矣则河水库跨南盘江倒虹吸拱管设计

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

简介： 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。
关键字：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^３／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^ｏ）；使用温度下的屈服强度σ_t＝233.5MPa，允许计算强度σ_c=ｍ·ｍ₁·σ_t＝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^２，截面轴惯矩J=4.53×10^-4ｍ^４,截面模量Ｗ＝2.1×10^-3m^３，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/M^2）=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

σ₃<σ_c=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_１＝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·Ψ_BH

Ψ_BH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

σ₁<σ_c=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。