圆筒式放水塔及涵洞结构计算书Word文档下载推荐.docx
《圆筒式放水塔及涵洞结构计算书Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《圆筒式放水塔及涵洞结构计算书Word文档下载推荐.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
J=（J1+J2）/2
J=u2/C2R
C=R1/6/n
A=
X=b+2h
R=A/X
ΔS---计算流段长度（m）,
E---断面比能（m）,
J—水力坡度，
U—断面平均流速（m/s）,
A---过水断面面积（m2）,
b---断面水面宽度（m）,
X---湿周（m）,
R---水力半径（m）,
C---谢才系数，
n—泄水槽粗糙系数，浆砌石水泥砂浆抹面取n=。
计算结果如表、表和表。
表第一段水面线计算成果表（坡降i=,段长Li=18.5m）
计算断面
计算水深（m）
过水断面面积（m²
）
流速（m/s）
距始端距离（m）
1
2
3
4
5
第一段泄水槽：
正常水位：
h0=0.406m;
临界水深：
hk=1.275m;
临界坡度：
Ik=；
因h0<
hk,属于急流
表第二段水面线计算成果表（坡降i=,段长Li=3.70m）
第二段泄水槽：
h0=0.245m;
因h0＜hk,属于急流。
2、边墙高度的确定
H=hc+a
H--边墙高度（m）,
Hc--校核工况水深（m）,
安全超高（m）,取a=0.5m。
5.5.4消能计算
原溢洪道为矩形泄水槽，平均宽度b=14.00m。
无消力池长度和海漫长度设施。
本次消能计算采用《水力学》公式为：
E0=hc+Q2/2gψ2Ak2
hc--边墙高度（m）,
ψ—流量系数，取，
Ak—临界水深过水断面面积（m2）。
计算结果如表。
表消能计算成果表
单宽流量
（m³
/）
堰顶水深ht（m）
跃前水深hc（m）
跃后水深
hc"
（m）
消力池水深T（m）
消力池长度Lk（m）
备注
经采用计算机《理正消能工水力计算》软件计算，消力池水跃长度为L=11.30m,出口断面落差0.45m。
因此，消力池设计长度采用Lk=11.50m,深度d=0.50m,满足设计要求。
5.5.5溢洪道加固设计
（1）基本资料
土的内摩擦角（水上）：
Φ上=25°
；
土的内摩擦角（水下）：
Φ下=18°
土的湿容重：
γs=18KN/m³
土的浮容重：
γf=10KN/m³
浆砌石容重：
γj=21KN/m³
墙后水位：
H=1.00m；
地基与墙基摩擦系数：
f=。
（2）挡土墙结构设计
本次设计挡土墙结构、消力池结构如图苏六-初设-溢洪道
（1）。
（3）稳定计算方法和工况
挡墙稳定分析按重力式挡土墙验算，计算工况为溢洪道挡土墙最不利及正常运行情形，即溢洪道泄槽无泄洪（墙前无水）及泄洪（墙前处于校核水位）的工况。
a．抗滑稳定计算
式中:
——基底抗滑稳定安全系数；
——基底面与地基接触面的抗剪断摩擦系数，f=；
∑G——作用于挡墙上的全部竖向荷载（包括挡墙基础底面上的扬压力，kN）；
∑H——作用于挡墙上的全部横向荷载（kN）；
b.抗倾稳定计算
Kf—闸室抗浮稳定安全系数；
—作用于墙体的荷载对墙前趾产生的稳定力矩；
—作用于墙体的荷载对墙前趾产生的倾覆力矩；
K。
—抗倾覆稳定完全系数。
c．基底应力验算
Pmax/min——翼墙基底应力的最大值或最小值（kPa）；
∑G——作用于翼墙上的全部竖向荷载（包括基础底面上的扬压力，kN）；
A——翼墙基底面的面积（m2）；
——作用于翼墙上的全部竖向和水平向荷载对于基础
底面形心轴的力矩（kN·
m）；
W——边墙基底面对于该底面形心轴的截面矩（m3）
（4）计算结果和分析
溢洪道控制段边墙稳定、应力计算成果详见表及表。
表第一段溢洪道边墙（墙高H=2.2m）稳定计算成果表
计算内容
计算工况
计算值
允许值
计算结果判断
抗滑稳定安全系数Kc
无泄洪
满足规范要求
泄洪
抗倾覆安全系数Ko
地基应力
[σ]=250kpa
计算结果表明，溢洪道边墙稳定，不会产生墙体沿基底滑动破坏和墙体倾覆，基底应力满足规范要求。
表第二段溢洪道边墙（墙高H=1.00m）稳定计算成果表
二放水塔设计
原放水设施为无压输水涵洞及筒塔式结构。
由于建筑材料年久老化，所有砌体砂浆脱落，部分斜管局部出现有裂缝，漏水严重；
穿坝平管有掏空现象。
另外，根据地形和当时施工条件限制，输水涵管断面尺寸仅为Ф=0.5m,无法进人检修；
梯级放水台阶高度不一。
汛期输水灌溉，较难操作，且造成生命危险。
本水库四周环绕村庄，且在大坝左岸大片山头进行了生态农业开发--果树种植承包。
本次初步设计，拟废弃原输水涵管，新建输水隧洞和圆筒式放水塔。
一、基本资料
（1）、各种特征水位
根据水文核算，各水库各种特征水位如下：
正常设计流量：
Q正=m³
/s;
正常设计水位：
H正=m;
设计洪水位：
H设=m;
校核洪水位：
H校=m;
死水位：
H死=m;
最大引水流量：
Q引=m³
/s。
（2）、地质情况
放水塔地基为强风化粉砂岩，裂隙较发育，透水性中等。
二、结构形式
放水塔采用钢筋混凝圆筒式结构，筒高m,采用一级放水。
设有检修闸一扇、工作闸各一扇，均为钢闸门，尺寸均为（b×
h）=×
1.4m。
塔身为圆筒式结构，壁厚高程m以上为30cm,筒顶高程m。
筒顶以上为圆筒式砖混结构启闭平台，高程为m,层高3.00m。
放水塔之后与放水隧洞相连。
三、启闭机型号的选择
1、闸门自重的估算
G（查商家材料表）
2、启门力的计算
计算公式：
FQ=Nt（Tzd+Tzs+W）+
FQ---启门力（kN）;
Nt---摩阻力安全系数，取；
ng---闸门自重修正系数，取；
Tzd---支承摩阻力（kN）;
Tzs---止水摩阻力（kN）;
W—门顶上水柱重（kN）;
G—闸门自重（kN）。
3、支承摩阻力的计算
Tzd=P（Υf+fo）/R
水的容重γ=10kN/m3;
总水压力P=γhB;
轴轮半径Υ=3.25cm;
液轮半径R=20cm;
钢与钢的滑摩系数f=；
液摩系数fo=0.1cm。
4、水柱自重的计算
W=γ（H-h）δB。
5、止水摩阻力的计算
Tzs=γ式中：
止水橡皮与闸槽面的接触宽度b1=0.02m;
作用水头H=H-h/2（m）
止水橡皮与闸槽面的摩擦系数f=；
止水橡皮与闸槽的接触长度Ls=4.00m。
则，止水摩阻力为：
Tzs=γ（kN）。
6、启门力的计算
启门力（FQ）为：
7、闭门力的计算
采用公式：
Fw=nt（Tzd+Tzs）-ngG
Fw—闭门力（kN）;
ng—闭门时，闸门修正系数，取；
其余符号意义同上。
考虑到闸门上的水柱及拉杆重量，不须加重闸门，即可自行关闭。
所以，选用启闭机型号为LQ—10型。
四、进水能力的计算
放水塔进水能力通过流量为0.5m³
现以进水闸开启度1/2的计算过水能力。
1、过水能力计算
采用大孔口自由岀流公式计算：
Q=2μb√2g式中：
μ—流量系数，取；
b—孔口宽度，取b=0.80m;
H1—正常水位至闸门开启高度，H1=3.17mH2--正常水位至闸门底高度，H2=3.87m。
五、通气孔的断面设计
为了减少闸门的启闭力，拟在放水塔的工作闸门后设置通气孔。
通气孔的断面设计，按天津大学主编的《水工建筑物》公式（2-62）进行计算。
即，Qa=
a>
Qa/Va
Qa—通气孔的通气量；
Vw—闸门孔口的水流速（m/s）;
A--闸门后隧道面积（m²
）;
Va—通气的容许风速，采用2.0m/s;
a---通气孔的断面积（m²
）。
拟采用圆形断面通气孔，通气孔直径（D）为：
D=√4a/π（m）
因此，确定选用1孔直径D=10cm。
六、结构稳定计算
本次设计为初步设计，因此仅对检修时期和运用时期进行稳定计算。
（1）、检修时期稳定计算
计算情况：
采用正常水位闸室无水，放水塔外为正常水位进行计算。
计算公式为：
σmax=∑G/F+Ix
σmin=∑G/Ix
σmax---最大地基应力（mpa）;
σmin---最小地基应力（mpa）;
∑G---垂直荷载总和（KN）;
F—底板面积（m²
My---合力重新到形心产生的弯矩（）;
yc---底板形心到底板上下游边缘的距离（m）;
Ix----底板惯性矩（m4）。
经计算，正常水位闸室无水，放水塔外为正常水位的情形，其计算结果为：
底板面积：
F=（D/2）²
π（m²
底板惯性矩：
Ix=πD4/64（m4）.
垂直荷载：
∑G=（kN）;
以形心为距的弯矩：
My=;
合力偏心距：
e=∑Mi/∑Gi;
合力与底板上游边缘的距离：
y上=h/2-e（m）;
合力与底板下游边缘的距离：
y下=h/2+e（m）;
则，σmax=∑G/A+y上∑M/Ix
σmin=∑G/A+y下∑M/Ix
由此可见，放水塔四周均受水压力的作用，水压力相互抵消，故不存在抗滑稳定的问题。
再且，上部垂直重量大于浮托力∑G=（kN），因此，也不会发生放水塔浮起来。
（2）、运用时期稳定计算
采用校核水位，放水塔闸室充满水进行计算。
计算结果为：
y上=h/2-e;
y下=h/2+e。
σmin=∑G/A+y下∑M/Ix
另外，上部垂直重量G=（kN），因此，也不会发生放水塔浮起来。
三、隧洞设计
5.7.1隧洞布置
隧洞主要任务是引水灌溉，引水流量Q=0.10m³
/s，布置位于大坝的右坝肩。
为了减少隧洞长度，隧洞中心线尽可能采用直线，进口与放水塔连接，出口与灌溉渠道连接。
总长度50m,坡降i=2%,进水口底板高程为98.00m,出水口高程为97.00m。
5.7.2断面设计
隧洞采用圆形洞顶及矩形洞身断面，钢筋混凝土衬砌的无压箱涵结构。
为便于施工及检修，拟定隧洞圆形洞顶半径R=0.6m,矩形洞身净宽度为B=1.20m,净高度为h=1.0m,衬砌平均厚度为D=0.25m。
（1）、隧洞过水能力计算
本次设计隧洞过水能力计算，采用高等教育出版社，大连理工大学水力教研室编《水力学解题指导及习题集》，小孔口自由出流计算公式计算。
公式Q=μA√2gH0
式中：
μ—孔口的流量系数，取μ=，
A---孔口断面面积（m²
）,
H0—作用水头（m）,取H0=0.5m（相应放水流量），则
Q=×
×
√2g×
=1.22m³
/s满足设计要求。
（2）、隧洞尺寸确定
经计算，隧洞采用圆形洞顶及矩形洞身断面，洞顶半径R=0.6m,洞身宽度B=1.20m,高度h=1.0m。
5.7.3结构计算
（1）、基本资料
混凝土衬砌厚度D=0.25m,
隧洞长度L=50.0m,
过水控制流量Q=0.50m³
/s,
最大作用水头H=5.79m,
工程等别Ⅳ（小
（1）型），
混凝土强度设计值C15,
钢筋强度设计值Ⅱ，
混凝土弹性模量Ec=×
105Pa,
钢筋弹性模量Es=×
钢筋保护层a=30mm,
受力钢筋直径D=12mnm,
洞顶土厚h=5.8m。
（2）、计算公式
计算公式采用水利电力出版社《涵洞》及高等教育出版社，大连理工大学、天津大学编《结构力学》的力法典型方程进行计算。
计算公式：
X1+δ11+ᅀ1p=0
X2+δ22+ᅀ2p=0
X3+δ33+ᅀ3p=0
X1、X2、X3---拱顶在弯矩、轴力、剪力作用下的未知力，
δ11、δ22、δ33---拱顶在弯矩、轴力、剪力作用下的位移系数，
ᅀ1p、ᅀ2p、ᅀ3p---拱顶在弯矩、轴力、剪力作用下的位移。
（3）、计算结果
拱顶、拱侧、底板各种内力计算如表5-5-1。
5.7.4应力计算
σmax=ΣN/A+ΣM/W
σmin=ΣN/A-ΣM/W
表拱顶、拱侧、底板内力及应力计算成果表
拱的
部位
弯矩M
（）
轴力N
（10KN）
剪力Q
最大
弯矩
Mmax
最小
弯矩Mmin
轴力
Nmax
Nmi
最大
剪力
Qmax
最小
Qmin
拱顶
拱侧
底板
上式中：
σmaxσmin---分别为最大应力、最小应力（10kN/m²
ΣN---轴力的代数和（10KN）,
A---拱计算截面面积（m²
）,取A=（m²
W---拱计算截面抵抗矩（m³
）,取W=（m³
升级会员 