水电站压力钢管结构计算书

1831
② 套筒式伸缩节端部的内水压力A5
计算公式：
A5
4
D12 D2 2 P
P H w
式中：
伸缩节端部管道中心内水压力……………………………H´= 500mm
伸缩节内套管外径…………………………………………D1= 768mm
伸缩节内套管内径…………………………………………D2= 800mm
7
-2.707
7
0
7
2.707
（4）内水压力P在管壁产生的径向应力σr
计算公式： r P w (H r cos cos )
r P w (H r cos cos )
跨中径向应力σr计算表
θ
γw
H
r
α
0° 0.0000098 500
400
45.000°
90° 0.0000098 500
wk.baidu.com
式中：θ为计算点半径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°
为管底处。
跨中环向应力σθ1计算表
θ
D
r
P
t
H
α
σθ1(N/mm2)
0°
800
400
0.005
7
500
45.000°
0.122
90°
800
400
0.005
7
500
45.000°
0.28
180°
⑤ 轴向力的合力∑A
计算公式： A A1 A5 A6 A7
轴向力合力∑A计算表
A1
A5
A6
A7
∑A(N)
1831
-197
1086
63500
66220
4.1.2 跨中管壁断面应力计算
（1）径向内水压力P在管壁中产生的环向应力σθ1
计算公式：
1
Pr t
1
r H
cos
cos
rD 2
800
400
0.005
7
500
45.000°
0.438
（2）轴向力∑A在横断面上产生的轴向应力σx1（以拉力为+）
计算公式：
A
x1 2rt
跨中轴向应力σx1计算表
∑A
r
t
66220
400
7
σx1(N/mm2) -3.764
（3）法向力在横断面上产生的轴向应力σx2
计算公式：
x2
M r 2t
钢管管壁厚度t初估计算表
γw
H
D
σs
φ
［σ］
t(mm)
0.0000098
500
800
325
0.95
178.75
0
取计算管壁厚度t= 8mm
再考虑2mm的锈蚀裕量，管壁结构厚度初定t= 7mm
（2）复核管壁结构厚度是否满足考虑制造工艺、安装、运输等要求，保证必须的刚度的最小厚度要求：
计算公式：
φ［σ］ 122.7875 122.7875 122.7875
cos
M
1 10 (qs
qw )L2
cos
跨中轴向应力σx2计算表
θ
qs
qw
L
α
M
r
0°
1.726
4.926
4500
45.000° 9524940
400
90°
1.726
4.926
4500
45.000° 9524940
400
180°
1.726
4.926
4500
45.000° 9524940
400
t
σx2(N/mm2)
跨中断面应力条件复核计算成果表
部位
θ
σθ=σθ1
σx1
σx2
σx
σr
管顶点
0°
0.122
-3.764 -2.707 -6.471 -0.002
管水平轴线 90°
0.28
-3.764
0
-3.764 -0.005
管底点
180°
0.438
-3.764
2.707
-1.057 -0.008
σ 6.532 3.909 1.329
则： P H w 0.005N/mm²
（2）垂直管轴方向的力（法向力）
① 钢管自重分力Qs
计算公式： Qs q s L c os （每跨钢管自重） qs 1.25 Dt s （单位管长钢管自重，考虑刚性环等附件的附加重量约为钢管自重的25％）
钢管自重分力Qs计算表
D
t
γs
α
L
qs(N/mm)
A6（N） 1086
④ 温升时支座对钢管的摩擦力A7
计算公式： A7 qL f cos nqs qw Lf cos
式中：
计算截面以上支座的个数………………………………… n= 6个
温升时支座对钢管的摩擦力A7计算表
n
qs
qw
L
f
α
A7(N)
6
1.726
4.926
4500
0.5
45.000° 63500
t D /800 4
则t应满足： t≥ 5.0mm
实际选用管壁厚度 t=
7mm
，满足要求。
4 钢管应力分析 4.1 跨中管壁断面应力分析
4.1.1 荷载计算 （1）径向内水压力P
计算公式： P H w
式中： 计算截面管道中心内水压力……………………………… H= 500mm
400
45.000°
180° 0.0000098 500
400
45.000°
σr(N/mm2) -0.002 -0.005 -0.008
4.1.3 跨中管壁断面各计算点应力条件复核
复核公式：
2
2 x
2 r
x
r
x r
式中：
1 x x1 x2
相应计算工况的允许应力：［σ］=0.55σs= 129.250N/mm²
Qs(N)
800
7
0.0000785 45.000°
4500
1.726
5492
② 钢管中水重分力Qw
计算公式： Q w qw L co s （每跨管内水重） qw 0.25D 2 w （单位管长管内水重）
钢管中水重分力Qw计算表
D
γw
α
L
qw(N/mm)
Qw(N)
800
0.0000098 45.000°
4500
4.926
15674
（3）轴向力∑A ① 钢管自重轴向分力A1
计算公式： A1 qs L3 sin
式中：
A1 qs L3 sin
伸缩节至计算截面处的钢管长度…………………………L3= 1500mm
钢管自重轴向分力A1计算表
α
qs
L3
A1（N）
45.000°
1.726
1500
1 设计依据及参考资料
水电站压力钢管结构计算书（明管）
（1）设计依据：《水电站压力钢管设计规范》（SL281—2003）
（2）参考资料：《水电站建筑物》（王树人 董毓新主编）、《水电站》（成都水力发电学校主编）
2 设计基本资料
设计引用流量……………………………………………… Q= 3.860m³/s 钢材的弹性模量…………………………………………… E= 206000N/mm² 钢材的泊松比………………………………………………μ= 0.3 钢材的重度……………………………………………… γs= 0.0000785N/mm³ 水的重度………………………………………………… γw= 0.0000098N/mm³ 钢管内径…………………………………………………… D= 800mm 钢管轴线倾角………………………………………………α= 45.000° 镇墩间距……………………………………………………L1= 27600mm 支墩间距…………………………………………………… L= 4500mm 加径环间距………………………………………………… l= 2000mm 伸缩节与上镇墩的距离……………………………………L2= 2000mm 伸缩节止水盘根沿管轴向长度……………………………b1= 300mm 伸缩节止水填料与钢管的摩擦系数…………………… μ1= 0.3 支座对管壁的摩擦系数…………………………………… f= 0.5 焊缝系数…………………………………………………… φ 0.95 =
3 初估管壁厚度t
（1）根据末跨的主要荷载（内水压力）并考虑将钢材的允许应力降低15%，按锅炉公式初估管壁厚度t：
计算公式：
t
2
w HD
1 0.15
0.55 s
式中：
钢管管壁钢材屈服点…………………………………… σs= 325.000N/mm²
末跨跨中截面管道中心内水压力………………………… H= 500mm
套筒式伸缩节端部的内水压力A5计算表
D1
D2
γw
H´
P´(N/mm2)
768
800 0.0000098 500
0.005
A5（N） -197
③ 温升时套筒式伸缩节止水填料的摩擦力A6
计算公式： A6 D1b11P
温升时套筒式伸缩节止水填料的摩擦力A6计算表
D1
b1
μ1
P´
768
300
0.3
0.005