摘要: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。
关键词: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、方便、造价经济。
过江倒虹吸管设计通过流量0.5m3/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·Co);使用温度下的屈服强度σt=233.5MPa,允许计算强度σc=m·m1·σt=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=0.021m2,截面轴惯矩J=4.53×10-4m4,截面模量W=2.1×10-3m3,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/M2)=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<σc=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: e1=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·ΨBH
ΨBH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<σc=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。