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矣则河水库跨南盘江倒虹吸拱管设计(1)

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2008/1/16 17:56:02   

 关键词:  水库 设计 虹吸

摘要:华宁县盘溪矣则河水库,自1995年5月蓄水以来,盘溪大沟发挥了灌溉效益,在保证率p=75%的情况下,每年尚多余水量500多万m3。而南盘江东岸片区冒洞沟以上林场等地尚有6375亩肥沃土地面积严重缺水。为充分利用水资源,拟建过江倒虹吸管跨越南盘江,“西水东调”解决江东片的灌溉问题。

关键词:矣则河水库跨南盘江倒虹吸拱管设计

l前言

华宁县盘溪矣则河水库,自1995年5月蓄水以来,盘溪大沟发挥了灌溉效益,在保证率p=75%的情况下,每年尚多余水量500多万m3。而南盘江东岸片区冒洞沟以上林场等地尚有6375亩肥沃土地面积严重缺水。为充分利用水资源,拟建过江倒虹吸管跨越南盘江,“西水东调”解决江东片的灌溉问题。

“西水东调”工程主要建筑物有:渠道10.52km、渡槽44m、倒虹吸1.836km,总长12.4km。其中,过江倒虹吸管长746.407m,管径500mm和500mm,流量0.5m3/s、落差11.15m、最大工作水头105m。过江桥段采用拱管型式布置,其结构设计,具有新颖的特点。

2工程布置

把水从江西跨越南盘江输送到江东的工程方案较多。根据工程实际,结合多次踏勘,并经水文分析、地质勘察后,确定“西水东调”工程线路选择在南盘江两岸工程地质条件较好、跨度相对较窄处(江面宽68m),采用拱形管道代桥输水。利用拱管本身的强度来跨越南盘江,中间不需另架桥支承,从而,结构简单、施工方便、造价经济。

过江倒虹吸管设计通过流量0.5m/s。经水力计算,江西、江东两岸采用φ500mm的钢管。为加强侧向稳定,跨江拱管采用两根φ400mm钢管,两管轴间距1.5m,其间设20#槽钢联系梁稳固。拱管中段管壁厚10mm,向两端逐渐增厚到16mm。拱管矢跨比1/8矢高9.0m、半径76.5m、半圆心角28°04′21″、弧长74.964m、跨度72.0m。布置草图如下:

拱形跨江管道布置示意图

3荷载组合及计算指标

3.l荷载组合

3.1.1作用于拱平面内沿拱轴均布的垂直荷载,包括管重、水重及均化为线荷载的联系梁自重q=0.3(t/m)。

3.1.2垂直于拱平面沿拱轴均布的水平风荷载p=0.008(t/m)。

3.1.3温度变化所产生的内力。

根据《不良条件管道工程设计与施工手册》,在一般情况下,拱形管道采用以上三项荷载作为计算荷载。

3.2计算指标

工程区域的基本风压值取w0=30(kg/m2),则水平风线荷载p=k·k2·w0·d=16(kg/m)。其中:k=1.02、k2=1.2分别为风载体型系数和风压高度变化系数。即作用于单管的p=8(kg/m)=0.008(t/m)。

考虑温差变化为△t=20(0c),对于a3钢,计算温度下的弹性模量e=2.05×07(t/m);线膨胀系数α=1.18×10-5(m/m·c);使用温度下的屈服强度σt=233.5mpa,允许计算强度σc=m·m1·σt=189mpa。其中:m=0.9,m1=0.9分别为工作条件系数和材料匀质系数。

拱趾处管壁厚16mm,其截面积f=0.021m,截面轴惯矩j=4.53×10-4,截面模量w=2.1×10-3m,回转半径i=0.15m。

4强度计算

4.1在拱趾处力的计算简图

4.2强度核算

4.2.1应力校核

压应力σ=n/f+m/w=(ng nt)/f十/w=3931(t/m2=38.56mpa

剪应力τ=q/πr0δ mk·r/2πr30δ

(δ=0.016m;r—外半径为0.216m;r0—平均半径为0.208m)

q==0.75

则τ=57.4(t/m2)=05.563mpa

折算应力σ3==3932(t/m2)=38.57mpa

σ3c=189mpa

即折算应力小于允许计算强度,满足强度要求。

4.2.2稳定性校校

当量计算长度:

s0=φ·r/[1-(φ/π)2]=38.996(m)

长细比:λ=s0/i=38.996/0.15=260

相对偏心距系数:e=η1[(mp/n 2φr/1000)f/w 0.05]

当λ>150时,η1=1.0

则e1=(mp/n 2φr/1000)f/w 0.05=2.36

稳定性验算应力σ1

当e1≤4时,按偏心受压计:

σ1=n/f·ψbh

ψbh一偏心受压构件承载能力降低系数.取0.085;

则σ1=(24.85+0.33)/(0.021×0.085)=14106(t/m)2=138.38mpa

σ1c=189mpa

即稳定性验算应力小于允许计算强度,满足稳定要求。

5结语

该倒虹吸拱管于1997年12月18日正式动工安装,12月27日安装完成,历时10天。建成后的拱管空管在侧向水平风荷载作用下,有振颤现象,充满水后,振颤消失。目前,拱管处于安全正常运行之中。

来源:找论文网
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