明管结构计算书.doc

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：