明管结构计算书(Excel).xls

使使用用说说明明1、本表格遵照水电站压力钢管设计规范（SL281-2003）编写，单位为Nmm制；2、你只需要在着色的单元格中输入数据即可自动计算，未着色处不可编辑。输入数据时注意 提示；大少爷编制版权所有复制必究2003/10/6 15:20压力钢管（明管）结构计算书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（SL2812003）（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=16.000m/s钢材的弹性模量 E=206000N/mm钢材的泊松比=0.3钢材的重度 s=0.0000785N/mm水的重度 w=0.0000098N/mm钢管内径 D=2000mm钢管轴线倾角=44.000镇墩间距L1=64000mm支墩间距 L=16000mm加径环间距 l=4000mm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 1=0.3支座对管壁的摩擦系数 f=0.1焊缝系数=0.953 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：式中：钢管管壁钢材屈服点 s=235.000N/mm末跨跨中截面管道中心内水压力 H=56250mm钢管管壁厚度t初估计算表wHDst(mm)0.00000985625020002350.95129.255.3 s55.0 15.012HDtw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=10mm（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：则t应满足：t6.5mm实际选用管壁厚度t=10mm，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=56250mm则：0.551N/mm（2）垂直管轴方向的力（法向力）钢管自重分力Qs计算公式：（每跨钢管自重）（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DtsLqs(N/mm)Qs(N)2000100.000078544.000160006.16570956 钢管中水重分力Qw计算公式：（每跨管内水重）（单位管长管内水重）钢管中水重分力Qw计算表DwLqw(N/mm)Qw(N)20000.000009844.0001600030.788354353（3）轴向力A 钢管自重轴向分力A1计算公式：wHPwHP4800/DtcosLqQssssDtq25.1cosLqQwwwwDq225.0sin31LqAs式中：伸缩节至计算截面处的钢管长度L3=54000mm钢管自重轴向分力A1计算表qsL3A1（N）44.0006.16554000231259 套筒式伸缩节端部的内水压力A5计算公式：式中：伸缩节端部管道中心内水压力H=7890mm伸缩节内套管外径D1=2020mm伸缩节内套管内径D2=2000mm套筒式伸缩节端部的内水压力A5计算表D1D2wHP(N/mm2)A5（N）202020000.000009878900.0774862 温升时套筒式伸缩节止水填料的摩擦力A6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D1b11PA6（N）20203000.30.07743978 温升时支座对钢管的摩擦力A7计算公式：式中：计算截面以上支座的个数 n=3个温升时支座对钢管的摩擦力A7计算表nqsqwLfA7(N)36.16530.788160000.144.000127592 轴向力的合力A计算公式：轴向力合力A计算表A1A5A6A7A(N)231259486243978127592407691PDDA222154wHPPbDA1116 coscos7LfqqnfqLAws7651AAAAA4.1.2 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1计算公式：式中：为计算点半径与管中心铅垂线的夹角：=0为管顶点；=90为管水平轴线处；=180为管底处。跨中环向应力1计算表DrPtH1(N/mm2)0200010000.55185625044.00068.02590200010000.55185625044.00068.906180200010000.55185625044.00069.787（2）轴向力A在横断面上产生的轴向应力x1（以拉力为+）计算公式：跨中轴向应力x1计算表Artx1(N/mm2)40769110008-8.111（3）法向力在横断面上产生的轴向应力x2计算公式：跨中轴向应力x2计算表qsqwLMrtx2(N/mm2)06.16530.7881600044.00068049314910008-27.076906.16530.7881600044.0006804931491000801806.16530.7881600044.0006804931491000827.076（4）内水压力P在管壁产生的径向应力r计算公式：coscos1Pr1Hrt2Dr rtAx21cos22trMxcos)(1012LqqMws)coscos(rHPwr跨中径向应力r计算表wHrr(N/mm2)00.000009856250100044.000-0.544900.000009856250100044.000-0.5511800.000009856250100044.000-0.5584.1.3 跨中管壁断面各计算点应力条件复核复核公式：式中：相应计算工况的允许应力：=0.55s=110.500N/mm跨中断面应力条件复核计算成果表部位=1x1x2xr管顶点068.025-8.111-27.076-35.187-0.54490.98104.975管水平轴线9068.906-8.1110-8.111-0.55173.529104.975管底点18069.787-8.11127.07618.965-0.55862.898104.975大少爷编制2003年10月1日 rxrxrx222121xxx4.2 加径环及其旁管壁断面应力分析4.2.1 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=56250mm则：0.551N/mm（2）垂直管轴方向的力（法向力）钢管自重分力Qs计算公式：（每跨钢管自重）（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DtsLqs(N/mm)Qs(N)2000100.000078544.000160006.16570956 钢管中水重分力Qw计算公式：（每跨管内水重）（单位管长管内水重）钢管中水重分力Qw计算表DwLqw(N/mm)Qw(N)20000.000009844.0001600030.788354353（3）轴向力A 钢管自重轴向分力A1计算公式：式中：伸缩节至计算截面处的钢管长度L3=54000mm钢管自重轴向分力A1计算表qsL3A1（N）44.0006.16554000231259 套筒式伸缩节端部的内水压力A5计算公式：式中：伸缩节端部管道中心内水压力H=7890mmwHPwHPcosLqQssssDtq25.1cosLqQwwwwDq225.0sin31LqAsPDDA222154wHP伸缩节内套管外径D1=2020mm伸缩节内套管内径D2=2000mm套筒式伸缩节端部的内水压力A5计算表D1D2wHP(N/mm2)A5（N）202020000.000009878900.0774862 温升时套筒式伸缩节止水填料的摩擦力A6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D1b11PA6（N）20203000.30.07743978 温升时支座对钢管的摩擦力A7计算公式：式中：计算截面以上支座的个数 n=3个温升时支座对钢管的摩擦力A7计算表nqsqwLfA7(N)36.16530.788160000.144.000127592 轴向力的合力A计算公式：轴向力合力A计算表A1A5A6A7A(N)2312594862439781275924076914.2.2 加径环的有关参数计算（1）加径环横截面简图加径环宽度 a=25mm加径环高度 h=100mmPbDA1116 coscos7LfqqnfqLAws7651AAAAA（2）加径环参数计算 管壁等效翼缘宽（一侧）的倒数k计算公式：等效翼缘宽度计算表rtk(1/mm)100080.014 加径环的净面积AR0计算公式：加径环净面积AR0计算表ahtAR0(mm2)2510082700 加径环的有效面积AR计算公式：加径环有效面积AR计算表ahktAR(mm2)251000.01483843 加径环有效断面重心轴至管中心距离rk计算公式：加径环有效断面重心轴至管中心距离rk计算表ahtrkrk(mm)25100810000.0141039.13 距离参数y1、y2计算公式：距离参数y1、y2计算表htrrky1(mm)y2(mm)100810001039.1318.8731.13 加径环有效断面惯性矩Jk计算公式：rtk78.01thaAR0tkaahAR)2(takahtrtakrthahrk2222krrthy21trryk2223213)2()2()2(121121tytaktakahyahJk加径环有效断面惯性矩Jkahkty1y2Jk(mm4)251000.014818.8731.134637930 加径环净截面面积与有效截面面积的比值（相对刚度系数）计算公式：加径环净截面面积与有效截面面积的比值计算表atAR0AR258270038430.6514.2.3 加径环及其旁管管壁断面应力计算（1）径向内水压力P在管壁中产生的环向应力2计算公式：加径环及其旁管环向应力2计算表rPt2(N/mm2)10000.5512580.65124.048注：由于忽略不均匀水压力，管壁横断面上各点的环向应力2相等（2）轴向力A在横断面上产生的轴向应力x1（以拉力为+）计算公式：加径环及其旁管轴向应力x1计算表Artx1(N/mm2)40769110008-8.111（3）法向力在横断面上产生的轴向应力x2计算公式：加径环及其旁管轴向应力x2计算表qsqwLMrtx2(N/mm2)06.16530.7881600044.00068049314910008-27.076906.16530.7881600044.0006804931491000801806.16530.7881600044.0006804931491000827.076rtAx21cos22trMxcos)(1012LqqMwsRRAatA01Pr2t（4）由加径环局部约束产生的轴向应力x3（管壁内缘+，外缘-）计算公式：加径环及其旁管轴向应力x3计算表Prtx3(N/mm2)0.6510.551251000881.462（5）内水压力P在管壁内缘产生的径向应力r计算公式：加径环及其旁管管壁内缘径向应力r计算表wHrr(N/mm2)00.000009856250100044.000-0.544900.000009856250100044.000-0.5511800.000009856250100044.000-0.558注：加径环及其旁管管壁外缘径向应力r=04.2.4 加径环及其旁管管壁断面各计算点应力条件复核复核公式：式中：相应计算工况的允许应力：=0.67s=157.450N/mm加径环及其旁管断面应力条件复核计算成果表序号应力=0（管顶）=90（管水平轴线）=180（管底）内缘外缘内缘外缘内缘外缘1xx1-8.111-8.111-8.111-8.111-8.111-8.111x2-27.076-27.0760027.07627.076x381.462-81.46281.462-81.4