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明管结构计算书
明管结构计算书
项目名称_____________日 期_____________
设 计 者_____________校 对 者_____________
一、示意图:
二、基本设计资料
1.依据规范及参考书目:
《水电站压力钢管设计规范》(SL 281-2003),以下简称规范
《水工建筑物荷载设计规范》(DL 5077 - 1997)
《钢结构设计规范》(GBJ 17 - 1988)
《压力钢管》(潘家铮编 1982年版)
2.几何参数:
钢管内径D = 2000 mm 钢管轴线倾角α = 44.0 度
支座个数n = 4 个,支墩间距L = 16000 mm,加劲环间距l = 4000 mm
钢管壁厚由计算确定。
加劲环厚度a1 = 25 mm 加劲环高度h1 = 100 mm
支承环厚度a2 = 30 mm 支承环高度h2 = 150 mm
伸缩节至支承环距离L3 = 54000 mm,伸缩节止水盘根沿轴向长度b1 = 300 mm
伸缩节内套管外径D1 = 2020 mm,伸缩节内套管内径D2 = 2000 mm
3.材料及荷载参数:
支承环处截面中心计算水头H = 56250 mm
钢材的牌号:Q235C级,钢材的屈服点σs = 235.0 N/mm2
钢材弹性模量Es = 2.06×105 N/mm2,泊松比μ = 0.3
钢材线膨胀系数αs = 1.20×10-5 /℃,重度γs = 7.85×10-5 N/mm3
焊缝系数φ = 0.95,支座对管壁摩擦系数f = 0.10
伸缩节止水填料与管壁摩擦系数μ1 = 0.30
三、初估管壁厚度
1.按锅炉公式初估管壁厚度t:
根据末跨跨中计算水头并考虑将刚才允许应力降低15%,锅炉公式如下:
t = γwH1D/{2φ(1-0.15)[σ]}
末跨跨中管道中心计算水头H1 = H-L/2×sinα
= 56250-16000/2×sin44.0°= 50693 mm
[σ] = 0.55σs = 0.55×235.0 = 129.3 N/mm2
t = 9.80×10-6×50693×2000/[2×0.95(1-0.15)×129.25] = 4.8 mm
考虑2mm的锈蚀裕量后管壁厚度初定为t = 7.0 mm
2.复核管壁厚度是否满足制造工艺、安装、运输等要求所需刚度的最小厚度要求:
判断公式如下:
t ≥ D/800 + 4
则t应满足t ≥ 2000/800 + 4 = 6.5 mm
实际选用管壁厚度t = 7.0 mm,满足要求
四、跨中截面管壁应力分析
1.计算参数:
末跨跨中管道中心计算水头H1 = H-L/2×sinα
= 56250-16000/2×sin44.0°= 50693 mm
伸缩节端部管道中心计算水头H = H-L3×sinα
= 56250-54000×sin44.0°= 18738 mm
伸缩节到跨中截面的计算长度L3 = L3-L/2 = 54000-16000/2 = 46000 mm
2.荷载计算:
(1)径向内水压力
计算公式:P = γw×H1
P = 9.80×10-6×50693 = 0.497 N/mm2
(2)钢管自重作用下垂直管轴方向的法向力
计算公式:Qs = qs×L×cosα (每跨钢管自重)
qs = 1.25πDtγs (单位长钢管自重,考虑加劲环等附件重量为钢管重量的25%)
qs = 1.25×3.14×2000×7.0×7.85×10-5 = 4.316 N/mm
Qs = 4.316×16000×cos44.0° = 49672 N
(3)钢管中水重作用下垂直管轴方向的法向力
计算公式:Qw = qw×L×cosα (每跨管内水重)
qw = 0.25πD2γw (单位长管内水重)
qw = 0.25×3.14×20002×9.80×10-6 = 30.788 N/mm
Qw = 30.788×16000×cos44.0° = 354348 N
(4)钢管自重作用下轴向分力
计算公式:A1 = qs×L3×sinα
A1 = 4.316×46000×sin44.0° = 137907 N
(5)套筒式伸缩节端部的内水压力
计算公式:A5 = 0.25π(D12 - D22)Hγw
A5 = 0.25×3.14×(20202-20002)×18738×9.80×10-6 = 11596 N
(6)温升时套筒式伸缩节止水填料的摩擦力
计算公式:
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