明管结构计算书

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1、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》（SL281－2003），以下简称规范《水工建筑物荷载设计规范》（DL5077-1997）《钢结构设计规范》（GBJ17-1988）《压力钢管》（潘家铮编1982年版）2．几何参数：钢管内径D=2000mm钢管轴线倾角α=44.0度支座个数n=4个，支墩间距L=16000mm，加劲环间距l

2、=4000mm钢管壁厚由计算确定。加劲环厚度a1=25mm加劲环高度h1=100mm支承环厚度a2=30mm支承环高度h2=150mm伸缩节至支承环距离L3=54000mm，伸缩节止水盘根沿轴向长度b1=300mm伸缩节内套管外径D1=2020mm，伸缩节内套管内径D2=2000mm3．材料及荷载参数：支承环处截面中心计算水头H=56250mm钢材的牌号：Q235C级，钢材的屈服点σs=235.0N/mm2钢材弹性模量Es=2.06×105N/mm2，泊松比μ=0.3钢材线膨胀系数αs=1.20×10-5

3、/℃，重度γs=7.85×10-5N/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°=50693mm[σ]=0.55σs=0.55×235.0=129.3N/mm2t=9.80×10-6×50693×2

4、000/[2×0.95（1-0.15）×129.25]=4.8mm考虑2mm的锈蚀裕量后管壁厚度初定为t=7.0mm2．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=6.5mm实际选用管壁厚度t=7.0mm，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°=50693mm伸缩节端部管道中心计算水头H'=H-L3×sinα=

5、56250-54000×sin44.0°=18738mm伸缩节到跨中截面的计算长度L3'=L3-L/2=54000-16000/2=46000mm2．荷载计算：（1）径向内水压力计算公式：P=γw×H1P=9.80×10-6×50693=0.497N/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=4.316N/m

6、mQs=4.316×16000×cos44.0°=49672N（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=30.788N/mmQw=30.788×16000×cos44.0°=354348N（4）钢管自重作用下轴向分力计算公式：A1=qs×L3'×sinαA1=4.316×46000×sin44.0°=137907N（5）套筒式伸缩节端部的内水压力计算公式：A

7、5=0.25π（D12-D22）H'γwA5=0.25×3.14×（20202-20002）×18738×9.80×10-6=11596N（6）温升时套筒式伸缩节止水填料的摩擦力计算公式：A6=π×D1×b1×μ1×γwA6=3.14×2020×300×0.30×18738×9.80×10-6=104883N（7）温升时支座对钢管的摩擦力计算公式：A7=n×（qs+qw）×L×f×cosαA7=3×（4.316+30.788）×16000×0.10×cos44.0°=121206N（8）轴向力的合力∑A∑

8、A=A1+A5+A6+A7=137907+11596+104883+121206=375592N3．跨中管壁截面应力计算公式：（1）径向内水压力P在管壁中产生的环向应力σθ1：σθ1=P×r/t×（1-r/H×cosα×cosθ）式中：r=D/2θ为计算点径向与管中心铅垂线的夹角。θ=0°为管顶点；θ=90°为管水平轴线处；θ=180°为管底（2）轴向力合力∑A在横断面上产生的轴向应力σx1（拉力为正）：σx1=∑A/（2×π