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第七章尾水管结构设计

该设计的水电站容量为3×3400千瓦，电站为四级建筑物，机组间距为7.5米，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16.65×104N/m2，下游侧为

13.99×104N/m2。，一台机组段下游侧构架立柱传来总直接荷载为160.2×104N，下游侧水轮机层以上挡水墙自重为135.7×104N，混凝土标号为150号，设计尾水管在I-I截面的内力和配筋。

7.1计算简图的选取及其假定

(1)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I-I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。

(2)I-I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。

(3)地基反力垂直水流向按均匀分布考虑尾水管I-I截面结构几计算简图如下：

250306,5:

227

227

图7-1尾水管截面结构计算简图（单位：cm）

7.2荷载计算

(1)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

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450角向下游侧扩散，即沿水流向荷载扩散长度为2.465+5.535-3.95-0.3=3.75米；在垂直水流向按均匀分布在整个1号机组段尾水管顶板上。承受此项荷载的总水平面积为：

w＝3.75×7.38=27.68m2，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450角扩散，但不传至蜗壳二期混凝土，则作用在顶板上的荷载q2为：

所以上部结构作用在顶板上的荷载为

q=q1+q2=（5.79+4.9）×104=10.69×104（N/m）

（2）高程在▽1040.45米以上混凝土荷载

Q=1×2.4×3.065×104=7.36×104（N/m）

（3）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。

上部结构荷载：10.69

顶板以上混凝土自重7.36顶板自重3.12

外水压力

底板自重浮托力

地基反力

1.924.2

14.5

1.53.44.24.2

1.5

3.44.2

4.2

5.72.111.42.15.15

图7-2尾水管I-I截面荷载作用示意图（单位：集中荷载×104，均布荷载×104N/m）

（4）作用在计算截面的均布荷载为：

顶板：（10.69+7.36+3.12）×104＝21.17×104N/m

底板：（4.2+14.5-1.92）×104＝16.78×104N/m

最后计算简图上的作用荷载如图：

C

D

21.17×1Pa

21.17×1Pa

EA23一0.85×10Pa61.5×10Pa6.4×10Pa633.8×10Pa6

E

A

23

一0.85×10Pa

61.5×10

Pa

6

.4×10Pa

6

3

3.8×10Pa

a

2.1×104N

b

aa

e

e

45.15×10N

4

bb

ff

BF

16.78×1Pa 227::2?227::56,5

16.78×1Pa

图7-3I-I截面计算简图上荷载作用图（尺寸单位：cm）

7.3杆件形常数计算

（1）截面惯性矩：

(2)剪力影响系数计算查[4]附录Ⅲ-11

AC、AE杆：

BD、BF杆：

AB杆：

EF杆：

（3）抗弯劲度计算，查[4]附录Ⅲ-1第2、3项：AC杆：

=（3×0.519+1+12×0.1013×0.519+12×0.10132×0.519）×

0.1831/2.27E=0.262EAE杆：

SA