1 / 10 第十三章水电站的压力管道第六节 明钢管的管身应力分析及结构设计一、明钢管的荷载明钢管的设计荷载应根据运行条件，通过具体分析确定，一般有以下几种：(1) 内水压力。包括各种静水压力和动水压力，水重，水压试验和充、放水时的水压力。(2) 钢管自重。(3) 温度变化引起的力。(4) 镇墩和支墩不均匀沉陷引起的力。(5) 风荷载和雪荷载。(6) 施工荷载。(7) 地震荷载。(8) 管道放空时通气设备造成的负压。钢管设计的计算工况和荷载组合应根据工程的具体情况参照钢管设计规范采用。二、管身应力分析和结构设计明钢管的设计包括镇墩、支墩和管身等部分。前二者在上节中已经讨论过，这里主要讨论管身设计问题。明钢管一般由直管段和弯管、岔管等异形管段组成。直管段支承在一系列支墩上，支墩处管身设支承环。由于抗外压稳定的需要，在支承环之间有时还需设加劲环。直管段的设计包括管壁、支承环和加劲环、人孔等附件。支承在一系列支墩上的直管段在法向力的作用下类似一根连续梁。根据受力特点，管身的应力分析可取如图13-14 所示的三个基本断面：跨中断面1-1 ；支承环附近断面2-2 和支承环断面 3-3 。以下介绍明钢管计算的结构力学方法。2 / 10 图 13-14 管身计算断面（一）跨中断面（断面1-1)管壁应力采用的坐标系如图13-15 所示。以 x 表示管道轴向，r 表示管道径向，θ 表示管道切向，这三个方向的正应力以、、表之，并以拉应力为正。图中表明了管壁单元体的应力状态，剪应力r 下标的第一个符号表此剪应力所在的面（垂直x 轴者称 x 面，余同），第二个符号表示剪应力的方向，如表示在垂直x 轴的面上沿e 向作用的剪应力。1. 切向（环向）应力。管壁的切向应力主要由内水压力引起。对于水平管段，管道横截面上的水压力如图13-16(a), 它可看作由图13-16(b) 的均匀水压力和图13-16(c) 的满水压力组成。这两部分的水压力在管壁中引起的切向应力为式中 D、δ--管道内径和管壁计算厚度，cm ；γ--水的容重， 0.001；H--管顶以上的计算水头，㎝；θ--管壁的计算点与垂直中线构成的圆心角，如图13-16(c) 所示。式(13-9) 等号右端第一项系有均匀内水压力引起的切向应力,第二项为满水压力引起的切向应力。若令管道中心的计算水头为Hp，则 Hp=H+D/2 ，式（ 13-9 ）成对于倾斜的管道，若管轴与水平线的倾角为φ，则式（ 13-10 ）应写成对于水电站的压力管道，上式等号右端的第二项是次要的，只有当 (D/2...
