严寒地区大型倒虹吸玻璃钢管道糙率计算研究

本文基于新疆北疆供水工程某倒虹吸2006―2013年实测数据对该倒虹吸进出口水位进行管材糙率反演,用统计分析法并对结果进行加权平均后最终得出该玻璃钢管道的综合糙率值为0.010 9。该糙率值可为高压力、大直径玻璃钢管道在大型倒虹吸工程的水力学计算中糙率的取值提供依据,为国内外类似工程提供参考,为严寒地区大型倒虹吸工程的技术发展提供借鉴。     

倒虹吸工程水力学模型试验

为研究大型倒虹吸水力特性,通过新疆北部某倒虹吸工程1∶16的水工模型试验,对不同运行工况下倒虹吸过流能力、水流流态及压力分布等问题进行研究。试验结果表明,水头损失实测值与设计计算值较接近,满足设计要求;在设计流量下管道最大压力位于倒虹吸管最低段末端且小于设计值;但充水过程中,流量由13m3/s增至15m3/s时,发现上游进水口有间歇性立轴漩涡形成。为了保证工程的正常运行,建议对上游沉沙池与消力池之间渠道进行优化。     

南水北调渠道倒虹吸工程的水力计算

南水北调中线一期工程河南段有数量众多的渠道倒虹吸工程,在设计过程中水力计算是重要的环节,其任务是选定倒虹吸管的横断面尺寸与孔数,以及进出口段各个部分的布置型式、尺寸和高程。     

大型倒虹吸工程水头损失及水力计算

针对三个泉倒虹吸实际过流能力富余、小洼槽倒虹吸实际过流能力不足的问题,基于工程特点及水力设计习惯,借鉴当量糙度的取值方法,分析了不同流量下三个泉与小洼槽倒虹吸的沿程水头损失,并与实测值对比。结果表明:对于三个泉倒虹吸的PCCP管和钢管,用柯尔布鲁克公式计算所得的水头损失与实测值更接近,明显小于水力设计时采用谢才公式所得值;对于小洼槽倒虹吸的玻璃钢管,用柯尔布鲁克公式计算所得的水头损失与实测值也更接近,但明显大于水力设计时采用谢才公式所得值。在此基础上,利用计算获得的沿程水头损失反算得出糙率n值和当量糙度Δ值,发现实际过流能力出现偏差的主要原因是水力设计时采用的谢才公式不适用于大口径倒虹吸管道内的流态。     

大型倒虹吸结构温度应力仿真分析

采用有限元方法模拟分析了南水北调中线工程南沙河倒虹吸在运行期温度变化引起的混凝土温度应力,研究了倒虹吸结构不考虑温度效应、考虑四季更替导致结构温升温降时截面的正应力变化规律。结果表明温升对倒虹吸结构内侧面受力状态具有改善作用,但使外侧面受力状态变差,温降则刚好相反。根据拉应力变化特点,建议倒虹吸底板、顶板和边墙采用曲线预应力筋设置方案。     

鄂北调水工程长倒虹吸事故水力响应及应急调度

以鄂北水资源配置工程中的孟楼-七方倒虹吸(全长约72 km)为研究对象,建立事故工况的一维非恒定流数值计算模型,仿真分析事故工况下长倒虹吸的水力响应过程。结果表明:事故工况下闸门同步异速调度相较于异步同速调度更利于倒虹吸安全;同步异速调度规则下,延缓倒虹吸进口以及上游闸门开始关闭时间、延长进口以及上游闸门关闭时长,或快速关闭倒虹吸出口以及下游闸门,都会抑制倒虹吸内部压力水体释放过程,增大压力超限风险;针对鄂北水资源配置工程,建议倒虹吸进口及上游闸门至少不晚于出口及下游闸门开始关闭后的30 min开始动作,倒虹吸出口及下游闸门关闭时长不宜短于30 min,倒虹吸进口及上游闸门关闭时长不宜超过30 min,并最终提出一组可供参考的节制闸应急调度组合。主要结论对于鄂北水资源配置工程的应急调度具有一定参考价值,也对类似含有大型倒虹吸工程的运行调度有一定的借鉴意义。     

南水北调中线工程大型倒虹吸结构设计

在大型输水工程中，交叉建筑物的设计与优化，在整体工程中占有重要地位。本文结合南水北调中线工程南沙河倒虹吸结构设计，对特大型倒虹吸的结构型式和受力性能进行了分析探讨。通过对目前较有代表性的三种结构计算方法的比较，找出了各种计算方法的优缺点，并推荐 Sap84弹性地基梁法作为倒虹吸设计的首选计算方法。     

高塄水电站倒虹吸水力计算

文章通过高塄水电站引水系统中1^#冲沟处过水输水方案的技术经济比较，详细介绍了倒虹吸的水力计算，以及倒虹吸进口段、管身段、出口段相关建筑物尺寸的确定与布置。     

南水北调中线工程大型倒虹吸结构设计

在大型输水工程中，交叉建筑物的设计与优化，在整体工程中占有重要地位。本文结合南水北调中线工程南沙河倒虹吸结构设计，对特大型倒虹吸的结构形式和受力性能进行了分析探讨。通过对目前较有代表性的三种结构计算方法的比较，找出了各种计算方法的优缺点。并推荐Sap84弹性地基梁法作为倒虹吸收设计的首选计算方法。     

地质变化对大型预应力混凝土倒虹吸结构受力影响的分析

 结合南水北调中线工程河北段南沙河预应力混凝土倒虹吸结构的设计,采用有限元分析方法,研究了各种设计工况下地基条件变化对倒虹吸结构的受力性能影响规律。结果表明：地基不均匀对倒虹吸结构整体在正常使用阶段的受力状态具有较大影响,采用换填土方式改善地基均匀性对改善倒虹吸结构整体受力性能特别是底板受力状态具有显著作用。     

大型倒虹吸合理管节长度研究

合理管节长度的确定是大型倒虹吸结构设计、施工与运营的关键问题之一.以某区待建大型倒虹吸为研究对象,考虑管-土相互作用、回填材料固结、地基基础变形等因素的影响,分别建立了15、20 m和25 m共3种管节长度倒虹吸的三维有限元模型,考虑运营期的荷载工况组合,开展了非线性力学分析.对比分析了3种管节长度倒虹吸的整体沉降,管...     

新型粘钢技术在韦水倒虹加固中的应用

新型粘钢技术是通过自锁锚杆固定钢板、建筑结构无机填充料粘结,使钢板与原混凝土结构形成一种高强复合结构。该技术应用到韦水倒虹加固上,对钢筋混凝土管起到补强加固和抗冲耐磨的作用。新型粘钢技术的创新点是采用自锁锚杆取代常规锚杆,固定牢靠、抗拉拔能力强、锚固速度快;采用建筑结构无机填充材料取代常规的建筑结构有机胶,避免了锚杆与钢板焊接时高温破坏连接锚杆的填充材料。与其它加固方法相比技术先进、补强效果好、抗磨性能强、寿命较长,施工简便,安全可靠、费用较小,值得在类似水利工程加固中借鉴。     

引黄济青倒虹吸水工模型试验研究

以弥河倒虹为例。通过水工模型试验,研究了引黄济青工程倒虹进口的水流流态、水头损失、挡冰性能等问题,并论述了倒虹吸设计中进口布置对水流条件的影响。指出：平原地区倒虹的水头损失不大;形成冰坝的决定性因素是水面流态;为消除通气槽中的水面震荡现象,应将通气槽改为通气孔;为避免发生水跃,应取消设置沉沙池。     

关于预应力钢筒混凝土管（PCCP）与玻璃纤维增强塑料夹砂管（FRPM）在张峰水库输水总干工程中的应用比较

针对张峰水库工程输水总干PCCP与FRPM两种管材从设计、安装、运行管理等方面进行了比较。     

预应力钢筒混凝土管体外预应力加固试验研究

预应力钢筒混凝土管(PCCP)断丝后,管芯混凝土在荷载作用下会发生开裂,影响PCCP的承载能力。目前针对PCCP断丝管的加固有多种方法。其中利用钢绞线施加体外预应力加固PCCP断丝管的方法能够主动补偿由于断丝导致的预应力损失,同时做到整个管线减压不停水。本文通过PCCP加载-断丝-管体管芯混凝土开裂-减压-施加体外预应力-加载到设计荷载的全过程原型试验,研究了PCCP体外预应力加固效果。并针对试验过程中各阶段PCCP管体的力学特性和变形特点进行分析。试验结果表明,通过钢绞线对PCCP断丝管施加体外预应力进行加固,管体裂缝闭合,承载能力恢复至设计内压0.9 MPa,钢绞线仍处于弹性阶段,管体水密性良好,加固效果明显。     

PCCP受载响应全过程有限元分析

基于陕西杨凌供水工程,建立预应力钢筒混凝土管(PCCP)的三维非线性有限元模型,研究了PCCP在全寿命各个阶段的受力特性和结构性能,得到PCCP各阶段应力状态和裂缝开展的规律。分析结果表明:(1)缠丝后由于管芯在预应力作用下的收缩变形,钢丝可能发生4%的预应力损失;(2)在预应力作用下管芯混凝土全截面受压,最大压应力在管道内侧,且由内到外线性递减;(3)在土荷载和管道自重作用下,砂浆层出现裂纹,管道发生椭圆形变形,在内水压力作用下,管道有外扩的趋势。     

大直径预应力砼管在倒虹吸管工程中的应用

论述了大直径预应力砼管的工程特性，比较了钢筋砼管与预应力砼管在工程应用中的优劣，并通过工程实例，介绍大直径预应力砼管在水利工程倒虹吸管工程中应用时有关参数的计算方法，预应力砼管施工技术和质量检验方法。     

PCCP输水工程设计应用常见问题研究

结合预应力钢筒混凝土管(PCCP)输水工程设计实践,对其设计应用中存在的一些问题,诸如,采用标准的合理性、管材设计荷载的正确选择、接头试验压力选择、管芯混凝土强度、厚度和缠丝面积的优化等进行了研究,旨在促进设计参数选择合理,保证工程建设安全可靠并节省工程投资。同时,提出了一些相关建议,可供类似工程参考。     

高寒地区水工混凝土防护修复技术与应用

高寒地区水工混凝土建筑物处于超大温差、极端低温、强辐射、大风、干燥等复杂条件,混凝土结构容易产生以冻融破坏为代表的劣化病害,防护修复技术是常用的劣化防治措施之一。通过有限元方法对冻融循环作用下水工建筑材料劣化过程及影响规律进行了模拟计算。结果显示,在周期变温荷载作用下,孔隙水结冰产生的冻胀应力是导致混凝土耐久性降低的主要因素。除了改善混凝土本体抗冻性外,还应采用表面防渗处理,如表面涂层防护,以控制混凝土内部含水量和冻胀应力,提高抗冻融能力。介绍了高寒地区水工建筑物防护修复材料的选择原则、种类特点和施工工艺,总结了防护修复技术在高寒地区的典型工程应用,为高寒地区水利水电工程维护提供了一定的参考借鉴,并从材料性能、配套设备、工艺拓展、标准制定4个方面进行了展望。