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第七章尾水管结构设计该设计的水电站容量为千瓦,电站为四级建筑物,机组间距为米,3X
34007.5下部分水平止水没在尾水管顶板以上,尾水管底板与中、边墩为一整体结构,顶板在高程▽
1040.935米设施工缝,荷载在基本组合下正常尾水位▽尾=
1041.23米,1号机组段经计算求得地基反力在厂房上游侧为下游侧为
16.65104/M,X N
13.99x104/V/m2o,一台机组段下游侧构架立柱传来总直接荷载为
160.2x IO,,下游侧水轮机层以上挡水墙自重为
135.7xIO,双,混凝土标号为150号,设计尾水管在截面的内力和配筋I-I计算简图的选取及其假定
7.11该电站尾水管顶板厚度很大,在高程▽
1040.45米设置水平施工缝对于口计算截面,顶板厚度只计算至高程▽
1040.45米处,该高程以上混凝土当外荷载作用在计算截面顶板上截面为一闭合刚架,由于两台机组之间的墩子很厚,其刚度比顶、底板21-1大很多,因此认为每台机组的尾水管顶、底板固结在墩子上,其计算简图如图所示地基反力垂直水流向按均匀分布考虑3尾水管截面结构几计算简图如下I-I613227|R22/||750I738I图尾水管截面结构计算简图单位7-1cm荷载计算
7.2⑴上部结构作用在顶板的荷载计算
①构架立柱荷载传至尾水管顶板上的荷载计算构架立柱传来的荷载力为一集中力,化引为均布何在作用在顶板上,在上游=-xl.5xl04xl,9+l-—2106=
2.1x104N人=一4/一(1+今)(7/•一/,)3,⑶心
1.9TI+”J9XIO.92203=-
2.66x104N刚性结点固端弯矩刚性段荷载近似平均值计算1_1上;M[=MQJ-ql=
0.71xIO-2XIO X
0.65--X
1.175X
0.65-匕r ej-ej\21\2=-
2.26x104N.mi_iM F=MO3一一^=
0.77X104+
2.66X104+-X
3.6X104X
0.4:=
2.12x104TV.m用力矩分配法列表计算杆端弯矩
7.5表计算杆端弯矩计算成果表7-1结点C AB FE D杆端CA AC AE ABBA BD BF FB FE EFEA DB传递
0.
2680.
5550.
6220.
8330.
3970.
7120.
5010.
6430.
4930.401系数分配系
0.
4690.
4690.
0630.
1410.
4290.
4290.
3060.
6940.
4790.521数-
9.
0915.18-
12.
012.04-
20.
72.12-
2.
2626.
057.21-
4.98-
5.61-
11.2-
12.4固端
0.
6252.
332.
330.
310.
193.
77.
38816.
7610.
771.29弯矩-
2.53-
0.46-
0.55-
1.67-
1.67-
1.19-
2.84-
5.77-
6.29-
0.
660.
381.
41.
40.
190.
120.
621.
232.
81.
80.78-
0.54-
0.08-
0.1-
0.32-
0.32-
0.23-
0.61-
1.23-
1.35-
0.
130.
080.
290.
290.
040.
020.
130.
260.
580.
370.16-
0.03-
0.06-
0.06-
0.25-
0.
280.02杆端弯-
8.
0119.2-
19.20-
0.35-
14.
114.44-
13.
213.19-
7.
967.
966.44矩柔性段杆端弯矩计算
7.6杆1AC%=-0,〃c/=l/2X
21.17xl4X2,5=
26.46XI04N火必=_皿心21=
4.48xV〜c l
2.5CAQ=g4c+Qllc=-
26.46-
4.48x104=-
30.94x104NACQ=QA+Q4=
26.46-
4.48x104=
21.98x104NCA丁1Mac~AC+0/C,2一万%/2=
19.2xlO4-
30.94x104X
0.23+
21.17xl04X
0.232/2=
12.64x104N.m杆2AE以=器=-”产—
19.2+
7.96xl4=
3.67104NXEA1065Q=-Q=1^=1/2X
21.17104X
3.065=
32.44104NEA X XAEQ=QL+QK=
32.44+
3.67x104=-
36.1lx104NEAFQ=QA+QL=-
32.44+
3.67x104=-
28.77x104NEAM=-
19.2x104+
36.11x104X
0.23-l/2X
21.17x104X
0.232ae=-
12.02x104A^.mM=
7.96x104-
28.77x104X
0.565+1/2X
21.17x104X
0.5652ea=-
4.92x104N.m杆:3BD%=
4.加=1/2—八
2.5=
2.98,小%=第二_即+——=_-
14.09+
6.44xlO4=306*4NIO八/DBQ=嬴+Q4o=
20.98+
3.06x104=
24.04x104NBDQDB=%+Q%B=-
20.98+
3.06x104=-
17.92x104NM=-
14.09x104+
24.04x104X
0.23-1/2X
16.78x104X
0.232hD—9xlO4N.m杆4BFQ/=-Q^==1/2X
16.78x104义
3.065=
25.72x104NFB一二一M.44-
13.19x1O,⑷、]Qh=QK F=BF+4NQ二Q4+QL=-
25.72-
0.41x104=-
26.13x104NQ=B+Q4B=
25.72-
0.41x104=
25.3lx104NFBM=
14.44x104-
26.13x104X
0.23+1/2X
16.78x104X
0.232hf=
8.87x104N.mM=-
13.19x104+
25.31x104X
0.565-1/2X
16.78x104X
0.5652tb=-
1.57x104N.m杆:5EF%=l/2X
0.85x104X
2.95+1/6X
2.95X
2.95x104=
2.7xl04NQ4=1/2X0・85104X
2.95-1/3X
2.95X
2.95104=-
4.15x104NX XQ=Q;,.=-L*1O4=-
1.77104NXaQ=
2.7-
1.7X io4=o.93x104NEFQ=-
4.15-
1.7x104=-
5.92x104NFE—
7.6x104N.mM=
13.19x104-
5.92x104X
0.4+1/2X
3.6x104X
0.42je=ll.llxlO4N.m杆6AB8黑;」Q=-Q„,,=-=02X10,NM正截面强度计算7建筑物为四级,荷载基本组合时,偏心受压构件安全系数受弯构件安K=
1.5,全系数久K=
1.4,采用混凝土150号,Rw=105X105Pa,钢筋为I级钢,电=2400X105Pao杆跨中考虑纵向力很小,按受弯构件计算钢筋用量,已知跨中最大弯1AE矩M=
11.69X14・m,由hO=h-ag=130-5=125cm利用
[4]6-5公式求得NA0=KM/bh2Rw=
1.4X
11.59X105/100X1252X105=
0.0099R查表其含钢率〃=请义a=
0.0104,A
0.0099105/2400=
0.0433%水工钢筋混凝土大体积结构最小含钢率为〃利用下式计算纵向受拉钢筋=
0.05%,=〃她所以实际配置A8=
0.05%X100X125=
6.25cW,40164=
8.04cM杆结点边缘截面2BF BM=
8.87x IO4N.m,N=
5.92x104N属大偏心受压构件%=
8.87/
5.92=L5m
0.3%/Lj由于产取偏心距增大系数〃+三一%=8,=1,e=%1X150+80/2-5=185cm h^-h—4=80-5=75cm用下式计算受压钢筋人/KNe-OAbh^R1,5x
5.92x
1.85x105-
0.4x100x752x105Al=-----------------------------------------------------------------------------0g Ro-2400x75-5现按构造选配筋,取4016@25,4=
8.04cM用下式求;「《KNe-A R丽,=[
1.5X
5.92X
1.85x105-
8.04X2400X75-5]/100X105X752=
0.0049查表其含钢率a=
0.0049,X=a%=
0.0049X7524=10cm用下式求纵向受拉钢筋儿Od=rie--+a=}X150-80/2+5=115cm/KNe1,5x5,92x
1.15xlO5,r AOA=---------------=---------------------------=
6.08cnrrg RMo-aJ2400x75-5实配钢筋为病,并且〃4016@25A*=
8.04c
0.05%斜截面强度校核8以BF杆B结点边缘剪力Q=
22.27X104N为例KQ=
1.5X
22.27X104=
33.41X104N
0.07R/%=
0.07X85X100X75=
44.63X104N防截面满足斜截面强度要求KQV
0.07裂缝开展宽度计算9以杆结点边缘截面为例BF BM=
8.87x104,N=
5.92x104N属大偏心受压构件%=—=
8.87/
5.92=
1.5m
0.3h0大偏心受压构件计算系数6=
0.055,a=
0.222由于采用光面钢筋取0=1,d=
1.6cm纵向钢筋配筋率义=0=
8.04/10075=
0.00107LIb%混凝土抗裂设计强度N=13xlO5pa大偏心受压构件纵向受拉钢筋应力5OZ=
0.8+
0.1x^—5^x^=
0.8+
0.1x^-5x
0.00107x75=740111e-〃e+-1x150+--5=185cm/0g2]、一——N e
5.92J851=x1=1080x10Pat inon in5n4Z80475p=1”*=—
0.22x13取=-
1.4700=
0.
30.00107x1080用下式计算裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数利用下式计算平均裂缝间距4〃=6+/X—xp=6+
0.055x———x1=
88.3cm71u
0.00107用下式计算裂缝开展宽度b/max=2^^e-
0.7xl04x//=2l,M;204x
88.3=
0.00984cm
[6]=O.3mmf裂缝开展宽度满足要求经以上计算,说明尾水管结构尺寸拟定基本合理,可以根据计算绘制尾水管钢筋图(见)SW-09侧,则认为构架立柱荷载不传递到蜗壳的二期混凝土,而将构架立柱荷载沿水流方向按角向下游侧扩散,即沿水流向荷载扩散长度为
452.465+
5.535-
3.95-
0.3=
3.75米;在垂直水流向按均匀分布在整个号机组段尾水管顶板上承受此项荷载的总1水平面积为〃=
3.75X
7.38=
27.68m2,1x
160.2x14=
5.79X104N/m2768作用在顶板上的荷载
②下游侧水下墙自重传至顶板上之荷载计算水下墙自重化引为均布荷载作用在顶板上沿水流向向上游侧按角扩散,45但不传至蜗壳二期混凝土,则作用在顶板上的荷载%为lxl
35.7xl04=
4.9X104N/m76X所以上部结构作用在顶板上的荷载为夕=0+%=
5.79+
4.9X104=
10.69X104N/m2高程在▽
1040.45米以上混凝土荷载Q=1X
2.4X
3.065X104=
7.36X104N/m结构自重、外水压力、地基反力、上浮力等计算成果均如图所示3上部结构荷载
10.69顶板以上混凝土自重
7.36顶板自重
3.
122.
12.
5.
711.
415.15二□外水压力I IDO底板自重
1.92浮托力
4.2地基反力
14.5递尾水管截面荷载作用示怎单位,媪荷7-2I-I.5载均布荷载
3.4X104,X104N/m
4.2
(4)作用在计算截面的均布荷载为顶板(
10.69+
7.36+
3.12)X104=
21.17X104N/m氐板
4.2+
14.5-L92X104=
16.78X104N/m最后计算简图上的作用荷载如图1V WV V|6-
0.85X10Pa____________________A23E_C aa e-------\
1.5X10Pae sa-w一\i4V°
2.1X ioh
5.15X ION£___________\
3.4X lOPa-------------------\
3.8X lOPabfb bf0BF________227:2227::56,5―
21.17XlTPa“八A八八
16.78XldPa截面计算简图上荷载作用图(尺寸单位I-I杆件形常数计算
7.3截面惯性矩1J=J=—bhj=1/12X1X
1.33=
0.1831191多
1、JbD^=-bh;=\/nx\X
0.83=
0.0427bf bmJ=^bhj=\/nx\X
0.463=
0.008m4lb,她/=J=1/12X1X
1.133=
0.1202mef⑵剪力影响系数计算查[]附录4III-l1p=h,1+
2.
824、杆ACAE11Pac Pae-niol+
2.824Kf1+
2.824—2=
0.519/
2.
27、杆:BDBF—=
0.74PbD-Pbf-Z AOl+
2.824y21+
2.824方2杆:AB=
0.86Pab1+
2.824121+
2.824辔杆:EF
(3)抗弯劲度计算,查⑷附录山-1第
2、3项:杆:ACw=—=-^^-=
0.1013,m=CI,
2.27EJS=OPaC+1+—^AC3X
0.519+1+12X
0.1013X
0.519+12X
0.10132X
0.519X
0.1831/
2.27E=
0.262E杆AE〃工==
0.1013,^^=
0.2489L
2.
272.27HPEjSAE=3g〃,+1+12〃7”,+12〃728〃,一^二3X
0.519+1+12X
0.1013X
0.519+12X
0.10132X
0.519X
0.1831/
2.27E=
0.262EEJ1aeSEA=0Pc*+1+nnp ae^2n2p ae—^3X
0.519+1+12X
0.2489X
0.519+12X
0.24892X
0.519X
0.1831/
2.27E=
0.3622E杆:BDn-L==
0.1013m=0L
2.27EJSBD=3p h/+\+nnp hl+nn2p hl—=3X
0.74+1+12X
0.1013X
0.74+121bDX
0.10132X
0.74X
0.0427/
2.27E=
0.079E杆BFA
0.23L
0.565=—=------=
0.1013,n=—=-----------=
0.2489L
2.27l
2.27npSBF=3Pbf+1+12mpp12m2Pb--=3X
0.74+1+12X
0.1013X
0.74+12X%
0.10132X
0.74X
0.0427/
2.27E=
0.079EEJSFB=3p¥+l+12Hp/v+12n2p¥—叽=3X
0.74+1+12X
0.2489X
0.74+12X%
0.24892X
0.74X
0.0427/
2.27E=
0.1124E杆ABn=
0.4/
1.9=
0.2105,m=
0.65/L9=
0.342EJS=3R〃+1+\2np^\2np^^^=3X
0.86+1+12X
0.2105X
0.86+12XBA ll
0.21052X
0.86X
0.008/
1.9E=
0.026EEJ晨SAB=GPab+1+12mp lh+12m paf^=3X
0.86+1+12X
0.342X
0.86+12X
0.3422X
0.86X
0.008/
1.9E=
0.035E杆EFm=
0.65/l.9=
0.342,=
0.4/
1.9=
0.2105nEJ叩疗川生S=3p+1+1212pj—=3X
0.5+1+12X
0.2105X
0.5+12X//FE ef
0.21052X
0.5X
0.1202/
1.9E=
0.255EEJS=3p+1+12np+12/n2p—工=3X
0.5+1+12X
0.342X
0.5+12X wEFef eJef
0.3422X
0.5X
0.1202/
1.9E=
0.3325E4分配系数:
0.262E=
0.4687NAC=川+S+S
0.262+
0.262+0,035E
0.262E=
0.4687NAE二S“+S*+S
0.262+
0.262+0,035E
0.035E=
0.0626NAB二S/+S+S A
0.262+
0.262+0,035E」
0.079E=
0.4293依S+S+S
0.079+
0.079+0,026ERn RF
0.079E=
0.4293NBF二川S+S+S
0.079+
0.079+
0.026ERF上
0.026DA=
0.1413NBA=S+S+S
0.079+
0.079+0,026EBD BFBAS
0.3622EEA=
0.5214+s°FA
0.3622+0,3325ELA vTU
0.3325E…ANEF=-----------------=
0.4786S-+S M
0.3622+0,3325E
0.255E=
0.694S+S
0.255+
0.1124^FR FR01124E_=
0.306NFB=S+S
0.255+0,1124EFE FR
(5)传递系数杆AC=T+6〃7+Me+12mnp°cc“3p/+l+12〃p/+12//v=3x0,519+1+12x
0.1013x
0.519+12x
0.10132x
0.519=
0.2683杆:AE二3Pae-1+6〃?+np.e+12m叩碇3,+1+nmp^+\2m2p^c_3x
0.519-1+6x
0.1013+
0.2489xO.519+12x
0.1013x
0.2489x
0.519-3x
0.519+1+12x
0.1013x
0.519+12x
0.10132x
0.519=
0.555_l+6m+〃g,+12nmP«,cEA~3P+\+\2nP+12/尸ae aeae_3x0519T+6x
0.1013+0+489xO.519+12x
0.1013x
0.2489x05193x
0.519+l+12x
0.2489x
0.519+12x
0.24892x
0.519=
0.4016杆BD研由t3P-1+6=+1+T2mnP DIDc b旦BD3尸地+1+⑵2+12/D-3x
0.74+1+12x
0.1013x
0.74+12x
0.10132x
0.74=
0.3966杆BF冽+〃儿+_3PbfT+6\2mnPbfcBt3P+1+12m P/+12m2Phf bf_3x
0.74-1+6x
0.1013+
0.2489x
0.74+12x
0.1013x
0.2489x
0.743x
0.74+1+12x
0.1013x
0.74+12x
0.10132x
0.74=
0.71223P~1+6m+nP+12mnPhf hfbfQ---------L--------------------L------------L蹬3P+i+nnP+njrPhf hfhf_3X
0.74-1+6X
0.1013+
0.2489x
0.74+12x
0.1013x
0.2489x
0.743x
0.74+l+12x
0.2489x
0.74+12x
0.24892x
0.74=
0.5014杆AB_一1+6〃z+nP疝+12nmp曲c巳++⑵巳+巳,3112/_3x
0.86-1+6x
0.2105+
0.342x
0.86+12x
0.2105x
0.342x
0.863x
0.86+l+12x
0.2105x
0.86+12x
0.21052x
0.86=
0.833丁+疝3P0b T+6mPgb+12nmpc=B3P+\+nmP+\2M Pabah ah3x
0.86-1+6,
0.2105+
0.342x
0.86+12x
0.2105x
0.342x
0.86=
0.622杆EF吃T+几C_36m+Pa+l2mnPefEF3匕+1+12mP y+12m2Pef3x
0.5T+6x
0.2105+
0.342x
0.5+12x
0.
21050.342x
0.5=3x
0.5+1+12x
0.342x
0.5+12x
0.3422x
0.5=
0.4929吃-加+〃C31+6P,f+12mnPefFE-3P l12nP+nn2Pef++ef ef3x
0.5-1+6x
0.2105+
0.342x
0.5+12x
0.2105u
0.342x033x
0.5+1+12x
0.2105x
0.5+12x
0.21052x
0.5=
0.6427结点固端弯矩计算
7.4杆柔性段固端弯矩的固端剪力,查[]附录第项查得1AE4HI-23M%=-M^=_与邑=——x
21.17x
1042.272=-
9.09104N./%I11X Xaa=-^=--^=1/2X
21.17x104X
2.27=
24.03X104Na杆AE=加匚-QU-V,S,=-
9.09104-
24.03x104x
0.23-
0.23x
21.17x104x
0.23/2匕cieX Ai ii=-
15.18x10,N.m=M;-QU+V2S2=
9.09x104+
24.03x104x
0.565+
0.565x
21.17x104x
0.565/2=
26.05x104N.m杆AC AC=-Mr=-^e=-l/12X
21.17x14X
2.27_.14MMc=909xQ二=-Ql=l^=l/2X
21.17x104x
2.27=
24.03xlO4N杆刚性节点固端弯矩为AC一Q一同=
9.09x104+
24.03x104x
0.23-
0.23x
21.17x104x
0.23/2=
15.18x104N.m=M2一%+V2s2=-
9.09x104+
24.03X104x0=-
9.09x1G N.m杆:BDM工=-M=-—^=-1/12X
16.78104x
2.272=-
7.21x104Mm17XD0%=-Q^=J弘=1/2X
16.78104x
2.27=
19.05x104ND Xh杆刚性节点固端弯矩为BDM^=M^一%/1-^,5,=-
7.21X104-
19.05X104x
0.23-
0.23x
16.78x104x
0.23/2D D=-
12.04x104N.mM鼠二M,一鼠/2+V5=
7.21x104+
19.05x104x0+0=
7.21x
104.m22杆BF崎==-—q^=-}/\2X
16.78x104x
2.272=-
7.21x104A^.mh,,J或=-2^=1^=1/2X
16.78x104x
2.27=
19.05x104N杆刚性节点固端弯矩为BFM晨=左一涡-V,S,=
7.21x104+
19.05x104x
0.23+
0.23x
16.78x104x
0.23/2=
12.04x104N.mM^=M\-QM+V2s2=T.21x104-
19.051040565+
0.
56516.78104x
0.565/2XXX XB—
20.65x104N.m杆柔性段固端弯矩和固端剪力,查[]附录第项和第项2EF4HI-236得EF杆e截面水压力强度%=L2x104N/m,f截面水压力强度=
3.1x104N/m,q-q-
3.1-
2.1x104=
1.9x104A^/mf eoMef=-:qEf-[寡⑷-%/=--xl.5xl04xl.92-^^X
1.9X104X
1.9212120=-
0.7lx104N.my2£425+0542=xl5xW xl9+xl9xl0xl9fe12八欧120”针12120=
0.77x W4N.m;,2/=q f+T-*q/-q。