? 六、露天钢管
? 铺设方式和附属设备
?铺设方式
?一般铺设在系列支墩上，管底高出地面 0.6m以
上。在钢管转弯处或过长的直管段设镇墩。
?连续式：管身在两镇墩间不设伸缩节，一般不
采用 [图 8-10（ a） ]
?分段式：靠近镇墩设伸缩节，降低了温度引起
的轴向力 [图 8-10（ b） ]
?附属设备
?闸门及阀门
?蜗壳进口设阀门（平板阀、蝴蝶阀、球阀）
?钢管进口设平面钢闸门
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
?附件
?伸缩节
?通气阀
?旁通管、人孔及排水管
?事故保护等设备
? 作用在露天钢管上的力
?作用力有内水压力、自重（水重和管重）、温度应力、风
载、雪载、地震力等。
?沿钢管半径方向的径向力,在管壁中产生环向拉应力，在
水管内表面产生径向应力。作用在钢管上的内水压力属径
向力，是钢管承受的最主要荷载。
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?垂直于管纵轴方向的法向力,主要是自重在法向的分力。
该力由钢管传至支墩或镇墩，再传至地基。该力使水管
发生弯曲，在镇墩处产生负弯矩及剪力，在跨中产生正
弯矩，在管壁产生弯曲应力，并使横断面承受剪力。
?沿钢管轴线方向的轴向力,在管壁中产生轴向压应力或
拉应力。轴向力通过管壁传至支墩或镇墩再传至地基，
它们是镇墩设计的外荷载。如表 8-3所示。钢管上设伸缩
节，不须考虑 A10与 A11。若不设伸缩节，则不存在 A5,
A7,A8。
?荷载组合：力的组合必须根据运行、检修及施工等不同
工作条件、管路的结构布置、铺设方式以及气候变化等
因素确定。在设计时应选择可能出现的最不利组合情况。
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
? 镇墩与支墩
?布置及型式
?镇墩
?布置在水管轴线方向改变的地方；水管直线段
较长时，每隔 80至 120m应设置一镇墩。相当于
连续梁的固定端。
?两种型式：封闭式与开敞式。开敞式易于检修，
但镇墩处管壁应力不均匀，适用于水头不高情
况。封闭式用得较多。
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
?支墩
?承受自重在法向的分力，并传给地基，减小水管
纵向挠度。相当于连续梁的滚动支座。支墩间距
一般为 6至 12m。
?三种型式,滑动式、滚动式与摆动式。滑动式中
的鞍式多用在直径小于 1.5m的压力钢管上；而其
支承环式适用于直径 1.50至 2.50m的钢管。滚动
式适用于 2m以上的水管。摆动式适用于大直径的
水管。
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
?镇墩设计
?承受水管得轴向力、法向力和弯矩，以轴向力为主。
?按温升充水为控制组合。
?校核镇墩的抗滑稳定、镇墩基础底面应力。
?结构设计。
?软基：基础底面水平，在冰冻线以下。根据抗滑稳
定要求确定镇墩重量，初步拟定镇墩轮廓尺寸。对
初定尺寸进行地基应力校核，要求合力作用点在底
宽的三分点内，避免底面出现拉应力；地基应力小
于地基容许承载力；应力不均匀系数不大于 2.0。
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?为保证镇墩的整体性，防止镇墩开裂，常在
钢管四周加环向筋，表面加温度筋。
?封闭式镇墩内的管段外包砼最小厚度不小于
0.6至 1.0m。镇墩的上游面与水管垂直。
?对开敞式镇墩，管身需加锚定环。
?支墩设计
?主要承受法向力和摩擦力；
?满足抗滑稳定要求，确定支墩重量，地基应
力校核同镇墩。
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? 七、露天钢管管身设计
? 露天钢管的荷载
?内水压力、钢管自重、温度变化力、镇墩及
支墩不均匀沉降引起的力、风雪荷载、地震
荷载等
?根据工程的具体情况，选择设计计算工况与
荷载组合
? 露天钢管管身的应力分析
?正常运行充满水情况
?跨中断面的管壁应力
?径向应力
?切向（环向）应力
?轴向应力
?自重引起的轴向弯曲应力
?各轴向力引起的应力
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
?支承环附近断面的管壁应力
?与跨中断面不同之处是多一项剪力
引起的剪应力
?支承环断面的应力
?轴向应力 σx
?轴向弯曲应力
?局部弯曲应力
?轴向力引起的应力
?剪应力
?切向应力 σz
?应用第四强度理论进行强度校核
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?露天钢管的外压稳定
?钢管是薄壁结构，在外压作用下可丧失弹性稳定
而破坏。
?露天钢管放空若造成真空将承受外部大气压强而
屈曲成波形。
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
IMPORTANT NOTE ！
? 八、分岔管
? 布置与体型
?分岔形式：卜形和 Y形
?分岔管由薄壳和刚度较大的加强梁组成，是一个空间结构
? 几种常用的岔管
?贴边岔管（图 8-36）
?三梁岔管（图 8-37）
?月牙肋岔管（图 8-38）
?球形岔管（图 8-40）
?无梁岔管（图 8-41）
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LET‘S HAVE A BREAK ！
课间休息
?请课后阅读例题二
?请努力完成习题二
?如有疑问请及时答疑
思考题
? 1、作用在露天压力钢管上有哪些力?试分析正常运
行、检修、温升、温降情况下力的组合和方向。
? 2、镇墩、支墩的作用是什么?各有几种类型？其优
缺点是什么?简述镇墩、支墩的设计步骤。
? 3、简述露天压力钢管应力分析的方法与步骤。
? 4、为什么要进行钢管弹性稳定分析?如何进行?
? 铺设方式和附属设备
?铺设方式
?一般铺设在系列支墩上，管底高出地面 0.6m以
上。在钢管转弯处或过长的直管段设镇墩。
?连续式：管身在两镇墩间不设伸缩节，一般不
采用 [图 8-10（ a） ]
?分段式：靠近镇墩设伸缩节，降低了温度引起
的轴向力 [图 8-10（ b） ]
?附属设备
?闸门及阀门
?蜗壳进口设阀门（平板阀、蝴蝶阀、球阀）
?钢管进口设平面钢闸门
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?附件
?伸缩节
?通气阀
?旁通管、人孔及排水管
?事故保护等设备
? 作用在露天钢管上的力
?作用力有内水压力、自重（水重和管重）、温度应力、风
载、雪载、地震力等。
?沿钢管半径方向的径向力,在管壁中产生环向拉应力，在
水管内表面产生径向应力。作用在钢管上的内水压力属径
向力，是钢管承受的最主要荷载。
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?垂直于管纵轴方向的法向力,主要是自重在法向的分力。
该力由钢管传至支墩或镇墩，再传至地基。该力使水管
发生弯曲，在镇墩处产生负弯矩及剪力，在跨中产生正
弯矩，在管壁产生弯曲应力，并使横断面承受剪力。
?沿钢管轴线方向的轴向力,在管壁中产生轴向压应力或
拉应力。轴向力通过管壁传至支墩或镇墩再传至地基，
它们是镇墩设计的外荷载。如表 8-3所示。钢管上设伸缩
节，不须考虑 A10与 A11。若不设伸缩节，则不存在 A5,
A7,A8。
?荷载组合：力的组合必须根据运行、检修及施工等不同
工作条件、管路的结构布置、铺设方式以及气候变化等
因素确定。在设计时应选择可能出现的最不利组合情况。
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? 镇墩与支墩
?布置及型式
?镇墩
?布置在水管轴线方向改变的地方；水管直线段
较长时，每隔 80至 120m应设置一镇墩。相当于
连续梁的固定端。
?两种型式：封闭式与开敞式。开敞式易于检修，
但镇墩处管壁应力不均匀，适用于水头不高情
况。封闭式用得较多。
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?支墩
?承受自重在法向的分力，并传给地基，减小水管
纵向挠度。相当于连续梁的滚动支座。支墩间距
一般为 6至 12m。
?三种型式,滑动式、滚动式与摆动式。滑动式中
的鞍式多用在直径小于 1.5m的压力钢管上；而其
支承环式适用于直径 1.50至 2.50m的钢管。滚动
式适用于 2m以上的水管。摆动式适用于大直径的
水管。
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?镇墩设计
?承受水管得轴向力、法向力和弯矩，以轴向力为主。
?按温升充水为控制组合。
?校核镇墩的抗滑稳定、镇墩基础底面应力。
?结构设计。
?软基：基础底面水平，在冰冻线以下。根据抗滑稳
定要求确定镇墩重量，初步拟定镇墩轮廓尺寸。对
初定尺寸进行地基应力校核，要求合力作用点在底
宽的三分点内，避免底面出现拉应力；地基应力小
于地基容许承载力；应力不均匀系数不大于 2.0。
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?为保证镇墩的整体性，防止镇墩开裂，常在
钢管四周加环向筋，表面加温度筋。
?封闭式镇墩内的管段外包砼最小厚度不小于
0.6至 1.0m。镇墩的上游面与水管垂直。
?对开敞式镇墩，管身需加锚定环。
?支墩设计
?主要承受法向力和摩擦力；
?满足抗滑稳定要求，确定支墩重量，地基应
力校核同镇墩。
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? 七、露天钢管管身设计
? 露天钢管的荷载
?内水压力、钢管自重、温度变化力、镇墩及
支墩不均匀沉降引起的力、风雪荷载、地震
荷载等
?根据工程的具体情况，选择设计计算工况与
荷载组合
? 露天钢管管身的应力分析
?正常运行充满水情况
?跨中断面的管壁应力
?径向应力
?切向（环向）应力
?轴向应力
?自重引起的轴向弯曲应力
?各轴向力引起的应力
水 电 站 HYDROPOWER ENGINEERING
?支承环附近断面的管壁应力
?与跨中断面不同之处是多一项剪力
引起的剪应力
?支承环断面的应力
?轴向应力 σx
?轴向弯曲应力
?局部弯曲应力
?轴向力引起的应力
?剪应力
?切向应力 σz
?应用第四强度理论进行强度校核
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?露天钢管的外压稳定
?钢管是薄壁结构，在外压作用下可丧失弹性稳定
而破坏。
?露天钢管放空若造成真空将承受外部大气压强而
屈曲成波形。
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IMPORTANT NOTE ！
? 八、分岔管
? 布置与体型
?分岔形式：卜形和 Y形
?分岔管由薄壳和刚度较大的加强梁组成，是一个空间结构
? 几种常用的岔管
?贴边岔管（图 8-36）
?三梁岔管（图 8-37）
?月牙肋岔管（图 8-38）
?球形岔管（图 8-40）
?无梁岔管（图 8-41）
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LET‘S HAVE A BREAK ！
课间休息
?请课后阅读例题二
?请努力完成习题二
?如有疑问请及时答疑
思考题
? 1、作用在露天压力钢管上有哪些力?试分析正常运
行、检修、温升、温降情况下力的组合和方向。
? 2、镇墩、支墩的作用是什么?各有几种类型？其优
缺点是什么?简述镇墩、支墩的设计步骤。
? 3、简述露天压力钢管应力分析的方法与步骤。
? 4、为什么要进行钢管弹性稳定分析?如何进行?
