1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。ny倒虹吸管設(shè)計計算倒虹吸管設(shè)計計算倒虹吸管設(shè)計計算一、倒虹吸管總體布置（根據(jù)地形和當(dāng)?shù)匦杷壳闆r確定） 1.布置原則； 2.布置型式；地面式（露天或淺埋式）、架空式 3.管路布置；（斜管式和豎井式） 4.進口段布置；漸變段、攔污柵、節(jié)制閘、連接段進水口、通汽孔、沉沙、沖沙及泄水設(shè)施 5.出口段布置；（設(shè)消力池）二、倒虹吸管的構(gòu)造1.管身構(gòu)造；（鋼筋混泥土管、鋼管、鑄鐵管） 2.支承結(jié)構(gòu)；（管座、鎮(zhèn)墩、支墩）三、倒虹吸管的水力計算 1.管道斷面尺寸的確定；灌溉面積的確定：（根據(jù)土地利用參加夠調(diào)整表查出整

2、理后土地的灌溉面積。）補水量的計算： 項目區(qū)水田和旱地需水量除去項目區(qū)降雨量即為需補給水量。項目區(qū)分為水田和旱地，主要農(nóng)作物為水稻、玉米、油菜，各種農(nóng)作物所在區(qū)需水量不同。根據(jù)貴州省灌溉用水定額編制分區(qū)圖：項目區(qū)屬區(qū)，灌溉定額根據(jù)貴州省灌溉用水定額編制區(qū)水稻凈定額為270/畝，毛灌溉定額為644/畝。需水量公式 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總需水量，； 綜合毛灌溉定額，； 灌溉面積，畝；n 農(nóng)作物復(fù)種指數(shù)，采用綜合灌溉定額時，已經(jīng)考慮了復(fù)種指數(shù)，可不再計入。 作物凈灌溉定額，/畝； 灌溉水利用系數(shù)。區(qū)渠系水利系數(shù)為0.465；田間水利用系數(shù)為0.95，故灌溉水利用系數(shù)為0.4650.95得0.44。.流量計算根據(jù)

3、當(dāng)?shù)厝晁镄杷勘?、旱地需水量表和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，計算出最大補水量和最小補水量，以推出其流量。確定尺寸； （圓管） 管道內(nèi)徑，m; 倒虹吸管設(shè)計流量，； 設(shè)計流速，m/s。 2.管壁厚度的擬定 取單位長度承受較大內(nèi)水壓力P的管道管壁中環(huán)向拉應(yīng)力為 以鋼材的設(shè)計允許應(yīng)力代替；經(jīng)整理得： (mm) 水的密度，1000kg/; H 內(nèi)水壓力，m。初估計時水錘壓力值按靜水頭的1530。高水頭取大值，低水頭取小值； 焊縫系數(shù)，一般為0.900.95，雙面對接焊縫取0.95，單面對接取0.90； 壓力鋼管的內(nèi)直徑，m; 鋼管的設(shè)計允許應(yīng)力，kpa。查下表鋼材的允許應(yīng)力

4、應(yīng)力區(qū)域膜應(yīng)力區(qū)局部應(yīng)力區(qū)備注荷載組合基本特殊基本特殊為鋼材屈服強度產(chǎn)生應(yīng)力的內(nèi)力軸力軸力軸力和彎矩軸力軸力和彎矩允許應(yīng)力明鋼管地下鋼管壩內(nèi)埋管0.550.670.670.70.9（0.80.9）0.670.850.81. 0 3.水頭損失計算總水頭損失等于沿程水頭損失與局部水頭損失之和； 管道長度，m; 能量損失系數(shù)，=，； 各局部阻力系數(shù)之和，； 管內(nèi)平均流速，m/s。 4.能量方程 5.進出口漸變段長度計算 、 系數(shù)； 渠道水面寬度，m; 漸變段縮窄端水面寬度，m； 上、下渠道水深，m。 6.進口沉沙池段面尺寸計算 池內(nèi)水深 （mm） 進口渠道水深，m; 進口渠底至沉沙池底的高差，m;池

5、寬 渠道設(shè)計流量，； 沉沙池內(nèi)平均流速，m/s; 管壁厚度,mm; 管道內(nèi)直徑,mm; 池長度 （） 安全系數(shù)； 泥沙沉降的水平長度； 泥沙沉降速度，m/s。注：、可根據(jù)經(jīng)驗有： （45） （45） 、分別為渠道的水深和底寬。 7.出口消力池尺寸確定 按經(jīng)驗公式： （34） 0.5+0.3 消力池以后的護底長一般采用35m。 8.通過小流量時進口水躍的處理: () 9.通過加大流量時計算擋水墻頂對進口雍水位的超高;()四、倒虹吸管的結(jié)構(gòu)計算 1.土壓力（上埋式管土壓力） 單位長度豎向土壓力為： 管頂以上填土高度； 填土容重； 管的外徑，矩形管為外形寬度； 系數(shù)，查表，對于柔性管=1.0。0.1

6、0.51.02.03.04.05.06.07.08.09.0101.041.201.401.451.501.451.401.351.301.251.201.15 2.地面活荷載產(chǎn)生的豎向壓力.敷設(shè)在公路下1m的壓力管道還受汽車壓力和拖拉機壓力； (kN/m) 動力系數(shù)，查表； 加重汽車作用于管道上的豎向荷載，查表； 管道外徑，m 動力系數(shù) 表填土深度0.30.40.50.60.71.251.201.151.051.0 值（kN/）表汽車荷載填 土 厚 度 （m）0.50.751.01.52.03.04.05.08.0汽車-10級69.043.525.116.812.98.96.84.63.4汽

7、車-13級87.649.537.722.917.712.19.26.24.7汽車-18級170.59673.344.334.323.518.612.19.6.拖拉機壓力； (kN/m) 履帶式拖拉機作用于管道的豎向壓力（kN/）查表；值（kN/）表拖拉機噸位填 土 厚 度 （m）0.50.751.01.52.03.04.06.08.060t4738.332.324.721.217.815.011.79.680t88.463.253.941.636.330.325.920.216.53.其他荷載計算 .管內(nèi)水重 水的重度,kN/; 圓管內(nèi)半徑,m; 垂直直徑之夾角。 當(dāng)沖滿水時 .管道的均勻內(nèi)水

8、壓力 管內(nèi)頂部以上水頭；4.管道外水壓力 不均勻外水壓力計算 （圓管） 圓管外半徑；（） 外水壓力折減系數(shù)，查表4-11；（）五、倒虹吸管鎮(zhèn)墩的計算 直接作用于鎮(zhèn)墩上的荷載； 由均勻內(nèi)水壓力產(chǎn)生的軸向力作用在彎管段起始段面和末端斷面的軸向壓力分別為； 、 分別為彎管段起始及末端斷面中心處的水頭； 彎管段水流離心力； m 彎管段水體的質(zhì)量（）； 離心加速度（）； 彎管內(nèi)水體重力，（）； 彎管段的中心角（）；圖148頁。 重力加速度，m/s; 彎管中心線弧長；可近似用弦長來代替，； 鎮(zhèn)墩自重力及鎮(zhèn)墩內(nèi)水重力 確定其形式尺寸后可算出自重和內(nèi)水重力； 作用于鎮(zhèn)墩上的水平土壓力 主動土壓力系數(shù)； 鎮(zhèn)墩垂

9、直水流方向?qū)挾?，m; 斜管段管端斷面中心線至填土頂面高度，m; 鎮(zhèn)墩底面至填土頂面高度，m; 土的內(nèi)摩擦角。 注：土的重度和內(nèi)摩擦角值見表5-14。（） 通過管身傳給鎮(zhèn)墩的荷載1.鎮(zhèn)墩上側(cè)斜管傳給鎮(zhèn)墩的力管身自重 軸向分力 垂直管軸的分力 鎮(zhèn)墩上側(cè)斜管段長度，m;內(nèi)水重力垂直分力 道上的浮力 軸向分力 垂直分力 在水位以下的斜管軸線長度，m; 管道填土壓力 軸向分力 豎向分力 、 順管道每米長土的重力，可分別按式（4-11）、（4-23）計算； （） 管身摩擦力 （kN） 管底和管座之間的摩擦系數(shù)。 （） 臨界坡角；（管道下滑，管道不動。）2.鎮(zhèn)墩下側(cè)斜管傳給鎮(zhèn)墩的荷載 所計算力與以上公式一樣

10、；（）（圖）墩身穩(wěn)定計算 1.鎮(zhèn)墩與兩側(cè)管端剛性連接 當(dāng)，上側(cè)斜管下滑力大于摩擦力，這時可將所有作用力轉(zhuǎn)化為力及，再求其總和。 軸向力總和在x在軸上的分力為 軸向力總和在y軸上的分力 及 分別為鎮(zhèn)墩上游側(cè)及下游側(cè)水平分力的總和，kN；及 分別為鎮(zhèn)墩上游側(cè)及下游側(cè)豎向分力的總和，kN。 將和代人下式1.21.58 鎮(zhèn)墩的抗滑安全系數(shù)；對鋼管可取1.5； 側(cè)向土壓力，kN； 鎮(zhèn)墩與地基之間的摩擦系數(shù)； 為鎮(zhèn)墩自重力（）及鎮(zhèn)墩內(nèi)水重力（）之和； （kN） 彎管段起點、終點至直管管端長度； 2.鎮(zhèn)墩與兩管端柔性連接 3.鎮(zhèn)墩上側(cè)與管端為鋼性連接下側(cè)為柔性連接地基強度和穩(wěn)定計算 一般基礎(chǔ)底面都做成矩形的

11、，故地基的最大和最小力為： 總力矩，kNm，是、和、等各力對鎮(zhèn)墩底面形心點力矩的總和；（圖） 、 分別為鎮(zhèn)墩底面的寬度和長度，m; 地基的許可承載力，kN/,見下表；地基的許可承載力地基名稱許可承載力(kN/)中等堅硬巖石12002000軟弱巖石8001200稍濕的粘性土200400很濕的粘性土100200稍濕的砂壤土300400很濕的砂壤土2003001. 鋼制倒虹吸管鎮(zhèn)墩計算步驟作用在鋼制倒虹吸管鎮(zhèn)墩上各個力的計算；按照表6-2所列的、諸軸向力同時作用下，取最不利的情況設(shè)計（一般以溫度升高、管內(nèi)充水為控制條件）。（）計算中、小型鋼制倒虹吸管鎮(zhèn)墩時，也可僅取其中起主要作用的、三力即可。算出各

12、力且注意各力對鎮(zhèn)墩中心的方向。將各軸向力疊加并分解為水平分力和豎向分力。求鎮(zhèn)墩的體積和校核地基的承載力。2. 鋼管支墩的計算步驟計算作用在支墩上的力。作用在支墩上的力有：垂直于管道軸線方向的管自重力和水重力（表6-2第10、11號公式），管傳給支墩的摩擦力（表6-2第9號公式）及支墩自重力。 分解總作用力為水平分力。各力在軸上的水平分力為 沿軸的豎向分力為 支墩對鋼管的摩擦力； 注：當(dāng)溫度升高管道向上伸長時，作用在支墩上的摩擦力朝向管道上端，取負(fù)號。當(dāng)溫度降低管道向下縮短時，作用于支墩上的摩擦力朝向管道下端，取正號。 校核支墩抗滑穩(wěn)定。計算時根據(jù)對穩(wěn)定最不利情況取用為正號或負(fù)號六、露天式鋼管結(jié)

13、構(gòu)計算 1.管壁應(yīng)力計算 徑向力作用產(chǎn)生的管壁應(yīng)力。 管壁環(huán)向拉應(yīng)力 鋼管內(nèi)徑，mm; 鋼管壁厚度，mm； 軸向力作用產(chǎn)生的管壁應(yīng)力。 斷面積為 得軸向應(yīng)力計算公式 平均直徑，mm; 平均半徑，mm。 注：設(shè)計計算時，如N為壓力，則N前加負(fù)號，如算得為負(fù)值，則為壓應(yīng)力。 法向力作用產(chǎn)生的管壁應(yīng)力。 鋼管環(huán)行斷面抵抗矩； 法向力產(chǎn)生的彎矩 鋼管內(nèi)半徑。 斷面剪應(yīng)力 鋼管橫斷面上的剪力，跨端支墩兩側(cè)各等于，； ：支墩間距； 水平傾斜角度； 跨中斷面G為零； 管壁計算點以外部分?jǐn)嗝鎸χ匦妮S的靜矩，； 管斷面慣性矩，； 受剪斷面凈寬度，； F 鋼管斷面積，； 鋼管橫斷面，（圖）沿角變化的環(huán)向剪應(yīng)力；當(dāng)=0和時，=0；當(dāng)=和時， ，為最大剪應(yīng)力。3. 鋼管壁強度的校核按應(yīng)力圓原理，其最大剪應(yīng)力應(yīng)滿足 校核管壁應(yīng)力的公式 鋼材允許應(yīng)力。 第三強度理論校核鋼管壁強度，根據(jù)畸變能理論得到的三向應(yīng)力狀態(tài)一般情況的合成應(yīng)力公式 對于平面應(yīng)力狀態(tài) 剪應(yīng)力等于零時 我國SD14485水電站壓力鋼管設(shè)計規(guī)范中給出了上式中規(guī)定滿足強度條件 焊縫系數(shù)，其值為0.90.95，工程級別越高，焊縫檢查越嚴(yán)格，則焊縫系數(shù)越大； 為相應(yīng)計算工況的鋼材允許應(yīng)力。規(guī)范規(guī)定，地面鋼管在基本荷載組合條件下，=0.55， 為屈服點；考慮局部應(yīng)力時，可提高到=0.67。七、加徑環(huán)與支承環(huán)旁管壁