尾水管結構

尾水管是水電站廠房水下部分的主要承重結構之一，它的內部形狀和尺寸由水輪機製廠通過水力模型試驗確定。

彎形尾水管按其構造特點分為錐管段、彎管段和擴散段三部分。錐管段四周為大塊體混凝土，一般不需進行結構計算；彎管段與擴散段則為頂板、底版、邊墩和中墩的複雜空間結構(圖1)，計算較為繁雜。

圖（1）4h型尾水管

（a）立體圖；(b)縱剖面圖；(c)平剖面圖

一、尾水管彎管段結構計算簡圖選取

尾水管彎管段通常指自中間隔墩的墩頭到錐管以下這一段。由於彎管段的頂板一般都很厚，可視為邊墩固定於頂板，邊墩連同底板按倒框架計算最為簡便，並假定底板反力均勻分布。通常切取一至兩個剖面，如圖（2）1-1斷面。

圖（2）彎管段1-1截面按平面倒框架計算簡圖

二、尾水管擴散段結構計算簡圖選取

由於尾水管擴散段的頂板厚度、孔口高度和荷載分布在順水流方向均有變化，故計算截面通常要選取2—3個（見圖（2）中的2-2 、3-3 、4-4斷面）。一般選取擴散段起始截面、排架柱腳(牆腳)下面和尾水管出口截面等作為計算截面。

例如出口截面，計算方法常採用以下兩種：

1．上部框架與底版分開計算（圖3）

（1）先把上部框架作為固定於基礎的框架切開，用力矩分配法求出兩腳處的彎矩。

（2）分別計算為使框架柱腳a、d端產生一對稱的角位移，並切使所需施加於a、b兩端的彎矩，稱為「框架的抗撓剛度」，記為。

（3）在外荷載作用下彈性基礎梁將發生變形。假定a、d兩端「固定」，使角位移，計算a、d兩端的彎矩，既為彈性基礎梁的固端彎矩。

（4）計算使彈性基礎梁兩端a、d產生端產生一對稱的角位移，並且使所需施加於a、b兩端的彎矩，稱為「彈性基礎梁在a、b兩點的抗撓剛度」，記為。

（5）最後取框架和彈性基礎梁的固端彎矩的代數和，按兩者抗撓剛度分配不平衡彎矩，即得框架和彈性基礎梁a、d端各自的彎矩值。再按靜力平衡條件，分別求出框架和彈性在實際荷載作用下的內力值。

圖（3）彈性地基單跨框架計算簡圖

2．彈性地基上的封閉框架計算（圖4）

（1）先不考慮地基影響，將框架上所作用的全部垂直荷載(水平荷載一般為作用在邊墩上的對稱外水壓力，對地基反力圖形沒有影響)，按材料力學偏心受壓公式初步擬定彈性基礎梁的第一次近似反力圖形，將彈性基礎梁分為10等分，每一等分段上的反力以集中力表示，然後以此作為框架上外荷載之一。

（2）用力矩分配法計算框架內力，將此內力反作用於基礎梁頂面，按郭氏法求彈性基礎梁反力，此項反力肯定與第一次假定的反力圖形不同。將此反力在作用於框架，按上述過程再算一遍，又得基礎梁新的反力圖形。如此反覆演算數次，直至最後一次新的地基反力與上次反力圖接近為止。

圖（4）彈性地基上的封閉框架計算簡圖