水平垂直彎頭支墩計(jì)算書(shū)

1、 水平、垂直彎頭支墩計(jì)算書(shū)1. 引言本計(jì)算書(shū)為不同彎頭的支墩尺寸計(jì)算提供了相關(guān)數(shù)據(jù)。2. 流體推力2.1 彎頭處的推力合力假設(shè)彎頭頂角為(用百分度表示)，橫截面積為S，其所受流體壓力為P。作用于彎頭兩側(cè)截面之間結(jié)構(gòu)上的力分別為Fp1和FP2，支墩的反作用力為R。在此結(jié)構(gòu)上套用動(dòng)量定理可得：該彎頭頂角為，用百分度表示，其補(bǔ)角為，即：合力R由次可得：2.2 管道的壓力流體推力隨管道壓力而發(fā)生變化，此壓力存在一個(gè)正常值，即為管道的運(yùn)行壓力，用PS表示，此外還有一個(gè)較大的值，為管道的試驗(yàn)壓力，用PE表示。管道的試驗(yàn)壓力導(dǎo)致最大的流體推力。3. 支墩支墩的形狀取決于其所受合力的方向。當(dāng)為水平彎頭時(shí)，合力

2、位于水平方向，我們稱該支墩為水平支墩。當(dāng)為垂直彎頭時(shí)，分為兩種情況，合力朝上時(shí)，我們稱該支墩為垂直向上支墩，反之，當(dāng)合力朝下，我們稱之為下部垂直支墩垂直向下支墩。3.1 水平支墩3.1.1 水平支墩的一般形狀水平支墩的一般形狀如下圖所示。支墩之上需要鋪設(shè)一定厚度的回填料（厚度用h表示）。3.1.2穩(wěn)定性的研究支墩穩(wěn)定性研究類似于擋土墻穩(wěn)定性的研究，需檢查其防滑穩(wěn)定性、傾覆穩(wěn)定性和基礎(chǔ)穩(wěn)定性。根據(jù)彎頭的位置，關(guān)于施工現(xiàn)場(chǎng)土壤力學(xué)特性的相關(guān)假設(shè)可根據(jù)地質(zhì)研究報(bào)告確定：比重 ，內(nèi)摩擦角 ，黏附系數(shù)Co:l 比重 = 1,6 t/m3 l 內(nèi)摩擦角 =30° 作用于支墩上的力下圖呈現(xiàn)的便是支

3、墩的受力情況：h回填超負(fù)荷對(duì)支墩受力總結(jié)如下：l Pm 為支墩的自重l Pr 為回填料的重量l Fph 為流體推力l FQ1為超負(fù)荷支墩作用力l FQ2為與基座內(nèi)壁相接觸的土壤支墩作用力N代表豎直方向上的合力：B代表支墩作用合力 ： 由于超負(fù)載而產(chǎn)生且作用在支墩壁中間位置的作用力可按照以下公式進(jìn)行計(jì)算： 由與支墩接觸的土壤而產(chǎn)生的，且作用于支墩內(nèi)壁三分之一高度處的作用力： 根據(jù)兩處作用在支墩上的力，可得出支墩系數(shù)：由于作用于支墩上的力只能得到近似值，應(yīng)為此作用力設(shè)定一個(gè)安全系數(shù)，一般情況下該安全系數(shù)取1.5. 作用于支墩上的力應(yīng)除以該安全系數(shù)。防滑穩(wěn)定性需要驗(yàn)證的是，作用于支墩上的合力中的水平

4、分力能夠被支墩的摩擦力所平衡。以下兩種情況需論證：l 我們需要驗(yàn)證，支墩，回填土(N)的重量和土地粘著力是否能產(chǎn)生足夠的摩擦力(N tg()+S*Co),以便抵抗管道正常運(yùn)行時(shí)的流體推力(Fphs)。在這種情況下，我們不考慮支墩會(huì)移動(dòng)，也就是說(shuō)在計(jì)算中無(wú)需考慮安全系數(shù)。 (S代表支墩混凝土和其下土地的接觸面積)l 我們需要驗(yàn)證，土地支墩(B)和豎直方向力（即支墩和回填土重量以及粘著力）所產(chǎn)生的摩擦力加上安全系數(shù)(1.5)后，是否足以平衡管道打壓試驗(yàn)時(shí)的流體推力(Fphe)。傾覆穩(wěn)定性需要驗(yàn)證支墩的穩(wěn)定力矩是否大于不穩(wěn)定力矩的1.5-2倍。但是，當(dāng)合力作用于支墩底部三分之一中心處時(shí)，該項(xiàng)驗(yàn)證是無(wú)

5、效的。這是相對(duì)于傾覆界限進(jìn)行的計(jì)算，該界限位于支墩底部，并地表垂直接觸。穩(wěn)定力矩或阻力力矩Mr的總和可由以下公式得出：不穩(wěn)定力矩或主動(dòng)力矩Mm 由以下公式得出：則需要驗(yàn)證的是：基礎(chǔ)穩(wěn)定需要證明地基土質(zhì)能承受支墩，也就是說(shuō)土地受到的最大應(yīng)力(max)要小于土地所能承受的容許應(yīng)力，該容許應(yīng)力約為2巴。最大應(yīng)力和最小應(yīng)力可由以下公式得出：在該公式中：N: 合力的豎直方向應(yīng)力或分力S: 基座底部的面積M: 彎曲力矩LG: 慣性力矩V: 從重力中心到最大應(yīng)力翻轉(zhuǎn)界限(max)和到最小應(yīng)力浮動(dòng)界限(min)的距離彎曲力矩是所有作用在S截面O點(diǎn)的力矩之和，阻力力矩以正值計(jì)算。彎曲力矩由以下公式得出：當(dāng)參考應(yīng)

6、力(réf)小于土地容許應(yīng)力(adm)時(shí)，基礎(chǔ)穩(wěn)定性得到驗(yàn)證。參考應(yīng)力的確定取決于地基以下的應(yīng)力分布分解圖的形狀：l 若分解圖為梯形（圖形a）：l 若分解圖為三角形（圖形b）：3.2垂直向上支墩3.2.1基座形狀豎直向上支墩為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其上應(yīng)鋪設(shè)一定厚度的回填土(厚度為hr)。3.2.2壓力合力假設(shè)一個(gè)豎直彎頭的頂角角度為，該彎頭改變管道的走向，此管道的坡度為I。壓力合力RFp和垂直方向產(chǎn)生一個(gè)角度。水可以從一個(gè)方向或相反的方向流動(dòng)。角可由以下公式得出：壓力的合力可根據(jù)以下公式得出(參考1.1)：和：3.2.3 支墩的穩(wěn)定性除了滑動(dòng)穩(wěn)定性、傾覆穩(wěn)定性和基礎(chǔ)穩(wěn)定性(參考2.1.2

7、條)，支墩還存在抗浮穩(wěn)定性。需注意：N： 支墩重量、回填重量和空管重量的合力。Cs：安全系數(shù)：基礎(chǔ)土壤的內(nèi)摩擦角防滑穩(wěn)定性防滑穩(wěn)定性可根據(jù)以下公式進(jìn)行檢查：抗浮穩(wěn)定性當(dāng)垂直向下和垂直向上的力的比例大于或等于安全系數(shù)(1.3到1.5)時(shí)，抗浮穩(wěn)定性不存在問(wèn)題，即：傾覆穩(wěn)定性當(dāng)阻力距(Mr)和主動(dòng)力矩(Mm)的比例大于1.5或2時(shí)，傾覆穩(wěn)定性得到驗(yàn)證。阻力距可根據(jù)以下公式得出：主動(dòng)力矩可以根據(jù)以下公式得出：地基穩(wěn)定性最大和最小應(yīng)力可根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算：如果參考應(yīng)力小于土壤允許預(yù)應(yīng)力時(shí)，地基穩(wěn)定性合乎標(biāo)準(zhǔn)。此外，當(dāng)管道不在運(yùn)行，支墩不在土壤上作用連續(xù)的力時(shí)，還需檢驗(yàn)此穩(wěn)定性。作用于土壤上的應(yīng)力可根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算：3.3 垂直向下彎頭支墩3.3.1 支墩形狀垂直向下彎頭支墩的和垂直向上彎頭支墩的區(qū)別在于支墩上部右側(cè)結(jié)構(gòu)的形狀不同?？刹捎孟嗤绞奖硎緣毫狭Α?.3.2 壓力合力壓力合力RFP與垂直方向成一個(gè)夾角。夾角可根據(jù)