埋地压力输水钢管结构分析探讨

输水工程中,钢管因承压高、调节地基变形能力强、防渗性好等优点而得到大量采用。在这类工程中,输水管道往往工程量大,工程投资高,所以合理地进行管道结构设计尤显重要。本文通过计算输水压力钢管在不同内水压力和外压情况下需要的壁厚,得出钢管的壁厚选取主要受强度(最大环向应力和最大组合折算应力)、稳定(管壁截面的临界应力)和刚度(大竖向变形)控制。在给水工程设计中,应统筹考虑管道的设计内水压力、管道的外压,通过技术和经济比选确定钢管的材质和壁厚。本文对压力输水管道设计具有一定的指导意义。     

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。     

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。     

水电站输水钢管外压稳定性试验研究

１问题的提出随着无污染、低成本、再生型水能资源的大力开发，水电站建设中压力钢管的HD（H为作用水头，D为管径）值日益向巨型（HD＞１２００）、超巨型（HD＞３０００）化发展．而为保证钢管焊接质量，工程中管壁厚度一般控制在４０mm以下，这使得水电站压力输水钢管的δ／D（δ为管壁厚）值极低，远远小于１／８，属于超薄壳结构，在外压作用下极易失稳．而钢管在施工、运用期间不可避免受到如下外压作用：（１）埋藏式管壁外的渗透水压力（全面均匀外压）；（２）管道放空时产生的真空；（３）施工期的灌浆压力（局部外压）；（４…     

长甸水电站埋藏式压力钢管结构分析

长甸水电站改造工程为引水式水电站,引水压力钢管内径为6.0 m,分为明钢管和埋藏式钢管两部分,根据内压应力计算和抗外压稳定分析计算,确定埋管段钢管壁厚为18 mm.     

用預应力鋼筋混凝土管代替隧洞中的鋼管

一、理论依据在地下厂房、半地下厂房、甚至地面厂房式的水电站中,往往采用高压输水隧洞代替外露式的输水钢管。因为那些电站具有良好的条件来利用输水隧洞周围的岩石承受一部分甚至绝大部分的内水压力,以减少压力输水管钢钣的用量。用钢筋混凝土襯砌的压力隧洞,当承受内水压力时,襯砌受拉而伸长,外半径增大,引起岩石与襯砌间的压应力,即岩石的弹性抗力。弹性抗力抵挡了一部分内水压力。当内水压力的强度达到一定数值时(此处内水压力指内水压力减去计算的地下水压力),     

坝后背管运行期温度应力分析

采用ANSYS软件,针对黄河李家峡水电站坝后背管,计算分析运行期冬、夏2个特殊阶段管壁内外温降、温升作用下的温度场和温度应力,以及温度场和内水压力叠加产生的应力。夏季管腰环向温度应力反映出从内壁到外壁、由受拉到受压的变化规律;冬季管腰环向温度应力反映出从内壁到外壁、由受压到受拉的变化规律。冬夏不同的温度梯度产生的拉压应力变化使背管混凝土裂缝处于闭合、张开的交替状态,会使裂缝的分布规律与纯粹的简支梁受弯构件的裂缝分布有所不同。     

黄土隧洞段压力钢管及贴边岔管结构设计

文章所介绍的黄土隧洞压力钢管全线为地下埋管,结合压力钢管主、岔、支管的总体布置、水力计算等,阐述了钢管设计原则,由内水压力确定管壁厚度,用抗外压稳定进行复核。在贴边岔管结构计算时,根据规范公式,计算补强板的宽度和厚度,并对补强板边缘应力进行近似验算,针对计算结果进行分析,确定合理的补强板有效宽度和厚度。     

中美压力钢管规范在压力明管管壁设计中的差异

笔者对中美压力钢管规范在压力明管光面管壁、加劲环间管壁的结构分析进行了比较,并辅以实例进行了中美规范的对比分析。结果表明:中美规范在允许应力及荷载组合方面有差异;在压力明管的壁厚计算公式中,公式计算原理一致,公式表达式略有差异;在明钢管抗外压临界值计算中,能标抗外压公式统一采用长圆筒公式,而美国规范体系中抗外压公式细化为长圆筒及短圆筒公式,导致计算成果差距较大。因此,在对采用美国规范设计的工程,应严格按照美国规范要求的公式进行结构设计,不可与国内公式进行串用套用。     

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。     

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。     

埋地压力钢管结构计算规律分析

现阶段埋地钢管使用越来越多,理论越来越成熟,但计算公式复杂,影响因素较多,为了找到相互之间的规律,通过公式推导和大量的数据分析的方式,得到埋地钢管管底环向弯曲应力、内水压环向应力及总环向应力与参数壁厚t、半径r、管底土弧中心角θ、回填土埋深H_so、车辆荷载P_t、内水压力P、温差ΔT_S等变量关系,分析了正常运行工况与充水工况、放空工况之间的环向应力关系,为研究设计者提供参考依据。     

方钢管约束型钢超高强混凝土轴压短柱的力学性能

对８根钢管约束型钢超高强混凝土短柱和１根钢管约束型钢高强混凝土短柱进行了轴压试验研究。分析了钢管壁厚、型钢截面形式、钢管屈服强度、混凝土强度对试件轴压力学性能的影响。研究结果表明:试件的极限承载力随着钢管屈服强度、钢管壁厚、混凝土强度提高而增大；钢管壁厚不同而其他条件相同时，钢管宽厚比为４５时极限承载力提高率最大；钢管宽厚比小于４５时，随着钢管屈服强度的提高，试件极限承载力提高不明显；在Ｉ、Ｘ、Ｏ三种配骨形式中，配Ｏ型钢骨的试件极限承载力最高，即Ｏ型钢骨对试件产生的附加约束最大。     

水工压力隧洞衬砌顶部脱空区对衬砌内力影响分析

针对水工隧洞衬砌顶部可能出现脱空的现象,在对其原因初步探析基础上,应用ABAQUS建立拱部衬砌存在脱空的隧洞模型,计算分析不同内水压力下,脱空区大小对衬砌内力的影响,并对其安全性进行评价.计算表明:(1)拱部衬砌背后脱空对其受力影响显著,无内水压力时,应力较之无脱空工况可增长数倍,内水压力为0.5 MPa时,弯矩较之无脱空工况增长5.5倍,与之对应,衬砌拱部安全系数降低显著;(2)衬砌拱顶安全系数随空洞及内水压力增大而减小,脱空区增大对应安全系数减幅较小,而内水压力增大对应安全系数减幅较大,衬砌安全对水压变化敏感.     

珠三角水资源配置工程隧洞埋岩深度及间距的影响分析

以珠三角水资源配置工程中的复合衬砌盾构输水隧洞为研究对象,在采用简化计算模型的基础上,利用ABAQUS有限元数值分析软件,分析不同外荷载工况下,不同埋岩深度及隧洞间距下管片衬砌环的应力和变形情况。由管片衬砌环最大径向变形及容许应力确定此时可承受的内水压力大小,并得到内水压力大小随埋岩深度和隧洞间距变化的影响规律,以供工程实践参考。     

输水隧洞灌浆式预应力衬砌结构承载机理研究

输水隧洞双层混凝土衬砌之间采用预应力灌浆可以提高结构的承载能力,但此类灌浆式预应力衬砌结构的承载机理尚未得到系统阐释。基于弹性理论,采用荷载结构法,建立了考虑变形协调关系的灌浆式预应力衬砌力学分析模型。通过对衬砌结构的受力分析,揭示了预应力灌浆提高衬砌结构承载力的机理,推演了衬砌结构环向拉应力判定式,以及环向抗拉强度与灌浆预应力的关系式。利用有限元数值模拟验证了理论方法的合理性,针对工程案例分析了灌浆预应力对衬砌结构的定量影响规律。结果表明：结构能承担的最大内水压力与灌浆预应力及外部水土压力,均近似呈线性正相关,内衬结构的径向变形和环向应力随灌浆预应力的增大而减小,外衬结构的径向变形和环向应力随灌浆预应力增大而显著增大。这种考虑临界情况的分析和计算方法,揭示了灌浆式预应力衬砌结构的承载机理,可为该类型输水隧洞的力学分析和结构设计提供理论依据。     

新疆HB电站埋藏式压力管道设计

HB电站工程任务为发电,电站装机容量200MW,属Ⅲ等中型工程。本文主要介绍了埋藏式压力管道及岔管的设计,通过布置排水洞减少外压,采用有限元计算对围岩抗力敏感性和钢管与围岩缝隙敏感性分析,总结出围岩对管道内水压力的分担作用是有限的,随着岩石抗力系数的变化而变化;同时钢管以外缝隙大小对管壁应力影响十分显著。     

龙滩水电站埋藏式加劲压力钢管稳定性校核

龙滩水电站为地下厂房压力引水式电站,采用单管单机供水方式,压力钢管内径10 m,最大HD值达2 453 m2,为特大型钢管.钢管管壁厚度18～52 mm,采用16MnR级钢板(厚18～32 mm)和610 MPa级钢板(厚32～52 mm),加劲环采用Q345-C级钢材.地下埋管入岩段外包厚1 500 mm的C25钢筋混凝土,配Ⅱ级钢筋,其余地下埋管外包厚600 mm的C20素混凝土.对龙滩水电站埋藏式加劲压力钢管抗外压稳定性进行了校核计算.在校核计算过程中,采用了解析法和半解析有限元法等多种计算方法,并且综合考虑了初始缝隙等缺陷因素对压力钢管抗外压稳定性的影响.对水电站埋藏式加劲压力钢管的稳定性设计具有一定的借鉴作用.     

高内压作用下叠合式衬砌结构承载机理原型试验研究

本文针对"外衬管片-自密实混凝土填充层(SCC)-内衬钢管"三层叠合式输水隧洞衬砌结构的承载性能及破坏机理,开展了结构在内外载联合作用下的原型试验。试验以分布式光纤感测技术作为主要测量手段,获得了加载过程中SCC层的裂缝扩展情况、接缝张开变形、螺栓应力与内衬钢管环向应变的发展历程。试验结果表明:在无内压工况下,结构整体呈弹性工作状态;在内压变化工况下,当内压低于0.6 MPa时,结构整体保持弹性,三层衬砌共同承担内压;当内压达到0.6 MPa时,SCC层开裂,内压快速向外衬管片转移,结构整体进入弹塑性阶段;随着内压继续增大,管片接缝螺栓在内压为0.965 MPa时屈服,外衬逐渐失去分担内压能力,结构体系进入破坏阶段,内水压力主要由内衬钢管承担。试验研究成果可为实际工程设计提供指导和参考。     

带有刚体的水电站明钢管结构分析

在水电站明钢管有支承环的钢管结构分析中，水电站压力钢管设计规范ＳＤ１４４－８５中规定的计算部位为：①跨中；②支承环旁管壁膜应力区边膜；③加劲环及其旁管壁；④支承环及其旁管壁等断面的应力。一般计算支承环及其旁管壁断面应力的方法，系简化一等截面圆环来计算，这显然与实际情况不符合。本文根据支承环实际断面情况，研究了下列问题：①推导了带有刚体的支承环及其旁管壁断面的应力计算公式；②对如何决定刚体尺寸提出了