埋地压力给水管道水平支墩设计计算.pdf
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1、第 4 5卷 第 3期 2 0 1 4年 2 月 人 民 长 江 Ya n g t z e Ri v e r Vo 1 4 5 No 3 Fe b ,2 01 4 文章编 号 : 1 0 0 1 4 1 7 9 ( 2 0 1 4l 0 3 0 0 5 1 0 4 埋地压力给水管道水平支墩设计计算 雒 望 余 ( 西安市水利规 划勘 测设 计院, 陕西 西安 7 1 0 0 5 4 ) 摘 要 : 埋地 压力给水管道 支墩标 准图集给 出了一般 支墩 的标准图及其尺寸 , 但 实际使用 时, 发 现水平支墩标准 图集存在某些 不完善之 处 : 当设计 参数 超 出标准 图集 范围时 , 从 图
2、中查不 出支墩尺寸 , 当实际参数 不等于 图中 参数 时 , 只 能从 图 中得到 支墩尺寸 的近似值 ; 图集 中支墩 扩大基础刚性 角大于混凝 土允许 刚性 角 4 5 。 , 导致 支 墩 结构不安全 。鉴 于此, 对标 准图集中水平 支墩的型 式及 尺寸进行 了修 正 , 列 出了计算公式 , 并举例进 行 了说 明 。 关键词 : 水平支墩 ; 标 准图集 ; 埋地 压力 ; 给 水管道 中图法分 类号 : T V 6 7 文献标志码 :A 【 问题 的提 出 文献 1 介绍了埋地压力给水管道水平弯管及叉 管支墩的设计计算方法 , 文献 2 为支墩 的标准图集 , 可供设计人员查用
3、。本文研究 的“ 支墩 ” 在水工 上通 暂称为镇墩 。笔者研究文献 2 后 , 发现其存在 以下 不 完善 的地 方 : ( 1 )标准图集所列 出的管径、 弯管角度 、 叉管分叉 角 、 管道试验压力、 管道埋深 、 土壤内摩擦角 、 支墩允许 抗滑等参数范围有 限, 且其值分级为跳跃式、 不连续 , 当参数不在标准图范围时 , 支墩尺寸就查不到 , 设计者 需 自己设计计算 ; 当参数不等于图中参数时 , 支墩尺寸 只能取近似值 , 误差较大。 ( 2 )一般支墩扩大基础刚性角大于混凝土允许刚 性 角 4 5 。 , 支 墩 结构 不 安全 。 由此 , 本文对文献 2 水平 支墩的型式
4、及 尺寸进 行了修正 , 并列出其计算公式 , 同时举例进行 了说明。 2 水平支墩的设计计算 2 1各符号意义 设 r 为 水 的重 度 ; r 为土 的重度 , 原状 土 r := 1 8 k N m , 回填土 r 2=1 6 N m ; r 3 为混凝土的重度 ; 为 土壤等效内摩擦角 , ( 。 ) 为混凝土支墩 与地基土的 摩擦系数 ; D为管道 内径 , mm; 为弯管或叉管角度 , ( 。 ) ; H, 为管内径顶部埋深 , m; 为管 内径下部支墩 高度 , m; H3 为管中心埋深 , m; h 为支墩顶埋 深, m; H 为支墩 高度 , m; 日 为 管 中心线 以 上
5、 支墩 高度 , m; L为 支墩宽度 , m; 为支墩竖向扩散角 , ( 。 ) ; b为支墩 台形 体宽度 , m; 、 B。 、 L 、 L 0 见图 1 ; 3 见图2 和图3 ; P 0 为管 道试验压力 , MP a ; P为管道截 面外推力标准值 , k N; R 为水平支墩 承受 的管道 内水压力 的合 力标准值 , k N; 。为支墩背后被 动土压力 , k N; V 、 V 、 、 V 、 V 3 分 别 为支墩总体积 、 各部 分体积 , m , 见各 图; G为支墩重 量 , k N; K 为支墩抗滑稳定安全系数 ; K 。 为支墩抗倾稳 定安全系数。 2 2 几个 问
6、题 ( 1 )文献 2 的 h 。 一般不小于 0 2 5 m。 笔者建议 机动车道下及耕地下支墩宜取 h ,0 5 m; 管道埋深 大时 , h 取大值 , 否则取小值。 ( 2 )一般 H = ( 0 4 0 6 ) H, 即 H = ( 1 6 7 2 5 ) H 。 管道埋深 小 , 日 取 小值 , 宜取 H = ( 0 4 0 5 ) 日; 管道埋 深 大, 取大 值 , 宜取 H = ( O 5 0 6) 日。 ( 3 )根据文献 3 ,C 1 5 混凝土支墩扩散角( 刚性 收稿 日期 : 2 0 1 3一l 1 一l 9 作者简介: 雒望余, 男, 副院长, 总工程师, 高级工
7、程师, 主要从事水利水电工程设计和审查工作。E ma i l : 1 6 0 7 7 9 3 8 6 5 q q c o m 5 2 人 民 长 江 b = 0 2 卜 _ _ 旦 0 2 0 2 0 9 卜 圈中尺寸单位为 m:h i = 0 3 , - 2 9 , H = 1 6 , 蛐 = 1 5 , D - 0 8 , H 0 9 , 3 = 0 5 , BI = O 1 , = 2 5 5 , L1 = O 6 5 。 :l 5 图 1 文 献 【 2 J ( 例 1) 支 墩 角 ) 应 小 于或 等 于 4 5 。 。 ( 4 )在保证支墩安全前提下 , 应充分尽量利用支 墩背后
8、的被动土压力 E , 以减少支墩体积 , 节约工程 量 。 ( 5 )由于 R大 , 小 , 故支 墩 与 间的摩擦 力 大于支墩重 r , , 故可将支墩各部分当作一整体来 校核支墩抗倾稳定性 , 其 中-厂为混凝土 间夹一层油毛 毡的摩擦系数 。 ( 6 )根据 文献 4 , 镇 墩 抗 滑 稳 定 安 全 系 数 允 许 值 K 遇特殊荷载组合取 1 1 0 ; 抗倾稳定安全系数允 许值 K 。 遇特殊荷载组合取 1 2 0, 管道水压试验为特 殊情 况 。 ( 7 )水平 支 墩 可分 为 I 型 和 型 。 当管道 埋 深 日 较大 , 可采用 I型支墩。I型支墩体形特点是支墩 混凝
9、土的竖向及水平向刚性角均采用 4 5 。 , 即 b=h , , 芙 图中单位为 m:h i = 0 8 , H=- 2 2 , , l2 = 0 5 硒= 1 5 , 飓: 0 7 , 飓 = 1 9 , D = 0 8 , 0 = 4 5 。, 扣k, L = 2 6 ; I I 中阴影部份的斜线可取掉 图 2 I 型 支 墩 图中尺 寸单位 为 m :h i = 0 3 , H 1 4 , -3 5 , 硒 = O 7 , = 0 2 , ) - 2 H3 = 0 8 5 , b = 2 5 , L = 9 : 图 中阴影 部分 的斜 线可取掉 图 3 I I型 支 墩 T 上 十 ,0
10、 十 上 划 l 1 _ _ 叫 。 第 3期 雒望余 : 埋地压力给水 管道水平支墩设计计算 5 3 = ( 0 50 6 ) 日, 即H =( 1 6 72 ) 日 , 如图2 ; 当 管道埋深 日 。 较小 , 此时可采用 型支墩。 型支墩体 形特点是支墩竖向刚性角 0h : , 而混凝 土支墩水平向刚性角仍为4 5 。 , 日 :( 0 40 5 ) H, 即 H = ( 2 2 5 ) 日 , 如 图 3 。 下面以水平弯管支墩 的设计为例 , 水平叉管支墩 的设计类同。 2 3 I型支墩 的设计计算 2 3 1公式推 导 D、 。 ( H , )已知 , 令 b=h , 设 h ,
11、 则 日 = 一h ( 1 ) h 2=日 3一h l一0 20 5 D ( 2 ) :2 ( D +h : ) ( 3 ) 又设 H = ( 1 6 7 2 ) H V =0 2 H L ( 4 ) 中间长方体 = 2 ( H h : ) D h : ( 5 ) 外 围三棱柱体 V :=( H+ D) h i ( 6 ) 当 h = 0时, I , 3= ( Hh ) ( O 4 5+D) 一0 5 8 9 D 一 ( 0 2+0 5 D) x 1 5 D ( 7 ) 当 = 0 2 5时 , = ( 0 4 5+D) 一0 5 8 9 D 一 ( 0 2+0 5 D) x 1 5 D (
12、8 ) V = V + + 2+ ( 9 ) G = V =2 3 V ( 1 0 ) E p=F 2 t a n ( 4 5 。+ 2 ) 4 ( o 5 H +h 1 ) L ( 1 1 ) P = r 4 D P 。 1 0 0 0 ( 1 2 ) 弯管 , R =2 P s i n ( a 2 ) ( 1 3 ) 三通及堵头 , R = P ( 1 4 ) 叉 管 , R =P s i n ( 1 5 ) 支墩抗滑稳定计算公式 K c = ( +E ) R ( 1 6 ) 以上各式 中, h 为 D、 o l 、 P 。 、 、 H。 H的函数 , 因上 式为 h 的高次( 3次)代数
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