加劲巨型薄壁输水钢管外压临界失稳性能研究

通过研究加劲巨型薄壁输水钢管承受外压时的临界失稳状态，分析了其合理的加劲环形式、尺寸及布置间距，揭示了不同尺寸与布置间距的加劲环环管段在外压作用下临界失稳时存在藕合现象，并将耦合特性应用于加劲巨型薄壁钢管外压稳定优化设计。     

巨型薄壁水电站输水钢管抗外压失稳性能分析

将加劲巨型输水钢管分为管身段和加劲环管段，分析了随着钢管的巨型超薄化，其抗外压失稳性能的骤减特征，揭示了加劲环的型式、尺寸、布置间距及材料性能等因素对其抗外压失稳能力的影响，给出了加劲环的合理形式、尺寸及布置间距。     

环肋加劲压力钢管的有限元屈曲分析

压力钢管在外压下极易失稳,为了研究环肋加劲压力钢管的屈曲临界载荷,以某二级水电站压力钢管的下平段为例,基于结构屈曲理论,利用有限元软件ABAQUS分析了钢管的线性屈曲情况,在此基础上考虑钢管的大变形及初始缺陷,分析了钢管的非线性屈曲情况。结果表明,有限元法可以合理地考虑加劲环和管壁的相互作用,比规范法、阿姆斯图兹法单独考虑加劲环管段和中间管段的外压稳定更加合理。鉴于加劲环可显著提高压力钢管抗外压稳定能力,还研究了加劲环局部稳定适宜的高厚比,以期为更好地使用规范提供参考。     

加劲环钢管均匀外压弹性屈曲解的对比分析

加劲环钢管广泛应用于水利水电等工程领域,其外压稳定性是关注的重点问题。针对受均匀外压作用的加劲环管的弹性屈曲解进行了分析,将加劲环管的屈曲外压求解归结为非线性整数规划问题。详细比较了加劲环管的屈曲外压计算的精确式和近似式,证明目前设计所采用的近似式给出的临界压力总是比精确式给出的小,是更为保守的。以屈曲外压计算的精确式和设计采用的近似式为基础,推导了加劲环临界间距的表达式,从而明确了屈曲外压计算公式的适用范围,因考虑了管道的厚径比的影响,与现有文献的结果相比更为合理。对不同加劲环间距和加劲环约束程度的钢管进行了弹性屈曲有限元分析,利用所得的临界外压值详细考察了屈曲外压解析解的适用性和精度,进一步证明解析解和设计规范的公式都是偏于安全的,实际加劲环钢管的临界外压相比理想加劲环钢管都有不同程度的提高。     

白山水电站一期工程压力钢管设计复核

文中在根据内水压力确定钢衬厚度的基础上,对钢管进行抗外压稳定验算,确定加劲环的布置。光面管钢管抗外压失稳安全系数大于2.0,加劲环间管壁与加劲环抗外压失稳安全系数大于1.8。在内水压力作用时,钢管按明管设计,采用光面管型式,通过光面管抗外压稳定计算管壁抗外压稳定及承载力,均满足要求。     

埋藏式压力钢管加劲环抗外压稳定计算方法的比较与应用

对埋藏式压力钢管加劲环的抗外压稳定分析,国内外常用的计算方法有Amstutz法、Jacob-sen法和《水电站压力钢管设计规范》(NB/T 35056—2015)(以下简称《规范》)中的强度公式。对这三种计算方法进行了比较分析,得到以下结论:Amstutz公式和Jacobsen公式计算的临界外压力随缝隙值的增大而减小,《规范》强度公式没有考虑缝隙值的影响,其计算得到的临界外压力与缝隙值无关;三种方法计算所得的临界外压力均随加劲环高度、管壁厚度和钢材屈服强度的增大而增大,随加劲环间距的增大而减小;《规范》强度公式计算所得的加劲环临界外压力相对Amstutz公式和Jacobsen公式较小,采用《规范》强度公式在外水头小于130 m时明显偏保守,经过比较分析后,建议将Jacobsen法作为国内钢管设计规范中埋藏式压力钢管加劲环抗外压稳定的主要计算方法之一。     

加劲式压力钢管外压稳定性有限元屈曲分析

埋藏式压力钢管抗外压稳定是工程设计中的关键问题。在考虑钢管的初始缺陷、塑性行为以及大变形的基础上,利用ANSYS三维有限元软件,进行了加劲式压力钢管的特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,给出了加劲式压力钢管的失稳屈曲模态和荷载位移曲线,并将计算结果与解析算法的结果进行了比较,论证了使用有限单元法进行加劲式压力钢管屈曲分析的可行性;同时讨论了不同初始缺陷、管壁厚度和加劲环尺寸对加劲式压力钢管临界荷载的影响。     

内加劲环在稀泥沟电站埋管中的应用

在埋管设计中，常需采用加劲环，锚筋等措施，解决钢管的外压失稳问题。这些措施一方面会增加管道钢材用量，另一方面又会给管道的制作安装，洞内砼衬砌的浇筑带来不便；而引起钢管失稳的外压，可区分为施工期的临时外压和运行期的长期外压。假如仅仅是施工期的外压引起失稳，则可采用内加劲环的办法，既能方便施工，又可节约工程量，因此是一种较好的设计方法。     

最优化技术在加劲环式地下埋管抗外压稳定设计中的应用

加劲环式地下埋管的稳定是压力钢管设计中重要的问题之一,既要满足结构需要又要经济合理。文章在加劲环式地下埋管抗外压稳定设计过程中采用最优化技术解决了钢管管壁厚度、加劲环厚度及加劲环高度最优选择的难题,对加劲环式地下埋管设计的经济性取得了借鉴性成果。     

沐若水电站压力钢管设计

马来西亚沐若水电站引水发电系统的压力钢管设计水头高,抗外压稳定性要求高,设计难度大。阐述了钢管设计原则,即由内水压力确定管壁厚,用抗外压稳定进行复核,通过设置加劲环和增加管壁厚度来加固局部不满足规范要求的管段。用三维有限元方法计算了调压井岔管、月牙岔管和支段钢管在设计运行工况和水压试验工况下的应力和变形。计算结果表明,钢管应力、变形值均满足设计规范要求。     

多出水口蓄水池的三维数值模拟

本文运用FLUENT软件对不规则蓄水池在3种不同流量下的水流流场进行了数值模拟,得出 不同流量下流场中不同点沿水深方向的流速分布,并将数值计算结果与物理模型实验结果进行比较, 发现两者比较吻合。表明:FLUENT软件模拟不规则蓄水池水流流场是基本可行的。     

水轮机尾水肘管加劲环安装控制线计算

在漫湾二期和小湾水电站水轮埋件尾水肘管制造过程中,加劲环安装开始采用参考线直接以管口均匀划线的方法进行,这种安装方法无法保证安装准确度,在加劲环接头处出现折弯,外观质量不美观,安装困难且进度缓慢。尾水肘管体型巨大,属异型管,展开和卷板成型比较复杂,每节肘管上设两圈加劲环,安装工作量大。安装基准线采用计算数据进行划线,可以保证加劲环的安装质量,保证制造进度,在漫湾二期和小湾水电站尾水肘管安装过程中采用了该方法,证明了该方法准确、合理、可靠。文章就该计算方法作了论述。     

长距离输水工程采用大口径 PCCP 管的安全防护对策

针对输水管道工程中 PCCP 管材爆管事故引发对 PCCP 管耐久性的担忧,对相关管道爆管案例进行了归纳研究,结果表明爆管的主因是预应力钢丝断丝。微观分析可知钢丝断丝是由于快拉拔引起晶格缺陷、阴极保护过负、氢脆等因素导致; 宏观分析其原因是由于砂浆保护层开裂、有效外防护缺失导致钢丝腐蚀破坏。通过对比研究国内外有关规范差异、管材设计考虑的内外服役环境、管芯混凝土和砂浆制造工艺,以及已建工程不同外防护效果等方面,提出了 PCCP 管道安全防护对策如下: ( 1) 标准规范需细化和设计优化; ( 2) 提高管芯质量和改进砂浆工艺; ( 3) 做好有效外防护,如三油两布和适宜厚度的环氧煤沥青涂层措施; ( 4) 慎重选择阴极保护等措施,由此可提高 PCCP 管道的承载力和耐久性。与此同时,还需做好运行监测和检测,并及时进行管道修补及换管工作,从而降低爆管风险。     

钢管与土相互作用下钢管抗外压稳定性分析

在屈曲和稳定性理论的基础上，以在土和钢管自重下钢管的平衡状态为基态，用线性和非线性有限元法分析埋地钢管在均匀地下水压力下的前屈曲和后屈曲临界失稳荷载，并结合工程实例研究了钢管周围土体和钢管几何缺陷对钢管抗外压稳定性能的影响。     

爆炸法消除应力在电站压力钢管上的应用

蒲石河抽水蓄能电站引水系统压力钢管钢材为调质状态的高强钢,且厚度较大,为减少钢管的焊接应力,采用爆炸方法对钢管纵缝进行处理,以保证钢管在低温、水头压力频繁变化的环境下运行安全。结果表明,爆炸处理效果良好,达到了50%以上的设计要求。     

舟山大陆引水海底管道施工技术概论

介绍了舟山海底管道设计、施工特点，探索长距离、大口径、薄壁海底管道的施工方法，具体包括：(1)管道设计；(2)管道施工；(3)铺管；(4)托管架设计；(5)锚泊系统设计。     

提高引水压力钢管非运行期刚度的探讨

龙滩水电站引水压力钢管在吊运、装车过程中，因出现刚度不足问题导致钢管无法正常出厂。通过模拟钢管在各种工况下的试验，改进了内支撑结构，并提出在压力管道设计时，在满足结构计算分析和运行安全的前提下，管壁厚度和加劲环高度适当取下限值，安装、运输及混凝土浇筑时的刚度则通过内支撑来加强。该设计方案具有很好的经济价值和技术含量，值得推广。