重力坝设计计算书整理论文

'重力坝设计计算书整理毕业论文目录第一章非溢流坝设计701.1剖面尺寸的拟定701.2荷载计算及组合721.3抗滑稳定分析841.4应力分析88第二章溢流坝设计972.1孔口设计972.2溢流坝剖面设计1002.3消能防冲设计103第三章排沙孔的设计1043.11/4椭圆曲线的设计1043.2底部形式1053.3事故检修门槽段1053.4压坡段EF105第四章水电站厂房的布置设计1054.1相关参数的确定1054.2水轮机相关参数的确定（见《水力机械》教材）1064.3水轮发电机的确定（见《水电站机电设计手册——水力机械》）1104.4起重设备选择1144.5主厂房主要尺寸的确定（见《水电站建筑物》教材）114第五章　深入部分——吊车梁设计1195.1吊车梁设计有关基本数据及混凝土标号，钢筋型号选取119131 5.2荷载及其组合计算1205.3横向水平制动力计算1205.4内力计算1215.5吊车梁承受扭矩计算1255.6吊车梁正截面强度及斜截面抗剪扭强度计算1265.7正截面强度计算1275.8斜截面强度计算1285.9抗扭钢筋计算1295.10附加抗扭钢筋计算1305.11裂缝宽度验算1325.12变形验算(挠度计算)134131 第一章非溢流坝设计1.1剖面尺寸的拟定非溢流坝剖面尺寸拟定的主要内容有：坝顶高程、坝顶宽度、坝坡及上下游起坡点位置。坝基面的开挖高程为432.00m,下游尾水位为456.30m.1.1.1坝顶高程的确定坝顶高程分别按涉及和校核两种情况，用以下公式进行计算：防浪墙高程=静水位+相应库水位以上的超高△hh＝式中：——波浪高度，按（水工建筑物教材2-4）式计算——波浪中心线至静水位的高度，按式=（教材）计算——安全加高，按表3-10（教材）选用。①校核洪水位为=522.74m,计算风速宜采用相应洪水期最大风速的多年平均值＝13，水库面的波浪吹程D=11km,则有：=＝＝0.91mL===9.64m≈==0.27m=0.4m△h＝=0.91+0.27+0.4=1.58m防浪墙高程=522.74+1.58=524.59m②正常蓄水位与设计洪水位时，计算风速风速宜采用相应季节50年重现期的最大风速=(2～1.5)取v=1.5=1.5×13=19.5m/s,D=11km,则由官厅公式得：131 ===1.51mL===14.46m因H=90m﹥﹥L/2,所以≈==0.50m由设计规范查得：=0.5m△h＝＝1.51+0.5+0.5=2.51m＝519.73+2.51=522.24m坝顶高程取以下两种情况的较大值=524.59m，并取防浪墙高1.2m。则坝顶高程为：524.59-1.2=523.39m最大坝高为：523.39-432=91.39m1.1.2坝顶宽度的拟定为了适应运用和是施工的需要，坝顶必须有一定的宽度，一般地，坝顶宽度取最大坝高的8%～10%，且不小于3米。(8%～10%)×90.39=（7.31～9.14）m,并考虑交通要求，坝顶宽度取8m。1.1.3坝坡的拟定考虑坝体利用部分水重增加其抗滑稳定，根据工程实践，上游边坡系数n=0.1～0.2，下游边坡系数m=0.6～0.8。取n=0.2，m=0.8.1.1.4上、下游起坡点位置的确定131 上、下游起坡点距开挖面的距离为坝高的1/3～2/3附近，Hc=（1/3～2/3）*90=（30～60）m，取50m，则上游起坡点高程Dc=482m；下游起坡点的高程D=522-8/0.8=512.00m。1.1.4坝顶宽度的拟定按式（2-23.2-24）（教材）计算n=λB/Hc(2-23)m=(1-λ)B/H(2-24)则有：0.2=λB/500.8=(1-λ)B/90解得：λ=0.12B=82m1.2荷载计算及组合在设计重力坝剖面时，应按照承载能力极限状态计算荷载的基本组合和偶然组合。荷载基本组合有：正常蓄水位情况，设计洪水位情况荷载的偶然组合有：校核洪水位情况重力坝的荷载主要有：自重、静水压力、浪压力、泥沙压力、扬压力、冰压力、地震荷载等，常取1m坝长进行计算分析，验算坝体抗滑稳定性。1.2.1基本参数的确定混凝土抗压强度标准值＝15；混凝土/基岩摩擦系数；混凝土/基岩凝聚力；结构重要性系数，对安全级别Ⅱ级的结构，；设计状况系数，对持久状况；对偶然状况；主排水孔渗压系数；自重作用分项系数；静水压力作用分项系数；渗透压力作用分项系数；淤沙压力作用分项系数；131 浪压力作用分项系数；基本组合结构重要性系数；基本组合结构重要性系数；泥沙浮容重；泥沙内摩插角；坝体混凝土容重；水容重。1.2.2荷载计算(1)计算截面的选择抗滑稳定的计算截面一般选择在受力较大、抗剪强度低、容易产生滑动破坏的截面，一般情况有以下几种：坝基面、坝基内软弱层面、坝基缓倾角结构面、不利的地形、混凝土的层面等。本次设计选坝基面和上游坡折处截面。应力分析的位置一般有：坝基面、上游坡折处截面、坝体削弱部位等。本次设计采用坝基面和上游坡折处截面。(2)荷载的详细计算过程ā坝基面截面A.自重压力：B.静水压力（常分解为水平压力和垂直压力）：C.上游水压力：①正常蓄水位下上游水平水压力：上游垂直水压力:131 ②设计洪水位下上游水平水压力：上游垂直水压力:③校核洪水位下上游水平水压力：上游垂直水压力:下游水压力——下游水平水压力：下游垂直水压力：D.泥沙压力（分解为水平泥沙压力和垂直泥沙压力）131 水平泥沙压力:式中：——淤沙压力值；——淤沙的浮容重；——坝前淤沙的淤积厚度，；——淤沙的内摩摖角。垂直泥沙压力:E.扬压力坝基设有防渗帷幕和排水孔，扬压力折减系数河床坝段a=0.2～0.3，取0.25.131 ①正常蓄水位下②设计洪水位下③校核洪水位下F.浪压力坝前水深，故假定浪顶及水深等于L/2处的浪压力为零。由于水库为内陆峡谷水库，所以宜按官厅公式计算（及）（规范B.6.3-5）（规范B.6.3-6）131 ①校核洪水位下将代入以上两式得解得h=0.91m,=9.67m可知在250～1000间，则h为累积频率10%的坡高。水域平均深度（其计算水位应与相应设计状况下的静水位一致）查表B.6.3得查表B.6.3得（B.6.3-3）由于，则按式B.6.1-1和B.6.1-2计算浪压力≈（B.6.1-2）（B.6.1-1）式中：——单位长度迎水面上的浪压力；——平均波长；——为累积频率1%的坡高；H——挡水建筑物迎水面前的水深；——波浪中心线至计算水位的高度——使波浪破碎的临界水深。②正常蓄水位与设计洪水位131 将代入以上两式得解得h=1.52m,=14.54m可知在250～1000间，则h为累积频率10%的坡高。查表B.6.3得查表B.6.3得（B.6.3-3）由于，则按式B.6.1-1和B.6.1-2计算浪压力≈（B.6.1-2）（B.6.1-1）G.其他荷载：地震荷载——本工程区的地震基本烈度为Ⅵ度，不考虑地震荷载。温度荷载——一般可以采取措施来消除，稳定和应力分析时可以不计冰压力——由于坝址地带属北热带气候，为热带过渡型气候，则冰压力不考虑。土压力——对本工程来说不计。荷载组合：荷载组合可以分为基本组合和偶然组合，他们考虑的荷载分别均为自重、静水压力、扬压力、泥沙压力、浪压力。á上游坝坡面131 A.自重压力：B.静水压力（常分解为水平压力和垂直压力）：①正常蓄水位下②设计洪水位下③校核洪水位下C.泥沙压力水平泥沙压力:式中：——淤沙压力值——淤沙的浮容重——坝前淤沙的淤积厚度，——淤沙的内摩摖角D.扬压力131 坝基设有防渗帷幕和排水孔，扬压力折减系数河床坝段a=0.2～0.3，取0.25.①正常蓄水位下②设计洪水位下③校核洪水位下131 E.浪压力坝前水深，故假定浪顶及水深等于L/2处的浪压力为零。由于水库为内陆峡谷水库，所以宜按官厅公式计算（及）（规范B.6.3-5）（规范B.6.3-6）①校核洪水位下将代入以上两式得解得h=0.91m,=9.67m可知在250～1000间，则h为累积频率10%的坡高。水域平均深度（其计算水位应与相应设计状况下的静水位一致）查表B.6.3得查表B.6.3得（B.6.3-3）由于，则按式B.6.1-1和B.6.1-2计算浪压力≈（B.6.1-2）（B.6.1-1）式中：——单位长度迎水面上的浪压力；131 ——平均波长；——为累积频率1%的坡高；H——挡水建筑物迎水面前的水深；——波浪中心线至计算水位的高度——使波浪破碎的临界水深。①正常蓄水位与设计洪水位将代入以上两式得解得h=1.52m,=14.54m可知在250～1000间，则h为累积频率10%的坡高。查表B.6.3得查表B.6.3得（B.6.3-3）由于，B.6.1-1和B.6.1-2计算浪压力≈（B.6.1-2）（B.6.1-1）1.3抗滑稳定分析131 1.3.1分析的目的核算坝体沿坝基面或地深层软弱结构面的抗滑稳定的安全度。1.3.2滑动面的选择选择以下两种情况：①坝基面；②上游坝坡面。1.3.3抗滑稳定计算方法常用的稳定计算方法有：抗剪强度公式，抗剪断强度公式，抗滑稳定极限状态计算等。本次设计采用抗滑稳定极限状态计算法。计算时，对基本组合，偶然组合应分别进行计算，其具体表达式如下：基本组合：偶然组合：式中：——结构重要性系数。对应于结构安全级别I.II.III级的结构，其结构的重要性系数分别为1.1，1.0，0.9；本工程结构安全级别分别为II级，则=1.0——设计状况系数，对于持久状况，偶然状况分别为1.0，0.95，0.85；S（.）——作用效应函数，=；R（.）——构件及构件抗力函数，=（坝基面处由设计指导书表4查的=0.8，=0.3）；——永久作用分项系数，见表2-2（指南）；——可变作用分项系数见表2-2（指南）；——永久作用标准值；——可变作用标准值；——几何参数的标准值，可作为定值处理；131 ——材料性能的标准值；——基本组合结构悉数，见指南表2-6。1.3.4抗滑稳定计算的详细过程ā第一种情况——坝基面①基本组合——正常蓄水位下竖向力合力设计值：水平向合力设计值：则由以上计算可知：正常蓄水位下，坝基面满足抗滑稳定极限状态要求。②基本组合——设计洪水位下竖向力合力设计值：水平向合力设计值：则由以上计算可知：设计洪水位下，坝基面满足抗滑稳定极限状态要求。③偶然组合——校核洪水位下竖向力合力设计值：131 水平向合力设计值：则由以上计算可知：校核洪水位下，坝基面满足抗滑稳定极限状态要求。á第二种情况——上游坝坡面混凝土C10,=1.3，=7.5①基本组合——正常蓄水位下竖向力合力设计值：水平向合力设计值：则由以上计算可知：正常蓄水位下，上游坝坡面满足抗滑稳定极限状态要求。②基本组合——设计洪水位竖向力合力设计值：水平向合力设计值：则由以上计算可知：设计洪水位下，上游坝坡面满足抗滑稳定极限状态要求。131 ③偶然组合——校核洪水位下竖向力合力设计值：水平向合力设计值：则由以上计算可知：校核洪水位下，上游坝坡面满足抗滑稳定极限状态要求。1.4应力分析1.4.1分析的目的检验所拟坝体断面尺寸是否经济合理。1.4.2分析的方法应力分析的方法有理论计算和模型实验两类。本次设计采用坝体强度极限状态法。1.4.3坝体强度极限状态法用承载能力极限状态法（荷载及材料性能均采用设计值）计算坝址应力状态，用正常使用极限状态（荷载及材料性能均采用标准值）计算坝踵的应力状态。承载极限能力状态设计表达式：（指南2--12）式中：S（.）———作用的应力函数，S（.）=（R（.）———抗力函数R（.）=R；F——荷载作用的设计值，KN；f——材料性能的设计值；m——坝体下游的边坡系数，m=0.8；R——混凝土的抗压强度，kp131 ，材料的强度指标采用标准强度除以混凝土材料性能分项系数1.5，作为结构的抗力函数R（.），大坝常态混凝抗压强度的标准值可采用90d龄期强度，保证率80%；坝体内部混凝土性能的要求，主要控制因素强度和低热，选用C10，即；靠近地基的混凝土性能的要求，主要控制因素强度、抗渗、和低热，则选用C15，即。——作用于计算截面以上全部载荷对计算截面形心的力矩总和，KN.m。1.4.4坝体强度极限状态法计算的详细过程ā第一种情况——坝基面截面荷载对坝基截面形心轴的力矩如下：A.=206000+473765.76+102400=782165.76B.静水压力力矩上游水压力矩：①正常蓄水位：39730.5=1191915=233649.68②设计洪水位：37751.59=227480.67③校核洪水位：=238110.78下游水压力矩：131 ==C.泥沙压力力矩====172264.48D.扬压力力矩：①正常蓄水位=2419370.1②设计洪水位：==233576.56③校核洪水位：==244660.56E.浪压力力矩：=｛指南2-7式｝式中：——坝前水深，m；——大，小三角形形心到坝基面中心的垂直距离，m。波浪要素按官厅公式计算。①正常蓄水位：131 ②设计洪水位：③校核供水位：Ⅰ.基本组合——正常蓄水位坝趾处（设计值）：坝踵处（标准值）：131 由以上计算可知，正常蓄水位下，坝趾、坝踵处的应力符合强度要求。2.基本组合——设计洪水位下坝趾处（设计值）：坝踵处（标准值）：由以上计算可知，设计洪水位下，坝趾、坝踵处的应力符合强度要求。3.偶然组合——校核洪水位下坝趾处（设计值）：131 坝踵处（标准值）：由以上计算可知，校核洪水位下，坝趾、坝踵处的应力符合强度要求。ō第二种情况——上游坝坡面荷载对上游坝坡面截面形心轴的力矩如下：A.B.静水压力力矩①正常蓄水位：②设计洪水位：③校核洪水位：泥沙压力力矩131 C.扬压力力矩：①正常蓄水位②设计洪水位：③校核洪水位：D.浪压力力矩：=(指南2-7式)式中：——坝前水深，m；——大，小三角形形心到坝基面中心的垂直距离，m；波浪要素按官厅公式计算。①正常蓄水位：131 ②设计洪水位：③校核供水位：Ⅰ.基本组合——正常蓄水位上游边缘处（设计值）：下游边缘处（标准值）：由以上计算可知，正常蓄水位下，上、下游边缘处的应力符合强度要求。2.基本组合——设计洪水位下131 上游边缘处（设计值）：下游边缘处（标准值）：由以上计算可知，设计洪水位下，上、下游边缘处的应力符合强度要求。3.偶然组合——校核洪水位下上游边缘处（设计值）：下游边缘处（标准值）：由以上计算可知，校核洪水位下，上、下游边缘处的应力符合强度要求。131 第二章溢流坝设计2.1孔口设计2.1.1泄水方式的选择溢流坝的泄水方式主要有以下两种：开敞溢流式和孔口溢流式。为使水库具有较大的超泄能力，采用开敞式孔口。2.1.2洪水标准的确定大坝的防洪标准按100年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核。2.1.3流量的确定设计情况下，溢流坝的下泄流量为8813；校核情况下，溢流坝的下泄流量为12506。2.1.4单宽流量的确定坝址处基岩比较软弱，但综合枢纽的布置及下游的消能防冲要求，单宽流量取120m3/s。2.1.5孔口净宽拟定溢流孔的净宽B=Q溢/q。在设计洪水位时：Q=8813，则溢流孔的净宽B=8813/120=73.44m一般大中型工程采用每个孔口的净宽b=8～16m，为了便于消能，n宜为单数，取b=15m，则有：n=B/b=73.44/15=4.896取n=5根据以上计算，溢流坝孔口净宽取B=75m。2.1.6溢流坝段总长度（溢流孔口的总宽度）的确定由于该工程的泄洪流量很大，采用设置闸门的溢流坝，采用开敞式溢流。边墩和中墩采用半圆形墩头，闸门采用面板闸门。闸墩的长度和宽度应满足布置闸门、工作桥、交通桥和启闭机械的要求，拟定闸墩的厚度。初拟中墩厚度d为4m，边墩厚t为3m，则溢流坝段的总长度为：2.1.7堰顶高程的确定初拟侧收缩系数为0.95，流量系数m=0.494，因为过堰水流为自由出流，故131 =1.0。由堰流公式计算堰上水头H，计算水位分别减去其相应的堰上水头即为堰顶高程。①在设计洪水位下：，Q=8813则堰顶高程②在校核洪水位下：,Q=12506相应的堰顶高程=522.74-18.598=504.14m计算成果见表1-1.表1-1堰顶高程计算计算情况流量(m3/s)侧收缩系数流量系数孔口净宽(m)堰上水头(m)堰顶高程(m)设计情况88130.950.4947514.73505.00校核情况125060.950.4947518.598504.14堰顶高程一般取①、②两种情况的较小值，即堰顶高程为504.14m。2.1.8闸门高度的确定门高=正常蓄水位-堰顶高程＋(0.1～0.2)m=522.00-504.14+0.1=17.96m按规范取门高为18m。2.1.9定型设计水头的确定堰上最大水头=校核洪水位－堰顶高程，即：=522.74-504.14=18.6m131 定型设计水头=(75%-95%)=13.95-17.67m取=15.81m,15.81/18.6=0.85,从重力坝设计指南课本表2-8查得：坝面最大负压为：0.3=4.74m,规范规定：校核洪水位闸门全开时出现的负压不得超过3～6m水柱，由此判断的选定符合要求。2.1.10泄流能力校核①设计洪水位下：堰顶水头H=519.73-504.14=15.59m.H/=15.59/15.81=0.986≈1.0则流量系数m=ms=0.502侧收缩系数式中：－边墩形状系数，对半圆形墩头，取0.7；－闸墩形状系数，对半圆形墩头，取0.45；则将以上参数带入堰流公式得：＝设计的孔口符合要求。①核洪水位下（所有计算公式同上）：=522.74-504.14=18.6m当由指南表2-9得m/ms=1.025,即设计的孔口符合要求。131 2.2溢流坝剖面设计2.2.1顶部曲线段（规范A.1）溢流坝顶常采用非真空剖面曲线，对于开敞溢流式，可采用幂曲线，选堰顶上游堰头为三圆弧曲线，下游为幂曲线。其方程为：式中：——与上游堰坡有关的指数，见表A.1.1——当值见表A.1.1;当时，取k=2.0～2.2.P1为上游相对堰高，P1=504.14-432=72.14m。=72.14/15.81=4.56>1.0查表A.1.1知，k=2.0，n=1.85则幂曲线方程为：由此得到不同值下的坐标:x(m)13691215182123y(m)0.0480.3651.3152.7854.7417.16510.03913.35215.799三圆弧曲线：=0.5=0.515.81=7.905m=0.175=0.17515.81=2.767mR2=0.2=0.215.81=3.162m=0.276=0.27615.81=4.364m=0.04=0.0415.81=0.632m=0.282=0.28215.81=4.364m2.2.2直线段和堰面曲线切点的确定对堰曲线方程求导得：131 取则有：得=22.57m，将=22.57m代入WES曲线方程得：=15.26m2.2.3直线段与反弧段切点坐标和反弧圆心坐标的确定跃前水深由于,则取反弧半径的上限（见教材），即取则圆心高程切点高程则切点坐标(47.36,46.25)圆心坐标(76.25,23.14)。131 2.3消能防冲设计根据地形地质条件，且由于下游水深变化较大，选用底流消能。2.3.1下游水深的确定根据附图流量与水位曲线查得，消能防冲下泄流量为7729，对应的下游水位为472.24m，取护坦高度为5m，消力池开挖开程为439.00m，则下游水深为：=472.24-439-5=28.24m。2.3.2跃后水深的确定跃前流速式中：H——校核洪水位到护坦顶的水头，H=522.74-439-5=78.74m；Q——孔口收缩断面的流速系数，取Q=0.95.则有跃前水深：对于矩形断面，跃后水深：　131 2.3.3水跃淹没系数的确定淹没水跃，消能效果比较好。2.3.4底流消能的水力要素的确定（见规范A.5）弗劳德数,且根据规范A.5.1-2,护坦上设梳流坎及尾坎，但不设消力墩，其护坦消力池长度按规范A.5.1-2计算：，取L=105m；尾坎的高度一般控制在尾水水深的1/4以内，即,取6m。第三章排沙孔的设计本次设计采用无压排沙孔，孔口断面为矩形，设有两孔（本次设计仅对进水口体形进行设计）。3.11/4椭圆曲线的设计进水口采用矩形，其纵剖面一般采用1/4椭圆曲线，即AC段(上游A切点以上的垂直面高度，不宜小于1倍进口段末端的孔高)。对于三面收缩的矩形进水口，上唇和侧墙的椭圆曲线方程依次为：式中：h——孔身高度，h=6m；B——孔身宽度，B=5m；k——系数常取1.0，但有时为了使椭圆长、短半轴为整数，也可取k值稍大于1.0；x,y——曲线的坐标轴，椭圆长轴（x轴）与孔轴平行，纵轴距孔口为上唇椭圆6m，侧墙椭圆5m。131 则上唇椭圆曲线的方程为：侧墙椭圆曲线的方程为：3.2底部形式进水口底缘采用平底。3.3事故检修门槽段该段分为CD、DE两段，其中CD间为一条空口，其宽度约为5倍的水宽度，即，点C与点E应位于同一高程。（A.2.2）3.4压坡段EF压坡段为直线段，其坡度一般为1：4～1：6，取1：4，长度为3～6m，取5m。第四章水电站厂房的布置设计4.1相关参数的确定水电站的最大水头加权平均水头最小水头引水式水电站的设计水头选3台机组，发电机的单机容量水轮机的额定出力（其中为发电机效率，取0.95）4.2水轮机相关参数的确定（见《水力机械》教材）4.2.1水轮机型号的选择131 根据水电站的工作水头范围，在反击式水轮机系列型谱表中查得HL230型水轮机可使用。4.2.2水轮机主要参数的计算A.转轮直径的计算（由水电站机电设计手册查得）同时查得水轮机模型在限制工况下的效率，由此可初步假定水轮机在该工况的效率为90.5%。选用与之接近而偏大的标准直径B.效率修正值的计算由《水力机械》附表Ⅰ查得水轮机模型在最优工况下的，模型转轮直径，则原型水轮机的最高效率为：考虑到制造工艺水平的情况取；由于水轮机所应用的蜗壳和尾水管的型式与模型基本相似，故认为，则效率修正值为：由此求得水轮机在限制工况的效率为C.转速的计算由《水力机械》附表Ⅰ查得在最优工况下的，同时由于131 所以可以忽略不计，则以代入得选用与之接近而偏大的标准同步转速（磁极对数）D.工作范围的验算在选定的和设计水头下相应的值分别为：则水轮机的最大引用流量为：E.水轮机吸出高的计算水轮机的吸出高为：4.2.3蜗壳的型式选择及主要尺寸的确定A.蜗壳型式的选择当水轮机的最大工作水头在40m以上时，蜗壳通常采用金属蜗壳；由于大于40m，则本次设计采用金属蜗壳。B.蜗壳主要参数的选择通过蜗壳进口断面流量（4-12）式中：Qmax—水轮机的最大引用流量Qmax=193.55a.断面的形式采用圆形断面，座环内径，座环外径b.蜗壳的包角对金属蜗壳，一般采用。c.蜗壳进口平均流速131 由在《水力机械》课本图4-30中查得蜗壳进口断面的平均流速C.蜗壳的水力计算1)对于蜗壳进口断面断面面积：（4-16）断面的半径：（4-17）从轴中心线到蜗壳外缘的半径：（4-18）2)对于中间任一断面设为从蜗壳鼻端起算至计算断面处的包角，则该计算断面处的（4-19）(4-20)(4-21)计算成果见下表。1530751201652102553003458.116.140.364.588.7112.9137.1161.3185.50.640.901.421.802.112.382.622.843.055.155.676.727.478.098.639.119.569.974.2.4尾水管的型式及其主要尺寸的确定131 A.尾水管的型式对大中型水轮机，为了减小尾水管的开挖深度，采用弯肘形尾水管。B.尾水管主要尺寸的确定(根据推荐的尾水管尺寸表4-17)对混流式水轮机由于直锥管与基础环相连接，可取等于转轮出口直径即；锥管的单边扩散角取。其他尺寸确定如下：R=（0.6～0.1）=（4.05～6.75）m,外壁取上限，即，内壁取下限，即；(的范围7～9度，取8度)相关参数说明如下图。131 4.3水轮发电机的确定（见《水电站机电设计手册——水力机械》）4.3.1水轮发电机的型式选择本次设计采取伞式水轮发电机。4.3.2主要尺寸估算发电机主要尺寸包括定子铁芯内径及定子铁芯长度。A.极距式中—发电机额定容量,；131 p—磁极对数,p=26；—系数，一般为8～10，取。代入上式得B.定子内径C.定子铁芯长度（冷却方式：空冷）D.定子铁芯外径（机座号）,4.3.3外形尺寸估算A.平面尺寸估算1.定子机座外径,2.风罩内径,3.转子外径式中：为单边空气间隙，初步估算时可忽略不计。4.下机架最大跨度,为水轮机机坑直径，由表3-6查得则有131 5.推力轴承外径和励磁机外径由表3-7查得:B.轴向尺寸计算1.定子机座高度,2.上机架高度伞式非承载机架：。3.推力轴承高度：励磁机（包括励磁机架）高度：（其中机架高）副励磁机高度：永磁机（包括转速继电器）高度：4.下机架高度伞式承载机架：5.定子支座支撑面至下机架支撑面或下挡风板之间的距离伞式承载机架：6.下机架支撑面至主轴法兰底面之间的距离按已生产的发电机统计资料，一般为，取7.转子磁轭轴向高度无风扇时：8.发电机主轴高度131 式中H为发电机总高度，即由主轴法兰盘底面至发电机顶部的高度，即：则有9.定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离4.3.4水轮发电机重量估算A.水轮发电机的总重量：式中：——发电机总重量（t）;——发电机额定容量（kw）;——额定转速（r/min）;——系数，对伞式发电机取7～9，取为8.B.发电机转子重量一般可按水轮发电机的总重量的一半来估算，即C.发电机飞轮力矩，可按规范式（3-7）计算式中：——定子铁芯内径；——定子铁芯长度；——经验系数，可按表3-10选取，为5.2.4.4起重设备选择因最重吊运件为，因此选用一台双小车桥式起重机。4.4.1吊钩吊钩起重量：吊钩型式：双钩131 查表得：4.4.2吊具平衡梁外形尺寸的确定，查表得：平衡梁自重为9.647t。4.5主厂房主要尺寸的确定（见《水电站建筑物》教材）主厂房尺寸的确定，即主厂房总长，总高和总宽的确定。4.5.1主厂房总长的确定A.机组段长度的确定机组长度L1可按下式计算：式中：——机组段+x方向的最大长度；——机组段-x方向的最大长度。1)蜗壳层：为蜗壳外部混凝土厚度，初步设计时分别取1.3m和1.2m2)尾水管层对对称尾水管：为尾水管混凝土边墩厚度，初步设计时，大型机组取1.8m。3)发电机层131 式中：—发电机风罩内径；=14.31m—发电机风罩壁厚；=0.3mb—两台机组之间风罩外壁净距，两台机组间设楼梯时，取3.0m。由以上计算可知，机组段长度取。B.端机组段长度的确定取C.装配场发电机转子直径周围留2.0m间隙，以供安装磁极之用。发电机上机架周围留有1.0m间隙，供作通道用。水轮机顶盖及转轮周围留有1.0m间隙，供作通道用。装配场长度一般为机组段的1～1.5倍，对于HL式水轮机采用偏小值，即:取D.主厂房长度的确定主厂房的总长度L由下式求得：式中n—机组台数，n=3；—端机组段附加长度，；—机组段长度，；—装配场长度，。则，取87m131 4.5.2.主厂房宽度的确定（12-2）（12-3）式中：，——以机组中心线为界，上游侧宽度和下游侧宽度；A—风罩外壁至上游墙内（或柱边）的净距，取；—发电机风罩壁厚，取；—发电机风罩内径。则除满足要求外，还需满足蜗壳在Y方向的尺寸6.7m和蜗壳外混凝土厚度1.3m的要求。则4.5.3主厂房的剖面设计1.水轮机安装高程2.主厂房基础开挖高程（12-10）式中：——从水轮机安装高程向下两区到尾水管出口顶面的距离=13+-6.1=7.69m——尾水管出口高度=6.1m——尾水管底板混凝土厚度=2m则：3.水轮机层地面高程131 （12-11）式中：-蜗壳进口半径2.25m和蜗壳顶混凝土层1m之和3.25m4.发电机装置高程（12-12）式中：——发电机墩进人口高度取2.0m——进人口顶部厚度取1.0m5.发电机层楼板高程定子埋入，则6.起重机（吊车）的安装高程（12-13）—上机架高度，；—吊运部件与固定的机组或设备间的垂直净距，；—最大吊运部件的高度，；—吊运部件与吊钩间的距离，；—主钩最高位置至轨顶面距离，从起重机主要参数表查得7.屋顶高程—起重机轨顶至小车顶面的净空尺寸，从起重机主要参数表查得131 。—小车顶与屋面大梁或屋架下弦底面的净距，；—检修高度，。厂房总高度为：第五章　深入部分——吊车梁设计厂房吊车梁截面有矩形、T形和工字形式，T形截面刚度较大，抗扭性能好，便于固定轨道，检查走道较宽，适用于大中型吊车梁，本次设计采用T形截面。5.1吊车梁设计有关基本数据及混凝土标号，钢筋型号选取5.1.1基本参数的选取结构安全级别——该吊车梁为3级建筑物。由《水工钢筋混凝土结构学》附录一表1可知，结构安全级别为Ⅱ级，故结构重要性系数；荷载及其分项系数——由《水工钢筋混凝土结构学》附录一表3查得：梁自重（恒载）；可变荷载；环境条件类别——吊车梁在室内属一类环境，有附录四表查得混凝土保护层最小厚度c=25mm；设计状况系数——设计状况为持久状况，。但施工阶段为短暂状况，验算时取用；结构系数——按附录一表2取用。5.1.2材料的选取混凝土强度等级为C40，吊车梁主筋通常为Ⅱ级钢筋，箍筋为Ⅰ级钢筋，梁内纵向钢筋不得采用绑扎接头，下部纵向受力钢筋应通过跨中不得有接头。除端部锚固允许施焊外其他部位不允许施焊，箍筋与纵向钢筋之间一律采用绑扎。5.2荷载及其组合计算131 计算吊车梁的基本数据为：，，h=1800mm，b=600mm。查吊车参数可知单台小车重量为41吨，起重机最大轮压60t，起重机总重量为198吨，大车轮距为5.8m，小车轮距为2.7m，吊车梁最大跨度为11m，吊车跨度为25m。5.2.1吊车梁自重计算混凝土容重为2.6自重：钢轨及附件重：两项之和：设计值为：5.2.2集中荷载计算吊车梁的集中荷载为吊车的垂直轮压力，本吊车为一台桥式吊车，查吊车参数可知：起重机最大轮压（一个轮子）60t。轮压力5.3横向水平制动力计算最大水平横向刹车力：式中：m——台吊车作用在一侧吊车梁的轮子数目（取为4）；——起重机总重量（198t）；——台小车重量（41t）。5.4内力计算吊车梁总长87m，根据厂房内部布置和结构布置要求，分为8跨，采用柱距为11米，柱子取，吊车梁拟用11米跨度的钢筋混凝土结构。计算跨度（单跨简支梁）：计算弯矩时：131 计算剪力时：因结构及荷载对称，取半跨6个计算截面进行计算。5.4.1在均布恒载作用下，各计算截面的内力计算其中：则KN截面内力0123450196.99350.21459.64525.31547.20198.7158.96119.2279.4839.7405.4.2在吊车最大竖向轮压作用下，各计算截面的最大（最小）内力计算计算过程如下（表中数值已计入动力系数）：截面0：(第一个轮子压在0截面时)弯矩M：M=0剪力Q：截面1：(第一个轮子压在1截面时)弯矩M：剪力Q：131 截面2：(第一个轮子压在2截面时)弯矩M：剪力Q：截面3：(第二个轮子压在3截面时)弯矩M：剪力Q：截面4：(第二个轮子压在4截面时)弯矩M：131 剪力Q：截面5：(第三个轮子压在5截面时)弯矩M：剪力Q：相关的计算结果如下表：截面内力012345014342309300834283700.8841716135310879378056400-147.84-275-396-535-6405.4.3叠加后的内力下表131 截面内力012345016312659346839534248.1191515121206101684564019911-156-317-495-640上表数值系利用《水电站厂房设计》附录四的影响线试算方法求得，梁最大弯矩为3700.884。理论的绝对最大弯矩值为：　　　由于两者仅差1.4%，故采用影响线计算方法的精度已够。由上表可知：跨中截面最大弯矩设计值支座截面最大剪力设计值5.4.4内力包络图（见下图）131 5.5吊车梁承受扭矩计算由于横向水平力作用在轨顶，对截面重心有扭矩作用，同时考虑到垂直轮压也可能会有偏心，因而吊车梁截面上受到扭矩为：式中P—垂直方向轮压；—横向水平制动力；—力P的偏心距，取2厘米；—力的偏心距，轨道到T型截面重心的距离；0.9—考虑横向水平力与垂直轮压偏心同时产生的荷载组合系数。上式的扭矩由翼板与梁肋共同承担，经计算可配抗扭钢筋。T型截面重心y的计算：131 则5.6吊车梁正截面强度及斜截面抗剪扭强度计算下面只考虑在垂直力作用下的强度计算，横向水平力较小，其截面按构造配筋。5.6.1确定翼板的计算宽度吊车梁为独立T型梁，在室内属一类环境查《水工钢筋混凝土结构学》表3-2可知：纵向受拉钢筋合力点到截面受拉边缘的距离a=60mm。上述值均大于翼缘实有宽度，所以按计算。5.6.2中和轴位置确定在正弯矩作用下鉴别跨中T型截面中和轴位置，按式：　　—结构系数取1.2；—混凝土强度等级，查《水工钢筋混凝土结构学》附录二表1得C40混凝土轴心抗压强度为19.5131 则由此可知中和轴位于翼缘内，即受压区在翼缘内受压高度，受压区为矩形。5.7正截面强度计算因中和轴以下受拉混凝土不起作用，T型截面与宽度为的矩形截面一样，在这种情况下T型梁一般为适筋，可不必验算的条件。计算截面抵抗矩系数：　　　根据计算相对受压区计算高度：　　　—热轧钢筋值查《水工钢筋混凝土结构学》表3-1可知热轧Ⅱ级钢筋值为0.544。　　　　则—钢筋强度设计值，查《水工钢筋混凝土结构学》附录二表3得Ⅱ级热轧钢筋强度设计值为310。配筋率T型截面梁纵向受力钢筋最小配筋率查《水工钢筋混凝土结构学》附录四表3得：　　　由于，则钢筋截面面积符合，满足最小配筋率。选用()，少配的290在5%控制范围以内。（单个钢筋公称质量为9.87Kg/m）131 5.8斜截面强度计算5.8.1截面尺寸验算由于弯矩较大，估计纵筋需排二排，取a=60mm则故截面尺寸满足抗剪要求。(详见《水工钢筋混凝土结构学》)5.8.2验算是否按计算确定腹筋因此必须按计算确定抗剪腹筋。5.8.3配筋计算由于吊车梁较高箍筋不能太细，试在全梁配置双肢箍筋@200，，（查《水工钢筋混凝土结构学》表4-1梁中箍筋最大间距，当时间距为350mm）S=200mm<所以合适。则不需增设弯起钢筋抵抗剪力。5.8.4最小配筋率复核本吊车梁箍筋采用Ⅰ级钢筋，根据《水工钢筋混凝土结构学》对Ⅰ级钢筋，应使用箍筋的配筋率为：配筋率131 则满足箍筋要求，所以选配双肢@200。（单个钢筋公称质量为0.888Kg/m）5.9抗扭钢筋计算5.9.1截面尺寸复核计算将T型截面划分为两块矩形截面，计算截面受扭塑性抵抗矩：腹板：翼缘：整个截面受扭塑性抵抗矩为：　　　验算截面尺寸利用公式：即，故截面尺寸满足要求。5.9.2验算是否需要按计算配置抗剪扭钢筋　故应按计算配置抗剪扭钢筋。5.10附加抗扭钢筋计算5.10.1附加抗扭箍筋受压翼缘一般为纯扭计算（不计V的影响）箍筋由下式计算：131 　　设为1.2代入下列公式得：式中：——混凝土的轴心抗拉强度，查附录二表1知，其值为1.80.抗扭箍筋选用双肢@200，则可以。5.10.2附加抗扭纵筋计算计算纵筋，由下式计算：　　　选横截面配筋（见下图）：131 5.11裂缝宽度验算水工钢筋混凝土结构规范规定，对于使用上要求限制裂缝宽度的钢筋混凝土构件，按荷载效应的短期组合（并考虑部分热荷载的长期作用的影响）及长期组合所求得的最大裂缝，不应超过《水工钢筋混凝土结构学》附录五表1规定的允许值。对于T型截面的钢筋混凝土受拉受弯构件，按荷载效应的短期组合（并考虑部分热荷载的长期作用的影响）及长期组合所求得的最大裂缝可别按下列公式计算：　131 式中：—构件受力特征系数（受弯构件）；—钢筋表面形状系数（变形钢筋）；—荷载长期作用影响系数（对荷载效应的短期组合，对荷载效应的长期组合）；c—最外排纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离（一类环境c=25mm）；d—受拉钢筋直径（d=40mm）；—纵向受拉钢筋的有效配筋率,；—有效受拉混凝土截面面积；—受拉区纵向钢筋截面面积；、—分别按荷载效应的短期组合及长期组合计算的购件纵向受拉钢筋应力。钢筋弹性模量——由《水工钢筋混凝土结构学》附录二表5查得：二级钢筋。裂缝等级控制——对一类环境条件，查《水工钢筋混凝土结构学》附录五表1得（短期组合）；（长期组合）。可变荷载标准值的长期组合系数。5.11.1荷载效应短期组合　（不计动力系数）　　　　　　131 　　　5.11.2荷载效应长期组合（不计动力系数）　　　故满足裂缝宽度要求。5.12变形验算(挠度计算)对需要控制变形的构件，应进行变形验算。5.12.1对于T型截面构件的短期刚度计算公式为：（《水工钢筋混凝土结构学》）式中：—出现裂缝的钢筋混凝土受弯构件的短期刚度；—纵向受拉钢筋的配筋率（）；—受压翼缘面积与腹板有效面积的比值；—受拉翼缘面积与腹板有效面积的比值；混凝土弹性模量——131 由《水工钢筋混凝土结构学》附录二表2查得：强度等级为C40混凝土，。,5.12.2受弯构件的长期刚度计算A.对应于荷载效应短期组合（并考虑部分荷载的长期作用的影响）：式中：挠度增大系数（不配受压钢筋，所以）B.对应于荷载效应的长期组合挠度等级控制——查《水工钢筋混凝土结构学》附录五表3知，在荷载效应短期组合下，；长期组合挠度不受控制。所以挠度满足要求。通过以上各项计算，证明吊车梁的截面尺寸拟定基本合理，可根据正截面强度计算、斜截面强度计算、抗扭计算的结果绘制出钢筋图。131 131'