水电站 HYDROPOWER ENGINEERING 六、露天钢管 ●铺设方式和附属设备 铺设方式 般铺设在系列支墩上,管底高出地面0.6m以 上。在钢管转弯处或过长的直管段设镇墩。 ●连续式:管身在两镇墩间不设伸缩节,一般不 采用[图8-10(a)] ●分段式:靠近镇墩设伸缩节,降低了温度引起 的轴向力[图8-10(b)] 附属设备 ●闸门及阀门 ●蜗壳进口设阀门(平板阀、蝴蝶阀、球阀) 钢管进口设平面钢闸门 第八章
⚫ 六、露天钢管 ⚫ 铺设方式和附属设备 ⚫ 铺设方式 ⚫ 一般铺设在系列支墩上，管底高出地面0.6m以 上。在钢管转弯处或过长的直管段设镇墩。 ⚫ 连续式：管身在两镇墩间不设伸缩节，一般不 采用[图8-10（a）] ⚫ 分段式：靠近镇墩设伸缩节，降低了温度引起 的轴向力 [图8-10（b）] ⚫ 附属设备 ⚫ 闸门及阀门 ⚫ 蜗壳进口设阀门（平板阀、蝴蝶阀、球阀） ⚫ 钢管进口设平面钢闸门 水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
水电站 HYDROPOWER ENGINEERING ●附件 ●伸缩节 ●通气阀 ●旁通管、人孔及排水管 ●事故保护等设备 作用在露天钢管上的力 作用力有内水压力、自重(水重和管重)、温度应力、风 载、雪载、地震力等 ●沿钢管半径方向的径向力,在管壁中产生环向拉应力,在 水管内表面产生径向应力。作用在钢管上的内水压力属径 向力,是钢管承受的最主要荷载。 第八章
⚫附件 ⚫ 伸缩节 ⚫ 通气阀 ⚫ 旁通管、人孔及排水管 ⚫ 事故保护等设备 ⚫ 作用在露天钢管上的力 ⚫ 作用力有内水压力、自重（水重和管重）、温度应力、风 载、雪载、地震力等。 ⚫ 沿钢管半径方向的径向力，在管壁中产生环向拉应力，在 水管内表面产生径向应力。作用在钢管上的内水压力属径 向力，是钢管承受的最主要荷载。 水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
垂直于管纵轴方向的法向力,主要是自重在法向的分力 该力由钢管传至支墩或镇墩,再传至地基。该力使水管 发生弯曲,在镇墩处产生负弯矩及剪力,在跨中产生正 弯矩,在管壁产生弯曲应力,并使横断面承受剪力。 ●沿钢管轴线方向的轴向力,在管壁中产生轴向压应力或 拉应力。轴向力通过管壁传至支墩或镇墩再传至地基 它们是镇墩设计的外荷载。如表8-3所示。钢管上设伸缩 节,不须考虑A1与A1。若不设伸缩节,则不存在A5、 ●荷载组合:力的组合必须根据运行、检修及施工等不同 工作条件、管路的结构布置、铺设方式以及气候变化等 因素确定。在设计时应选择可能出现的最不利组合情况。 水电站 HYDROPOWER ENGINEERING 第八章
⚫垂直于管纵轴方向的法向力，主要是自重在法向的分力。 该力由钢管传至支墩或镇墩，再传至地基。该力使水管 发生弯曲，在镇墩处产生负弯矩及剪力，在跨中产生正 弯矩，在管壁产生弯曲应力，并使横断面承受剪力。 ⚫沿钢管轴线方向的轴向力，在管壁中产生轴向压应力或 拉应力。轴向力通过管壁传至支墩或镇墩再传至地基， 它们是镇墩设计的外荷载。如表8-3所示。钢管上设伸缩 节，不须考虑A10与 A11。若不设伸缩节，则不存在A5、 A7、 A8。 ⚫荷载组合：力的组合必须根据运行、检修及施工等不同 工作条件、管路的结构布置、铺设方式以及气候变化等 因素确定。在设计时应选择可能出现的最不利组合情况。 水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
水电站 HYDROPOWER ENGINEERING 镇墩与支墩 ●布置及型式 ●镇墩 ●布置在水管轴线方向改变的地方;水管直线段 较长时,每隔80至120m应设置一镇墩。相当于 连续梁的固定端。 ●两种型式:封闭式与开敞式。开敞式易于检修, 但镇墩处管壁应力不均匀,适用于水头不高情 况。封闭式用得较多 第八章
⚫ 镇墩与支墩 ⚫ 布置及型式 ⚫ 镇墩 ⚫ 布置在水管轴线方向改变的地方；水管直线段 较长时，每隔80至120m应设置一镇墩。相当于 连续梁的固定端。 ⚫ 两种型式：封闭式与开敞式。开敞式易于检修， 但镇墩处管壁应力不均匀，适用于水头不高情 况。封闭式用得较多。 水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
水电站 HYDROPOWER ENGINEERING ●支墩 ●承受自重在法向的分力,并传给地基,减小水管 纵向挠度。相当于连续梁的滚动支座。支墩间距 般为6至12m 三种型式:滑动式、滚动式与摆动式。滑动式中 的鞍式多用在直径小于1.5m的压力钢管上;而其 支承环式适用于直径1.50至2.50m的钢管。滚动 式适用于2m以上的水管。摆动式适用于大直径的 水管。 第八章
⚫支墩 ⚫ 承受自重在法向的分力，并传给地基，减小水管 纵向挠度。相当于连续梁的滚动支座。支墩间距 一般为6至12m。 ⚫ 三种型式：滑动式、滚动式与摆动式。滑动式中 的鞍式多用在直径小于1.5m的压力钢管上；而其 支承环式适用于直径1.50至2.50m的钢管。滚动 式适用于2m以上的水管。摆动式适用于大直径的 水管。 水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
水电站 HYDROPOWER ENGINEERING ●镇墩设计 承受水管得轴向力、法向力和弯矩,以轴向力为主。 ●按温升充水为控制组合。 ●校核镇墩的抗滑稳定、镇墩基础底面应力 ●结构设计。 ●软基:基础底面水平,在冰冻线以下。根据抗滑稳 定要求确定镇墩重量,初步拟定镇墩轮廓尺寸。对 初定尺寸进行地基应力校核,要求合力作用点在底 宽的三分点内,避免底面出现拉应力;地基应力小 于地基容许承载力;应力不均匀系数不大于2.0 第八章
⚫镇墩设计 ⚫ 承受水管得轴向力、法向力和弯矩，以轴向力为主。 ⚫ 按温升充水为控制组合。 ⚫ 校核镇墩的抗滑稳定、镇墩基础底面应力。 ⚫ 结构设计。 ⚫ 软基：基础底面水平，在冰冻线以下。根据抗滑稳 定要求确定镇墩重量，初步拟定镇墩轮廓尺寸。对 初定尺寸进行地基应力校核，要求合力作用点在底 宽的三分点内，避免底面出现拉应力；地基应力小 于地基容许承载力；应力不均匀系数不大于2.0。 水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
水电站 HYDROPOWER ENGINEERING ●为保证镇墩的整体性,防止镇墩开裂,常在 钢管四周加环向筋,表面加温度筋。 封闭式镇墩内的管段外包砼最小厚度不小于 0.6至1.0m。镇墩的上游面与水管垂直。 对开敞式镇墩,管身需加锚定环。 支墩设计 主要承受法向力和摩擦力; 满足抗滑稳定要求,确定支墩重量,地基应 力校核同镇墩。 第八章
⚫ 为保证镇墩的整体性，防止镇墩开裂，常在 钢管四周加环向筋，表面加温度筋。 ⚫ 封闭式镇墩内的管段外包砼最小厚度不小于 0.6至1.0m。镇墩的上游面与水管垂直。 ⚫ 对开敞式镇墩，管身需加锚定环。 ⚫支墩设计 ⚫ 主要承受法向力和摩擦力； ⚫ 满足抗滑稳定要求，确定支墩重量，地基应 力校核同镇墩。 水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
水电站 HYDROPOWER ENGINEERING ●七、露天钢管管身设计 露天钢管的荷载 ●内水压力、钢管自重、温度变化力、镇墩及 支墩不均匀沉降引起的力、风雪荷载、地震 荷载等 ●根据工程的具体情况,选择设计计算工况与 荷载组合 ●露天钢管管身的应力分析 正常运行充满水情况 ●跨中断面的管壁应力 ●径向应力 切向(环向)应力 轴向应力 ●自重引起的轴向弯曲应力 ●各轴向力引起的应力 第八章
⚫ 七、露天钢管管身设计 ⚫ 露天钢管的荷载 ⚫ 内水压力、钢管自重、温度变化力、镇墩及 支墩不均匀沉降引起的力、风雪荷载、地震 荷载等 ⚫ 根据工程的具体情况，选择设计计算工况与 荷载组合 ⚫ 露天钢管管身的应力分析 ⚫ 正常运行充满水情况 ⚫ 跨中断面的管壁应力 ⚫ 径向应力 ⚫ 切向（环向）应力 ⚫ 轴向应力 ⚫ 自重引起的轴向弯曲应力 ⚫ 各轴向力引起的应力 水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
水电站 HYDROPOWER ENGINEERING ●支承环附近断面的管壁应力 与跨中断面不同之处是多一项剪力 引起的剪应力 支承环断面的应力 轴向应力ax 轴向弯曲应力 局部弯曲应力 轴向力引起的应力 剪应力 切向应力2 ●应用第四强度理论进行强度校核 第八章
⚫ 支承环附近断面的管壁应力 ⚫ 与跨中断面不同之处是多一项剪力 引起的剪应力 ⚫ 支承环断面的应力 ⚫ 轴向应力σx ⚫ 轴向弯曲应力 ⚫ 局部弯曲应力 ⚫ 轴向力引起的应力 ⚫ 剪应力 ⚫ 切向应力σz ⚫ 应用第四强度理论进行强度校核 水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
水电站 HYDROPOWER ENGINEERING 露天钢管的外压稳定 ●钢管是薄壁结构,在外压作用下可丧失弹性稳定 而破坏 ●露天钢管放空若造成真空将承受外部大气压强而 屈曲成波形。 IMP○ RTANT NOTE 第八章
⚫露天钢管的外压稳定 ⚫钢管是薄壁结构，在外压作用下可丧失弹性稳定 而破坏。 ⚫露天钢管放空若造成真空将承受外部大气压强而 屈曲成波形。 水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING IMPORTANT NOTE ！