压力钢管明管结构计算书范本

1 设计依据及参考资料

　　（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=1400mm　　钢管轴线倾角………………………………………………α=44.920°　　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10.15wHD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=77378mm

钢管管壁厚度t初估计算表

γwH77378D1400σs325φ0.95［σ］178.75t(mm)3.70.0000098　　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：

tD/8004　　则t应满足： t≥5.8mm　　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：　　式中：

　　计算截面管道中心内水压力……………………………… H=77378mm　　则：

PHwPHw0.758N/mm²

（2）垂直管轴方向的力（法向力） ① 钢管自重分力Qs

QsqsLcos　　计算公式：　　　　　　　 （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

D1400 ② 钢管中水重分力Qw

t7γsα44.920°L4500qs(N/mm)3.021Qs(N)96260.0000785QwqwLcos　　计算公式：　　　　　　　 （每跨管内水重）

qw0.25Dw （单位管长管内水重）

钢管中水重分力Qw计算表

D1400γw2α44.920°L4500qw(N/mm)15.086Qw(N)480700.0000098（3）轴向力∑A ① 钢管自重轴向分力A1

A1qsL3sin　　计算公式：　　　　　　　

　　式中：

　　伸缩节至计算截面处的钢管长度…………………………L3=34000mm

钢管自重轴向分力A1计算表

α44.920°qs3.021L334000A1（N）72528 ② 套筒式伸缩节端部的内水压力A5　　计算公式：　　　　　　　

A5D421D2P2PHw　　式中：

　　伸缩节端部管道中心内水压力……………………………H´=48818mm　　伸缩节内套管外径…………………………………………D1=1468mm　　伸缩节内套管内径…………………………………………D2=1400mm

套筒式伸缩节端部的内水压力A5计算表

D11468D21400γwH´48818P´(N/mm2)0.478A5（N）732160.0000098 ③ 温升时套筒式伸缩节止水填料的摩擦力A6

A6D1b11P　　计算公式：　　　　　　　

温升时套筒式伸缩节止水填料的摩擦力A6计算表

D11468b1300μ1P´0.478A6（N）1984020.3 ④ 温升时支座对钢管的摩擦力A7

A7qLfcos　　计算公式：　　　　　　　

　　式中：

nqsqwLfcos　　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

n6 ⑤ 轴向力的合力∑A

qs3.021qw15.086L4500f0.5α44.920°A7(N)173090AA1A5A6　　计算公式：　　　　　　　

A172528A7轴向力合力∑A计算表A573216A6198402A7173090∑A(N)5172364.1.2 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：　　　　　　　 Prr11coscostHrD2　　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σ

θ0°90°180°D140014001400r700700700P0.7580.7580.758t777θ1计算表

H773787737877378α44.920°44.920°44.920°σθ1(N/mm2)75.34575.8376.316（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2rt跨中轴向应力σ

x1计算表

∑A517236r700t7σx1(N/mm2)-16.8（3）法向力在横断面上产生的轴向应力σx2　　计算公式：　　　　　　　 Mx2Mrt2cos1(qsqw)L2cos10跨中轴向应力σ

x2计算表

θ0°90°180°qs3.0213.0213.021qw15.08615.08615.086L450045004500α44.920°44.920°44.920°M259634312596343125963431r700700700t777σx2(N/mm2)-2.40902.409（4）内水压力P在管壁产生的径向应力σr

rPw(Hrcoscos)　　计算公式：　　　　　　　

跨中径向应力σr计算表

θ0°90°180°γwH773787737877378r700700700α44.920°44.920°44.920°σr(N/mm2)-0.753-0.758-0.7630.00000980.00000980.00000984.1.3 跨中管壁断面各计算点应力条件复核

　　复核公式：　　　　　　　

2x2r2xrxr1xx1x2　　式中：

　　相应计算工况的允许应力：［σ］=0.55σs=129.250N/mm²

跨中断面应力条件复核计算成果表

部位管顶点管水平轴线管底点θ0°90°180°σθ=σθ1σx1σx2σxσrσ86.8185.74284.719φ［σ］122.7875122.7875122.787575.34575.8376.316-16.8-16.8-16.8-2.40902.409-19.209-16.8-14.391-0.753-0.758-0.763　　编制　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2003年10月13日