1、+水电站 镇墩结构计算书 第 0 页 共 34 页 目 录1. 计算总说明 .11.1 计算的目的与要求 .11.2 依据资料及参考书目 .11.3 计算原则与假定 .11.4 符号说明 .22. 计算过程 .22.1 镇墩结构设计 .22.1.1 基本资料 .22.1.2 最高水位运行工况下下作用在镇墩上的基本荷载 .42.1.3 检修条件下作用在镇墩上的基本荷载 .62.1.4 校核情况下作用于镇墩的校核荷载（水压试验） .62.1.5 荷载组合后的水平、垂直分力 .72.1.6 抗滑稳定需要的体积力 .142.1.7 镇墩体积及几何尺寸拟定 .152.1.8 地基应力及抗滑稳定系数 .1
2、62.2 镇墩结构设计 .192.2.1 基本资料 .192.2.2 最高水位运行工况下下作用在镇墩上的基本荷载 .202.2.3 检修条件下作用在镇墩上的基本荷载 .222.2.4 校核情况下作用于镇墩的校核荷载（水压试验） .222.2.5 荷载组合后的水平、垂直分力 .232.2.6 抗滑稳定需要的体积力 .302.2.7 镇墩体积及几何尺寸拟定 .302.2.8 地基应力及抗滑稳定系数 .313成果分析 .34+水电站 镇墩结构计算书 第 1 页 共 34 页 +水电站镇墩结构计算书1. 计算总说明1.1 计算的目的与要求本计算书对+水电站技施阶段镇墩结构进行设计。镇墩设计主要完成的内
3、容有： 计算不同工况下镇墩所受的荷载； 确定抗滑稳定所需要的体积力； 根据计算的体积力，拟定镇墩的型式、形状和几何尺寸； 校核地基承载力，拟定钢管与镇墩、镇墩与地基间的固结设施。1.2 依据资料及参考书目小型水电站机电设计手册 金属结构 水利电力出版社 1991.8水电站压力钢管设计规范 （SL281-2003）中国水利水电出版社 2003.3 +水电站初设报告第五章（工程布置及建筑物） +水电站招标阶段引水发电系统设计图纸一套1.3 计算原则与假定 见附图 1+水电站引水发电系统纵剖面图 ，选取和镇墩作为计算镇墩，计算不同工况下作用在镇墩上的荷载，在满足抗滑稳定和地基允许承载力的条件下拟定镇
4、墩的结构尺寸； 假定管道沿程水锤升压成线性变化，管道轴线上任意一点的的水锤升压最大值为： ，式中 表示进水口到钢管末端（蝶阀处）的轴线长pprlHL度， 表示 点到进水口的轴线长度， 表示钢管末端水锤升压最大值；pl rH（说明：水锤升压最大值利用+水电站初设报告第五章表 5.4-4 的计算成果。 ） 为安全计，计算水头时不考虑水头损失和尾水渠尾水的影响； 钢管附件重按钢管主材 12%计。+水电站 镇墩结构计算书 第 2 页 共 34 页 1.4 符号说明1轴向力 钢管金属结构自重的轴向分力 ；1A 镇墩内弯管前、后端水压力 ；2 镇墩前后两个伸缩节端面水压力 ；3 温度变化时，伸缩节止水填料
5、对钢管变形的摩擦力 ；4A 温度变化时，中间支墩对钢管变形的摩擦力 （传给镇墩的摩擦力） ；5 弯管中水流离心力的管轴向分力 。6A2垂直管轴的法向力镇墩前、后钢管自重 及水重 形成对镇墩的法向分力。计算时，镇墩sQw的上游侧仅记入半个跨段，镇墩下游侧则计算至伸缩节。3其它力 镇墩自重 。dG2. 计算过程2.1 镇墩结构设计2.1.1 基本资料根据技施阶段+电站前池水力学计算的计算成果：最高水位： 1280.7m最低水位： 93+水电站 镇墩结构计算书 第 3 页 共 34 页 管道末端中心线高程： 3169.50最高水位对应压力管道末端水锤升压最大值：采用+电站引水发电管道水力计算的计算成
6、果 。2.rHm 钢管：钢管内径 ，计算壁厚 ；018D0.1m 进水口到管道末端轴线长度 ，主管段最大引用流量2743L，相应流速为： ；31.4/Qms.9/QvsA 镇墩的四个计算点 、 、 、 到进水口的轴线长度及前池最高1B1CD水位对应的静水头见附图 2，最高水位对应的管道末端的静水头；280.7169.5.4Hm镇墩上游方向伸缩节（记为 点）到进水口轴线距离： ；水1A12.8Lm锤升压： ；静水头： ；12.89.62.4743rLH047H计算水头： ；101.35m镇墩上游端（记为 点）到进水口轴线距离： ；水锤升压：B296.1L；静水头： ；计算水头：296.2.0.4
7、61743rLH04H；202.0157m镇墩下游端（记为 点）到进水口轴线距离： ；水锤升压：C39.861Lm；静水头： ；计算水头：39.86.20.812743rLH047H；303.0157m镇墩下游方向伸缩节（记为 点）到进水口轴线距离： ；1D410.86Lm水锤升压： ；静水头：4.8629.3073rLH；计算水头： ；047.8m404781.259.H 支墩采用带支承环的滑动式支墩，钢管与支承环摩擦系数：（查小型水电站机电设计手册 金属结构部分表 15-9） ；1.3f 伸缩节内止水盘根用油浸麻及橡皮圈，止水盒宽 ，平均摩擦0.3Dm+水电站 镇墩结构计算书 第 4 页
8、共 34 页 系数 ；0.35m 镇墩上游端至伸缩节的管轴长： ，下游端至伸缩节长：174.086Lm；2.L 支墩间距： ；l0.9 地基与镇墩摩擦系数 ；2.4f 地基容许承载力 ；5dkPa说明：地质参数依据地质互提资料单，见附页。2.1.2 最高水位运行工况下下作用在镇墩上的基本荷载镇墩上游方向敷设角为 ，下游方向敷设角为 。02701基本荷载： 钢管自重的轴向分力 1A上游方向 管壁重 01sin()sinqLDLr0.8.74.86.5i2715.3kN记入附件增重 12%后 1532AkN下游方向管壁重 02sin()sinqLDLr01.8.5.78i13.8k记入附件增重 1
9、2%后 343AkN 镇墩上、下游端内水压力 （转弯处的内水压力）2上游端 2201.80.56.271438.944wDHk下游端 23 0A N 伸缩节管端水压力 （接头处边缝处内水压力）上游伸缩节 23001()4wDH+水电站 镇墩结构计算书 第 5 页 共 34 页 23(1.8.0)1.4.938.4AkN下游伸缩节 20wDH“23(.).5.0.6k 温度变化时，伸缩节止水盘根对管壁摩擦力 。考虑在进行水压试验时4A不应产生漏水现象，参考小型水电站机电设计手册 （金属结构部分）第 428页，盘根压缩力可取为计算水压力的 1.25 倍。上游伸缩节 4021()wADbH1.83.
10、50.24.93512.08kN下游伸缩节 “4024()w“.1.A k 温度变化时，支墩对管壁的摩擦力 （传给镇墩的摩擦力）5A上游方向 51()cosswqLf0.8017.4.6ssDkN记入附件重量 0.12 ，实际单位长管重s .25.0sq220.54wwq k则 05(.5)7.86cos7.36.1A N下游方向 （下游方向伸缩节至镇墩之间无支墩） 镇墩中弯管水流离心力的轴向分力 6A22260/(4).10.18/(40.)5.1wAVDg kN 镇墩前、后钢管（记入水重）对镇墩的法向力 Q镇墩前半跨管的法向力 0()cos(5.02.4)7.951/2cos71.862s
11、wlQq kN镇墩后管段的法向力+水电站 镇墩结构计算书 第 6 页 共 34 页 0()cos(5.02.4)5.cos149.swQql kN2.1.3 检修条件下作用在镇墩上的基本荷载作为短暂设计工况，压力钢管内无水，此时无须考虑水压力的影响，只考虑， ， 和 的作用。1A45sQ 钢管自重轴向分力 1A上游方向 01sin5.074.86sin27168.ql kN下游方向 43s 温度变化时，伸缩节止水盘根对管壁的摩擦力 A上游伸缩节 412.08AkN下游伸缩节 温度变化时，支墩对管壁的摩擦力 （传给镇墩的摩擦力）5A上游方向 0 051cos26.9.74.86.3cos279.
12、sAqLf kN下游方向 0 镇墩前、后钢管对镇墩的法向力 sQ镇墩前半跨管的法向力0cos5.0791/2cos71.2slQq kN镇墩后管段的法向力0s.s4.6sl2.1.4 校核情况下作用于镇墩的校核荷载（水压试验）参照水电站压力钢管设计规范 （DL/T5141-2001）第 5 页“”现场水压试验的压力值取正常情况最高内水压力设计值（含水锤）的 1.25 倍。水压实验情况属于短暂设计工况，不考虑温度变化产生的影响；水压试验时 ，不考虑弯管水流离心力的作用。只考虑 ， ， 和 的作用。0V 1A23Q+水电站 镇墩结构计算书 第 7 页 共 34 页 钢管自重的轴向分力 1A上游方向
13、 168.5kN下游方向 43 镇墩上、下游端内水压力 2A上游端 21.58.917.AkN下游端 403 伸缩节管端水压力上游伸缩节 31.2589.61AkN下游伸缩节 420 镇墩前、后钢管对镇墩的法向力 Q镇墩前半跨管的法向力 17.86kN镇墩后管段长的法向力 492.1.5 荷载组合后的水平、垂直分力2.1.5.1 运行工况（前池最高水位时）基本荷载简图见下图 2.1-1。+水电站 镇墩结构计算书 第 8 页 共 34 页 A1 “2233况2.1- Q“4456“61 温升时自上游方向指向镇墩 123456AA68.5.9812.03.145.07kN水平方向分力 cos7.c
14、os6.()kN垂直方向分力 0in235in21783A自下游方向指向镇墩 12346AA4.570.1845.098kN水平方向分力 0cos9.2cos9.7()kN垂直方向分力 in184in1345A法向力的水平分力 Q 0sin107.86sin248.97()kN+水电站 镇墩结构计算书 第 9 页 共 34 页 的垂直分力 Q 0cos107.86cos296.1()kN的水平分力 in49in4的垂直分力 0cs.cs7.()k温升时总的水平推力 、垂直力 分别为xy216.34958.704.26.08.3()x kN01792y 温降时基本荷载简图见图 2.1-2。 A1 “2233况2.1- Q“4456“61自上游方向指向镇墩 123456AA68.5.9812.03.145.090kN水平方向分力 cos.cos782.()kN垂直方向分力 0in945in49A
