7kN（下）Q的垂直分力Qcos2=101.8*1=101.8 kN（下）所以升温时总的水平推力和垂直力分别为：x=2579-2792-13.7=-226.7kN（左）y=1998.4+101.8+17.7=2117.9kN（下）降温时a、 自上游方向指向镇墩A= A1+ A3+ A5- A6-A7+ A8=213.7+2095.62+49.42-267-635+4.52 =1461.26kN水平方向分力Acos1=1461.3*0.79=1154.4 kN（右）垂直方向分力Asin1=1461.3*0.612=894.3kN（下）b、 自下游方向指向镇墩A= A3+ A5- A6- A7+ A8=2123.22+85.8-406-172+4.52=1635.5 kN（左）c、 法向力Q的水平分力Qsin1=22.3*0.612=13.7 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=22.3*0.79=17.7kN（下）Q的垂直分力Qcos2=101.8*1=101.8 kN（下）所以降温时总的水平推力和垂直力分别为：x=1154.4-1635.5-13.7=-494.8kN（左）y=894.3+17.7+101.8=1013.8kN（下）（2）检修状况升温时a、 自上游方向指向镇墩A= A1+ A6+ A7=213.7+267+137.7=618.4 kN（右）水平方向分力Acos1=618.4*0.79=488.5kN（右）垂直方向分力Asin1=618.4*0.612=378.46kN（下）b、 自下游方向指向镇墩A= A6+ A7=406+46.9=452.9kN（左）c、 法向力Q的水平分力Qsin1=5*0.612=3.06 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=5*0.79=3.95kN（下）Q的垂直分力Qcos2=25*1=25 kN（下）所以升温时总的水平推力和垂直力分别为：x=488.5-452.9-3.06=32.54kN（右）y=378.46+3.95+25=407.41kN（下）降温时a、 自上游方向指向镇墩A= A1- A6-A7=213.7-267-137.7=-191kN（左）水平方向分力Acos1=191*0.79=151 kN（左）垂直方向分力Asin1=191*0.612=117kN（上）b、 自下游方向指向镇墩A= A6+ A7=406+46.9=452.9kN（右）c、 法向力Q的水平分力Qsin1=5*0.612=3.06 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=5*0.79=3.95kN（下）Q的垂直分力Qcos2=25*1=25 kN（下）所以降温时总的水平推力和垂直力分别为：x=452.9-151-3=298.9kN（右）y=117-3.95-25=88kN（上）（3）校核状况（水压实验）a、 自上游方向指向镇墩A= A1+A3+A5=213.7+2619.53+61.78=2895.01kN（右）水平方向分力Acos1=2895*0.79=2287 kN（右）垂直方向分力Asin1=2895.01*0.612=1771kN（下）b、 自下游方向指向镇墩A= A3+ A5=2654+107.3=2761.3 kN（左）c、 法向力Q的水平分力Qsin1=22.3*0.612=13.7 kN（左）Q的垂直分力Qcos1=22.3*0.79=17.7kN（下）Q的垂直分力Qcos2=101.8*1=101.8 kN（下）所以总的水平推力和垂直直力分别为：x=2287-2761.3-13.7=-488 kN（左）y=1771+17.7+101.8=1890.5kN（下）计算成果列于下表，表6 计算成果表序号 工作条件作用力运行工况检修状况水压试验升温降温升温降温1水平力（kN）向右为正-226.7-494.819299-4882垂直力（kN）向下为正2117.91013.8393.4-8818905）镇墩抗滑稳定需要的体积力Gd=K：抗滑稳定系数，1.31.5；f：镇墩与地基见摩擦系数这里取0.3：x：平行于地基开挖面推力之和，kN；y：垂直于地基开挖面分力之和，kN，当y指向地基面取负，背向地基面取正；由以上计算表明，在检修钢管温度下降的条件需要镇墩稳定体积最大。Gd=1583kN所需镇墩体积为：V计=66m3镇墩实际采用体积为：V实=76.56m3V计=66m3，满足要求。6）地基应力校核以运行升温工况来计算；a、计算镇墩各部分重量G1=1.946*2.511*4/2*24=263.9kNG2=3.054*0.961*4/2*24=140.9 kNG3=4.05*3.054*4*24=1187.5kNG4=2.5*1.946*4*24=467.04 kNG5=3.14*0.8*0.8*4.6*24=221.9 kNG6=5*6.5*1*23=747.5 kN (浆砌石基础)由以上可得镇墩的实际重量为：G=（G1+G2+G3+G4+ G6）- G5=2584.94 kNb、求合力作用点和偏心距以镇墩上游侧B点为矩心，取各力对B点的矩，并求出总力矩M，如下表：表7 计算成果表力（kN）力臂（m）力矩（kN、m）x=-226.7 3.05-691.4Yn=21183.377137.7G1=263.90.75+2/31.946=2.05541G2=140.9 0.75+1.946+1/3(3.054)=3.714523.3G3=1187.5 0.75+1.946+1/2(3.054)=4.2235015G4=467.04 0.75+1.946/2=1.723805G5=-221.9 3.46-767.8G6=747.53.252429M=16451-1459=14992kNmyn+G=2118+2584.94=4703kN合力作用距A点的距离为：=3.19m偏心距e=3.19-=-0.06=1.083m，满足要求。c、地基承载力校核=（1） =（1）max=（1-） =153kN/m2=0.153Mpa0.2Mpa安全min=（1+） =137.5kN/m2=0.137.5Mpa0.2Mpa安全一碗水倒虹吸计算书二、 基本资料设计流量：1.96 m3/s加大流量：2.55 m3/s进口渠底高程：1474.64m进口渠宽：1.5m进口渠道设计水深:1.18m加大流量水深：1.38m出口渠底高程：1474.13m进口渠道设计水深:1.18m加大流量水深：1.38m进出口渠道形式：矩形进口管中心高程：1373.884m出口管中心高程：1473.684m做大工作水头:6.23m管径DN：1.4m设计采用的主要技术规范及书籍1、灌溉与排水工程设计规范GB5028899；2、水电站压力钢管设计规范SL28420033、混凝土结构设计规范SL/T19196；4、水工建筑物抗震设计规范DL50731997；5、小型水电站机电设计手册-金属结构；6、水力计算手册；7、倒虹吸管。三、进口段1、渐变段尺寸确定L=C(B1-B2)或L=C1h；C取1.52.5；C1取35：h上游渠道水深；经计算取L=3m；2、进口沉沙池尺寸确定(1) 拟定池内水深H;H=h+TT=（1/31/4）h；T为进口渠底至沉沙池底的高差；取1.0m；(2) 沉沙池宽BB=Q/(Hv)；v池内平均流速0.250.5m/s；经计算取B=3.0m；(3) 沉沙池长LL（45）h经计算取L =6m；(4) 通气孔通气孔最小断面面积按下式计算：A为通气管最小断面面积m2；Q为通气管进风量，近似取钢管内流量，m3/s；C为通气管流量系数；如采用通气阀，C取0.5；无阀的通气管，C取0.7；为钢管内外允许压力差，其值不大于0.1N/mm2；K为安全系数，采用K=2.8。经计算A=0.0255m2；计算管内径为0.180m，采用D219(