倒虹吸管设计计算.docx

1、倒虹吸管设计计算倒虹吸管设计计算一、倒虹吸管总体布置 （根据地形和当地需水量情况确定）1布置原则；P132布置型式；地面式（露天或浅埋式）、架空式3管路布置；（斜管式和竖井式）4进口段布置；渐变段、拦污栅、节制闸、连接段（进水 口、通汽孔）、沉沙、冲沙及泄水设施 5出口段布置；（设消力池）二、倒虹吸管的构造1.管身构造；（钢筋混泥土管、钢管、铸铁管）2支承结构；（管座、镇墩、支墩）三、倒虹吸管的水力计算1.管道断面尺寸的确定；1灌溉面积的确定：（根据土地利用参加够调整表查出整理后土地的灌溉面积。）2补水量的计算：项目区水田和旱地需水量除去项目区降雨量即为需补给水量。项目区分为水田和旱地，主要农

2、作物为水稻、玉米、油菜，各种农作物所在区需水量不同。根据贵州省灌溉用 水定额编制分区图：项目区属I区，灌溉定额根据贵州省灌溉用水定额编制I区水稻净定额为 270m3/亩，毛灌溉定额为644 m3/亩需水量公式W需二M毛 An叫一一农业生产总需水量，m3 ；M毛-综合毛灌溉定额，m3 ；A 灌溉面积，亩；n 农作物复种指数，采用综合灌溉定额时，已经 考虑了复种指数，可不再计入。M净-作物净灌溉定额，m3/亩；-灌溉水利用系数。I区渠系水利系数为 0.465; 田间水利用系数为 0.95,故灌溉水利用系数为 0.465X 0.95 得 0.44。3.流量计算根据当地全年水田需水量表、旱地需水量表和

3、全年降 雨量表查出全年需水量和降雨量的最大值和最小值，计算出 最大补水量和最小补水量，以推出其流量。4.确定尺寸；Do =J4Q/ （圆管）设计流速，m/s。2管壁厚度的拟定管壁中环向拉应力为以钢材的设计允许应力 M弋替m。初估计时水锤压力值按静水头内水压力，的15 %30 %o高水头取大值，低水头取小值;焊缝系数，一般为 0.900.95,双面对接焊缝取0.95，单面对接取 0.90;钢材的允许应力上应力区域荷载组膜应力区局部应力区备注基本 特殊基本特殊-s为钢材屈服强产生应力的内力轴力轴力轴力和弯矩轴力轴 力 和 弯 矩允 许 应 力明 钢 管 地 下 钢 管 坝 内 埋 管0.70.55

4、 6 0.90.67 ；二0.67 J(0.80.9)0.67-s0.85 0.81.03.水头损失计算总水头损失等于沿程水头损失与局部水头损失之和;V j)Vg管道长度，m;各局部阻力系数之和，4.能量方程5.进出口渐变段长度计算L=C(Bi B2)L 二 Ch C、Ci 系数；Bi 渠道水面宽度，m;B2 渐变段缩窄端水面宽度， m ；h 上、下渠道水深，m6进口沉沙池段面尺寸计算池内水深 H = h TT = 0.5D。 200 ( mm)h进口渠道水深，m;T 进口渠底至沉沙池底的高差， m;池宽Q 渠道设计流量， m3/s ；沉沙池内平均流速，m/s;管壁厚度,mm;Do 管道内直径

5、,mm; L H池长度 L - KL （ L二oK 安全系数；L泥沙沉降的水平长度；o 泥沙沉降速度，m/s。注：L、B可根据经验有：L （ 45） hB （ 45） bh、 b分别为渠道的水深和底宽。7.出口消力池尺寸确定按经验公式：L =（ 34） hT = 0.5 D+ +0.3消力池以后的护底长一般采用 35m。8. 通过小流量时进口水跃的处理 ：（P50）9.通过加大流量时计算挡水墙顶对进口雍水位的超咼；（P52 ）四、倒虹吸管的结构计算1 .土压力（上埋式管土压力）单位长度竖向土压力 Gb为：G昇 K sHDiH 管顶以上填土高度;s 填土容重；Di管的外径，矩形管为外形宽度；K系

6、数，查表，对于柔性管 K =1.0。H /D1A0.10.5 1.0 2.03.04.0 5.0 6.0 7.08.09.0 “101.01.2 1.4 1.41.51.4 1.4 1.3 1.31.21.2 1.1K40 0 505 0 5 050 52地面活荷载产生的竖向压力.敷设在公路下1m的压力管道还受汽车压力和拖拉机压力；G汽二 fkQ汽 D1 (kN/m)动力系数，查表;Q汽一一加重汽车作用于管道上的竖向荷载，查表;Di 管道外径，m动力系数fk表填土深度0.30.40.50.6 A 0.7fk1.251.201.151.05 1.0Q汽值(kN/m2)表填土厚度H (m)汽车荷载

7、 c 口0.50.751.01.52.03.0 4.0 5.08.0汽车-10级69.043.525.116.812.98.96.84.63.4汽车-13级87.649.537.722.917.712.19.26.24.7汽车-18级170.59673.344.334.323.518.612.19.6.拖拉机压力；G拖二 fkQ拖 D1 （kN/m）Q拖一一 履带式拖拉机作用于管道的竖向压力（ kN/itf）查表;Q拖值（kN/ mJ表拖拉机填土厚度H (m)吨位0.50.751.01.52.03.04.06.08.060t4738.332.324.721.217.815.011.79.680

8、t88.463.253.941.636.330.325.920.216.53.其他荷载计算.管内水重P 厂 r(cos ).水的重度,kN/ m3；r。 圆管内半径,m;垂直直径之夹角。2 ”当冲满水时 P r r。-管道的均匀内水压力H 管内顶部以上水头;4.管道外水压力不均匀外水压力计算Pek = e（1 - COS ）（圆管）ri 圆管外半径；（巳3 ）e 外水压力折减系数，查表 4-11； （ P84 ） 五、倒虹吸管镇墩的计算 直接作用于镇墩上的荷载；由均匀内水压力产生的轴向力作用在弯管段起始段面和末端断面的轴向压力分别为;Ap 二 口出 D：/4Ap 二 mH2 D；/4Hi、H2

9、 分别为弯管段起始及末端断面中心处的水头；弯管段水流离心力；m 弯管段水体的质量 （m二Gw / g）；a 离心加速度（a2 / R）；Gww 弯管内水体重力，（Gww =（二 D；/4） wl ）；9弯管段的中心角（日二日）；图148页。 g重力加速度，m/s;R 弯管中心线弧长；可近似用弦长 忑 BC来 代替， lw 二 AB 2Rsine/2）；镇墩自重力及镇墩内水重力确定其形式尺寸后可算出自重和内水重力； 作用于镇墩上的水平土压力E厂 h；KaB/2D；cos= h,Ka/4（kN）cpKa 主动土压力系数Ka二tg2（45- ？）；B 镇墩垂直水流方向宽度， m;h1 斜管段管端断面

10、中心线至填土顶面高度，m;h2镇墩底面至填土顶面高度，m;cp土的内摩擦角。注：土的重度和内摩擦角值见表 5-14。（ P149） 通过管身传给镇墩的荷载1.镇墩上侧斜管传给镇墩的力管身自重G厂 D cL轴向分力Ac = G；sn 垂直管轴的分力Nc 二 Gccos=L 镇墩上侧斜管段长度，m;内水重力gs r l垂直分力N 二 G cos道上的浮力G；轴向分力Af 二 Gf sn垂直分力Nf 二 Gf cosm;l 在水位以下的斜管轴线长度，管道填土压力(Fk FJL轴向分力I I!=Gy sin日竖向分力=G cos=管身摩擦力不动。）2镇墩下侧斜管传给镇墩的荷载所计算力与以上公式一样；（

11、P52）（图R50）墩身稳定计算1镇墩与两侧管端刚性连接当 ，上侧斜管下滑力大于摩擦力，这时可将所有作用力转化为力 a及a，再求其总和。轴向力总和在x在轴上的分力为 x 八 x x 八 A cost a cost轴向力总和在y轴上的分力 y = y v y = a sin丁 、 A sin丁-x及x 分别为镇墩上游侧及下游侧水平分力 的总和，kN ;-y及y 分别为镇墩上游侧及下游侧竖向分力 的总和，kN。将x和y代人下式Kc 镇墩的抗滑安全系数；对钢管可取 1.5；E侧向土压力，kN ;f镇墩与地基之间的摩擦系数；G 为镇墩自重力(Gz)及镇墩内水重力(Gz .)之 和；G = GZ GZ

12、(kN)31G - DO (R 2b)4b弯管段起点、终点至直管管端长度；2.镇墩与两管端柔性连接3.镇墩上侧与管端为钢性连接下侧为柔性连接地基强度和稳定计算一般基础底面都做成矩形的，故地基的最大和最小力为：CF ； I :支墩间距；水平倾斜角度； 跨中断面G为零；S 管壁计算点以外部分断面对重心轴的静2矩，Sl 二 2rsi；J 管断面惯性矩，J二；b受剪断面净宽度，b= 2 ；F 钢管断面积，F二2 P ；钢管横断面，(图P79)沿日角变化的环向剪应力；当=0和180时，=0 ;当二=90和270时，2Qx 一 ，为最大剪应力。3.钢管壁强度的校核按应力圆原理，其最大剪应力 max应满足校

13、核管壁应力的公式狀x-二y) 4xy 上 1钢材允许应力。第三强度理论校核钢管壁强度，二厂 -S)2 - I- = 0)匚x r r)2 4鳥1(八90)J -F)2+4：异 fc 】(8 =180)根据畸变能理论得到的三向应力状态一般情况的合成CT =0应力公式我国SD144 85水电站压力钢管设计规范中给出了上式中规定满足强度条件CT ff 1二 2 -丨；I焊缝系数，其值为0.90.95,工程级别越高，焊缝检查越严格，则焊缝系数越大；七I 为相应计算工况的钢材允许应力。 规范规定，地面钢管在基本荷载组合条件下，=0.55 二二s为屈服点；考虑局部应力时，可提高到七=0.67二s七、加径环与支承环旁管壁的应力计算一、加径环与加径环旁管壁应力分析 加劲环每侧管段的影响长度t= 、 7.7843(12)总体过程(R84-199 )主要设计规范(1)SDJ20 78水工钢筋混凝土结构设计规 范；(2) SL/T191 96水工混凝土结构设计规范 ;3)DL5077 1997水工建筑物荷载设计规范4)SL21198水工建筑物抗冰冻设计规范5)SL20397水工建筑物抗震设计规范 ；6)SL285范；2003水利水电工程进水口设计规