倒虹吸计算书

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》GB50288 —99； 2、 《水电站压力钢管设计规范》SL284—2003 3、 《混凝土结构设计规范》 SL/T191 —96； 4、 《水工建筑物抗震设计规范》DL5073 —1997； 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 1.5～2.5； C1取 3～5： 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+T T=（1/3～1/4）h； T 为进口渠底至沉沙池底的高差；取 (2) 沉沙池宽 B B=Q/(Hv)； v 池内平均流速 0.25～0.5m/s； 经计算取 B=3.5m； (3) 沉沙池长 L’ L’≥（4~5）h 经计算取 L =8m； (4) 通气孔 0.8m； 通气孔最小断面面积按下式计算： A KQ 1265C △P ； 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；△P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(δ=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=(3~4)h T≥0.5D0+δ+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δ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=μω 2gZ  1 ζL/ D λ= 8g 2C C= R 1/6 式中： Q－倒虹吸设计流量（ m3/s） ； μ－流量系数； =0.383 ω－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 ∑ζ－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； ξ 闸=0.2，ξ进口=0.5，ξ拦栅=0.5，ξ出口=1， ξ 弯头=αξ90，ξ90=0.36 1#镇墩弯头为 14°59′，α=0.32，ξ 弯头1=0.32*0.36=0.115 2#镇墩弯头为 37°47′，α=0.63，ξ 弯头2=0.63*0.36=0.227 3#镇墩弯头为 44°4′，α=0.69，ξ 弯头3=0.69*0.36=0.248 4#镇墩弯头为 11°，α=0.25，ξ 弯头4=0.25*0.36=0.09 ∑ξ 弯头=0.68 ∑ζ=2.88 λ－能量损失系数； =0.015338 L－倒虹吸总长度（ m） ；410 D－管内直径（ m） ；1.6m 1 n C－谢才系数； =71.53 n－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=（∑ξ+λL/D）V2/2g v 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SL281－ 2003》规定，采用第四强度理论计算，其计算公式为： 22 1  Z 2 3yz  yZy 22 2  ZZ3 2z  2 3   22y  yy3 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； τ yz 、τ xz 、τ 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 屈服点 允许应力[δ]（Mpa） 膜应力区 基本组合 []=0.55 s 129 124 190 179 173 特殊组合 []=0.7 s 165 158 242 228 221 局部应力区 基本组合 []=0.67 s 158 151 231 218 211 特殊组合 []=0.8 s 188 180 276 260 252 钢材 钢板厚度 (mm)  s (Mpa) 235 225 345 325 315 Q235 ≤16 ≥16～40 ≤16 Q345＞16～25 ＞25～36 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 ①水管自重的轴向分力； ②温升时管壁沿支墩面的磨擦力； ③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： ①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=37 °47′; 加劲环 1 支承环 180 0 180 0 1 540 0 2 180 0 3 图一 2 3 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%, δ HD0 20.75[ σ] =11.12mm 选用管壁计算厚度选δ=12mm ，考虑 2mm 的防锈厚度， 管壁的结构厚度取δ=14mm 。 2、管壁