考虑围岩性质影响的埋藏式压力钢管受力研究

以某水电站工程为例,研究围岩性质对埋藏式压力钢管位移及应力分布的影响,按照钢管与围岩共同承载,采用三维有限元方法对地下埋藏式钢管进行计算分析,讨论围岩性能对埋藏式压力钢管位移及应力的影响,并计算围岩承载比,通过与光滑明管计算结果进行比较分析,可知围岩对于埋藏式压力钢管承受内水压力有重要作用,围岩性质越好,其所能承受的荷载越大,弹性约束作用就越显著,钢管所承担的内水压力就越小。     

几内亚苏阿皮蒂水电站坝坡明管设计研究

苏阿皮蒂水电站主坝为碾压混凝土重力坝,最大坝高120 m,发电厂房为坝后式地面厂房。电站压力钢管采用坝坡明钢管,单管单机布置。为了解该钢管在内水压力、温度荷载及地震作用下的应力变形规律,对大坝、管道及厂房建立三维模型,利用有限单元法进行计算分析,重点研究了静、动力工况下管道位移、支座滑动、伸缩节变形及压力钢管应力分布规律。结合该工程实际,利用有限元方法对坝坡明钢管进行了计算校核,以期对我国坝坡明管的设计提供参考。     

卡洛特水电站埋藏式压力钢管联合受力研究

考虑钢管与围岩联合承载,采用有限元对钢管、回填混凝土与围岩组成的联合承载体进行了非线性的计算分析,将有限元计算结果与规范计算结果进行了对比,比较了内水压力、围岩与钢管缝隙等因素对钢管受力特性及围岩分担率的影响。研究表明:不同的内水压力下,围岩分担率不同,一般随内水压力的增加而减小。缝隙影响围岩的分担率,缝隙越小,围岩分担的内水压力就越大;当缝隙超过一定值时,钢管接近明管的受力状态。回填混凝土采用弹塑性断裂本构模型的实体单元模拟能较好地反映材料的力学性能,宜采用该方法对埋藏式压力钢管进行受力分析与工程设计。     

非圆形压力隧洞考虑支护滞后过程的应力与位移解析解

基于平面弹性复变函数中的保角变换方法,考虑衬砌的支护滞后效应,并认为衬砌与围岩完全接触,提出了带有衬砌的非圆形水工隧洞在原始地应力和内水压力共同作用下的应力与位移解析解,且求解过程中采用幂级数法简化计算。以马蹄形隧洞为例,用ANSYS进行数值计算,并与解析解进行对比验证;计算隧洞围岩开挖边界和衬砌内外边界的切向正应力以及围岩与衬砌之间的接触应力;讨论在不同侧压力系数、位移释放系数和内水压力下围岩与衬砌的应力分布规律。结果显示:解析解与数值解吻合较好;位移释放系数和内水压力对衬砌及围岩的应力分布影响显著,当位移释放系数和内水压力较大时,在衬砌内边界将出现拉应力区。研究结果为非圆形水工隧洞的围岩与衬砌的应力与位移分析提供了可行方法。     

压力明钢管在日照温差作用下横向变形位移计算方法及对比分析

文章基于几何变形协调关系和结构力学法,对日照温差作用下压力明钢管横向变形位移,利用3种计算方法对实际工程中压力明钢管的横向变形位移进行计算,并对影响各方法的主要因素如长度、直径和钢管温度进行分析。研究表明:温差作用下的横向变形位移采用该3种不同计算方法结果大致相同,并且各计算结果与有限元分析具有良好的吻合度,温变后圆弧轴线位移假定具有较强的合理与可靠性,各计算方法均符合工程设计精度要求。研究成果可为提高压力明钢管在日照温差作用下的横向变形计算精度与准确性提供一定参考和依据。     

埋入式引水钢管复合水平弯头承插口变形分析

本文以辽宁省重点输水管线工程中的某一局部钢管段为例,根据设计工况下复合水平弯头的受力情况,分别应用数值分析、SolidWorks软件三维模拟计算,在已知的边界条件下,求得弯头下游承插口的应力、位移值;并通过分析复合水平弯头的相关参数,找出影响承插口变形大小的主要原因。结果表明,公式计算与软件模拟结论相对一致,能够较好地反映管道运行时承插口的受力及变形情况,并得到一些较为实用的结论,从而为其他输水工程中复合弯头的设计提供参考依据。     

关于埋藏式高压钢管外压稳定的几个问题

一、埋藏钢管的失稳破坏与预防措施埋藏于岩体或坝内的水电站引水钢管,在电站运行时主要承受内水压力;而包围在其外面的混凝土和岩石能够分担很大一部分荷载,甚至承担全部内水压力,此时钢衬只起内衬防渗作用。但是,当钢管放空时,管壁受到外压荷载,如外水压力,因而出现钢管在外压作用下的稳定问题,也就是通常所说的防止发生鼓包或管壁凹瘪的问题。在某些条件下,外压稳     

水电站大型空间明弯管应力有限元分析

本文运用一种三角板壳单元和等参梁单元组成的空间有限元模型,对大型空间加肋弯管在高内水压力及坝体位移作用下的应力,运用ADINA程序进行了分析计算。计算结果与模型试验及其它方法计算结果进行了比较。得到了有价值的结论,可作为类似弯管设计参考。     

电焊钢管弯头样板计算

电焊钢管的弯头有关技术书籍介绍的方法,均使用标准计算纸并结合直尺、圆规等作图工具绘制。最近,我队承担了古丈县葛竹溪水电站机组和压力管道安装,该站设计水头为137米,采用φ512×6的电焊钢管引水。钢管弯头的制作我们未采用传统方法,     

廊涿干渠工程管道抗滑稳定计算

通过对廊涿干渠水平弯头、竖向弯头和检修阀井的抗滑稳定进行分析,得出廊涿干渠管道的抗滑稳定措施.对不满足稳定要求的水平弯头,采用在弯头两端焊接直钢管,并在管顶上0.5m以下范围的管道外与开挖基槽间浇筑C15混凝土镇墩的抗滑稳定措施.管道竖向弯头一般应控制在3°以内,通过接头借转实现.对于穿越公路、河流等埋深较大处的竖向转角宜小于15°,可将斜坡段、弯头与水平钢管焊接为整体,以解决竖向弯头的稳定问题.钢筋混凝土阀井一般可用于截断阀的抗滑镇墩.     

埋入式压力引水钢管静动力响应分析

选取西南地区某Ⅰ等大（1）型水利工程碾压混凝土重力坝埋入式压力引水钢管作为研究对象,在常规静力分析的基础上,通过振型分解反应谱法分析坝体内埋入式压力引水钢管在场地谱设计地震作用下的动力响应情况。计算结果表明：常规静力作用下引水钢管的位移及应力均较小,压力引水钢管能够保证良好的工作性状,但在地震作用下,坝体进水口、阀室顶部和压力引水钢管转弯及岔管接头处均存在较为明显的应力集中现象,最不利静动荷载叠加时这些区域附近的混凝土材料将有小范围超过其抗拉强度,需在这些区域开展针对性的加强措施,以保障工程安全运行。     

平面圆管弯头钣金设计

在设计水电站压力钢管时,经常遇到平面等径或平面异径圆管弯头的钣金设计。组成这个弯头的契形圆锥管的展开图较为复杂,为此,采用数值计算方法计算展开图,并编写成计算机程序,使复杂的钣金设计变为简单可行。     

水口水电站引水钢管垫层的设计

水口水电站引水钢管为大直径引水钢管，由于基下弯段及水平段上覆混凝土厚度较薄，不能满足应力要求，为此，设置了ＺＸ型ＰＳ泡沫板垫层，从而有效地发挥了钢管承受内水压力的作用，改善了管周混凝土的受力状态。计算分析，模型试验及施工实践表明这一技术的采用是成功的。     

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。     

埋藏式钢管外压稳定计算

近几十年来,随着水利水电建设和科学技术的发展,埋藏式钢管的采用越来越普遍。埋藏式钢管有坝内式和隧洞式两种,二者具有相似的工作特点。在内水压力作用下,埋藏式钢管可由外围混凝土或围岩承担部分内水压力,从而减小管壁的厚度。但是,埋藏式钢管还要承受较高的外部压力,如未凝固混凝土的压力、灌浆压力和外部地下水压力等,而钢管是一种薄壁结构,抵抗外压的能力很低。在外压的作用下,管壁会过早地丧失承载能力而屈曲,即发生失稳破坏。因此,外压稳定计算往往是埋藏式钢管设计计算的控制情况。     

坝后背管结构的受力性态与破坏特征研究

了比较准确研究坝后背管结构的破坏特征与内水压力、钢管直径及钢筋混凝土环的厚度等的关系,搜集了国内20座已建大坝坝后背管结构的相关资料,根据有限元方法采用大型ANSYS软件对不同内水压力p、不同钢管直径D及不同混凝土环厚度T的坝后背管结构的受力性态和破坏特征进行了研究.根据研究成果,提出了此种结构应据裂缝宽度极限状态建立其设计计算方法的建议.     

埋地压力输水钢管最大环向应力计算探讨

输水工程中,输水钢管往往工程量大,工程投资高,所以合理地确定钢管壁厚尤显重要。我国输水钢管的壁厚设计除考虑内水压参数外,还增加了管重、覆土重等全部外压参数对钢管的影响,即内外压叠加后确定壁厚。通过计算输水压力钢管在不同内水压力和外压情况下钢管管壁截面的最大环向应力,得出随着钢管的计算壁厚增大,管壁截面最大环向应力呈减小的趋势;钢管的计算壁厚在某一区间时,管壁截面最大环向应力变化不大,甚至在某些工况下随着计算壁厚增大,管壁截面最大环向应力也增大。通过进一步分析发现,随着钢管的计算壁厚增大,内水压力产生的轴向拉力对应的环向应力逐步减小,而由外压产生的弯矩对应的环向应力先增加后减小。当计算壁厚与管径的比值在1/60～1/130之间时,由外压产生的弯矩对应的环向应力取到最大值。本文对压力输水管道设计具有一定的指导意义。     

过活断层倒虹吸地面压力管结构型式比较研究

以往对过活断层倒虹吸地面压力管道研究,往往只单独研究钢衬钢筋混凝土管和明钢管两种结构型式,具体哪种管型更为合适尚无比较。采用有限元方法,通过建立地面钢衬钢筋混凝土管和明钢管两种管道有限元模型,对比分析了两种管道型式过活断层倒虹吸在断层蠕滑变形、黏滑变形以及地震作用下的位移和应力。研究结果表明：(1)钢衬钢筋混凝土管和明钢管管线中布置多个波纹管伸缩节后,均能较好适应断层蠕滑变形;(2)两种管道结构位于主断层范围的波纹管伸缩节在断层黏滑变形作用下变形均在100 mm以上,设计难度大;(3)地震作用下,在主断层范围内的钢衬钢筋混凝土管虽然位移大,但地震引起的应力较小,而明钢管在固定支座处的受力情况明显恶化;(4)综合多种工况的计算结果,钢衬钢筋混凝土管的受力情况比明钢管更优秀,但明钢管具备运行期检修复位的条件,两种管道方案各有优劣,应根据工程具体需求合理选择管道结构型式。     

超超临界机组再热蒸汽管道热推弯头强度分析

对超超临界机组再热蒸汽热段管道的弯头采用了有限元分析方法,分析结果表明,弯头在内压载荷的作用下,出现较高应力的区域集中在内拱处的内弧面,外拱处和其他部位的应力相对较小;弯头的最大应力发生在内拱处约25°～35°转角处,弯头内拱壁厚是设计中重点部位,为进一步改进弯头结构设计提供了理论依据.     

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。