1. 引言

本計(jì)算書為不同彎頭的支墩尺寸計(jì)算提供了相關(guān)數(shù)據(jù). 2. 流體推力

2.1 彎頭處的推力合力

假設(shè)彎頭頂角為β（用百分度表示），橫截面積為S，其所受流體壓力為P。

作用于彎頭兩側(cè)截面之間結(jié)構(gòu)上的力分別為Fp1和FP2，支墩的反作用力為R。

在此結(jié)構(gòu)上套用動(dòng)量定理可得：

該彎頭頂角為β，用百分度表示，其補(bǔ)角為α，即:

合力R由次可得：

2.2 管道的壓力

流體推力隨管道壓力而發(fā)生變化,此壓力存在一個(gè)正常值，即為管道的運(yùn)行壓力,用PS表示，此外還有一個(gè)較大的值，為管道的試驗(yàn)壓力，用PE表示。管道的試驗(yàn)壓力導(dǎo)致最大的流體推力。 3. 支墩

支墩的形狀取決于其所受合力的方向。

當(dāng)為水平彎頭時(shí)，合力位于水平方向，我們稱該支墩為水平支墩。

當(dāng)為垂直彎頭時(shí)，分為兩種情況，合力朝上時(shí),我們稱該支墩為垂直向上支墩,反之，當(dāng)合力朝下，我們稱之為下部垂直支墩垂直向下支墩。 3。1 水平支墩

3.1。1 水平支墩的一般形狀

水平支墩的一般形狀如下圖所示。支墩之上需要鋪設(shè)一定厚度的回填料（厚度用h表示)。

3.1。2穩(wěn)定性的研究

支墩穩(wěn)定性研究類似于擋土墻穩(wěn)定性的研究，需檢查其防滑穩(wěn)定性、傾覆穩(wěn)定性和基礎(chǔ)穩(wěn)定性。 根據(jù)彎頭的位置，關(guān)于施工現(xiàn)場(chǎng)土壤力學(xué)特性的相關(guān)假設(shè)可根據(jù)地質(zhì)研究報(bào)告確定：比重 ，內(nèi)摩擦角 ,黏附系數(shù)Co: ? 比重 = 1，6 t/m3 ? 內(nèi)摩擦角 =30°

作用于支墩上的力

下圖呈現(xiàn)的便是支墩的受力情況：

h回填

對(duì)支墩受力總結(jié)如下：

? Pm 為支墩的自重 ? Pr 為回填料的重量 ? Fph 為流體推力 ? FQ1為超負(fù)荷支墩作用力

↓超負(fù)荷

? FQ2為與基座內(nèi)壁相接觸的土壤支墩作用力

N代表豎直方向上的合力：

B代表支墩作用合力 ：

由于超負(fù)載而產(chǎn)生且作用在支墩壁中間位置的作用力可按照以下公式進(jìn)行計(jì)算：

由與支墩接觸的土壤而產(chǎn)生的，且作用于支墩內(nèi)壁三分之一高度處的作用力:

根據(jù)兩處作用在支墩上的力，可得出支墩系數(shù)：

由于作用于支墩上的力只能得到近似值，應(yīng)為此作用力設(shè)定一個(gè)安全系數(shù),一般情況下該安全系數(shù)取1。5. 作用于支墩上的力應(yīng)除以該安全系數(shù)。

防滑穩(wěn)定性

需要驗(yàn)證的是,作用于支墩上的合力中的水平分力能夠被支墩的摩擦力所平衡。 以下兩種情況需論證：

? 我們需要驗(yàn)證，支墩，回填土（N)的重量和土地粘著力是否能產(chǎn)生足夠的摩擦力(N tg(φ）

+S＊Co),以便抵抗管道正常運(yùn)行時(shí)的流體推力(Fphs).在這種情況下，我們不考慮支墩會(huì)移動(dòng)，也就是說(shuō)在計(jì)算中無(wú)需考慮安全系數(shù)。

（S代表支墩混凝土和其下土地的接觸面積)

? 我們需要驗(yàn)證，土地支墩（B)和豎直方向力（即支墩和回填土重量以及粘著力)所產(chǎn)生的摩擦

力加上安全系數(shù)（1.5)后,是否足以平衡管道打壓試驗(yàn)時(shí)的流體推力(Fphe)。

傾覆穩(wěn)定性

需要驗(yàn)證支墩的穩(wěn)定力矩是否大于不穩(wěn)定力矩的1.5—2倍。但是,當(dāng)合力作用于支墩底部三分之一中心處時(shí)，該項(xiàng)驗(yàn)證是無(wú)效的。

這是相對(duì)于傾覆界限進(jìn)行的計(jì)算,該界限位于支墩底部,并地表垂直接觸。 穩(wěn)定力矩或阻力力矩Mr的總和可由以下公式得出：

不穩(wěn)定力矩或主動(dòng)力矩Mm 由以下公式得出：

則需要驗(yàn)證的是：

基礎(chǔ)穩(wěn)定

需要證明地基土質(zhì)能承受支墩，也就是說(shuō)土地受到的最大應(yīng)力(σmax）要小于土地所能承受的容許應(yīng)力，該容許應(yīng)力約為2巴。

最大應(yīng)力和最小應(yīng)力可由以下公式得出：

在該公式中：

N： 合力的豎直方向應(yīng)力或分力 S: 基座底部的面積 M： 彎曲力矩 LG： 慣性力矩

V: 從重力中心到最大應(yīng)力翻轉(zhuǎn)界限(σmax）和到最小應(yīng)力浮動(dòng)界限（σmin）的距離

彎曲力矩是所有作用在S截面O點(diǎn)的力矩之和，阻力力矩以正值計(jì)算。彎曲力矩由以下公式得出：

當(dāng)參考應(yīng)力(σréf）小于土地容許應(yīng)力（σadm）時(shí)，基礎(chǔ)穩(wěn)定性得到驗(yàn)證。

參考應(yīng)力的確定取決于地基以下的應(yīng)力分布分解圖的形狀：

? 若分解圖為梯形（圖形a）：

? 若分解圖為三角形（圖形b)：

3.2垂直向上支墩 3.2.1基座形狀

豎直向上支墩為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其上應(yīng)鋪設(shè)一定厚度的回填土(厚度為hr).

3。2.2壓力合力

假設(shè)一個(gè)豎直彎頭的頂角角度為β，該彎頭改變管道的走向，此管道的坡度為I。壓力合力RFp和垂直方向產(chǎn)生一個(gè)角度ψ。水可以從一個(gè)方向或相反的方向流動(dòng)。

角ψ可由以下公式得出：

壓力的合力可根據(jù)以下公式得出（參考1.1)：

和:

3。2。3 支墩的穩(wěn)定性

除了滑動(dòng)穩(wěn)定性、傾覆穩(wěn)定性和基礎(chǔ)穩(wěn)定性（參考2。1.2條），支墩還存在抗浮穩(wěn)定性。

需注意：

N： 支墩重量、回填重量和空管重量的合力. Cs:安全系數(shù)

Ф：基礎(chǔ)土壤的內(nèi)摩擦角

防滑穩(wěn)定性

防滑穩(wěn)定性可根據(jù)以下公式進(jìn)行檢查：

抗浮穩(wěn)定性

當(dāng)垂直向下和垂直向上的力的比例大于或等于安全系數(shù)（1。3到1.5)時(shí)，抗浮穩(wěn)定性不存在問(wèn)題,即:

傾覆穩(wěn)定性

當(dāng)阻力距（Mr）和主動(dòng)力矩(Mm)的比例大于1。5或2時(shí)，傾覆穩(wěn)定性得到驗(yàn)證。

阻力距可根據(jù)以下公式得出：

主動(dòng)力矩可以根據(jù)以下公式得出：

地基穩(wěn)定性

最大和最小應(yīng)力可根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算：

如果參考應(yīng)力小于土壤允許預(yù)應(yīng)力時(shí),地基穩(wěn)定性合乎標(biāo)準(zhǔn)。

此外，當(dāng)管道不在運(yùn)行，支墩不在土壤上作用連續(xù)的力時(shí)，還需檢驗(yàn)此穩(wěn)定性。作用于土壤上的應(yīng)力可根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算：

3。3 垂直向下彎頭支墩 3.3.1 支墩形狀

垂直向下彎頭支墩的和垂直向上彎頭支墩的區(qū)別在于支墩上部右側(cè)結(jié)構(gòu)的形狀不同?？刹捎孟嗤绞奖硎緣毫狭?。

3.3.2 壓力合力

壓力合力RFP與垂直方向成一個(gè)夾角 夾角

防滑穩(wěn)定性

滑動(dòng)穩(wěn)定性可根據(jù)以下公式進(jìn)行檢查：

傾覆穩(wěn)定性

傾覆穩(wěn)定性可根據(jù)以下公式進(jìn)行檢查：

可根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算:

。

阻力距為:

主動(dòng)力矩Mm為:

地基穩(wěn)定性：

最大和最小應(yīng)力根據(jù)如下公式進(jìn)行計(jì)算：

如果參考應(yīng)力小于土壤允許應(yīng)力時(shí)，地基穩(wěn)定性合乎標(biāo)準(zhǔn)。