水利工程論文-某電站壓力明管強(qiáng)度復(fù)核計(jì)算分析.docVIP

水利工程論文-某電站壓力明管強(qiáng)度復(fù)核計(jì)算分析摘要：簡(jiǎn)要分析了采用結(jié)構(gòu)力學(xué)法計(jì)算一般壓力明管的基本方法和思路，并對(duì)某電站壓力明管的強(qiáng)度進(jìn)行了復(fù)核計(jì)算，同時(shí)用鍋爐公式進(jìn)行比較。并對(duì)鋼管進(jìn)人孔、伸縮節(jié)的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)提出了重點(diǎn)強(qiáng)度復(fù)核部位及計(jì)算方法。關(guān)鍵詞：壓力明管局部應(yīng)力膜應(yīng)力水錘壓力1工程概況某電站樞紐工程由水庫(kù)大壩、引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房及升壓站等組成。大壩為漿砌塊石雙曲拱壩，壩址以上集雨面積，最大庫(kù)容萬(wàn)，是一座以發(fā)電為主的?。ǎ┬退畮?kù)電站。引水系統(tǒng)總長(zhǎng)約，其中隧洞總長(zhǎng)，開挖直徑，壓力明鋼管總長(zhǎng)，內(nèi)徑，管壁厚度從鋼管進(jìn)口的逐漸變厚至。發(fā)電廠房由主、副廠房?jī)刹糠纸M成，主廠房面積，副廠房面積，內(nèi)安裝兩臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組。為了增加發(fā)電效益，決定將原壩體加高，增加電站正常發(fā)電靜水頭至，比原增加約。同時(shí)，封堵隧洞末端調(diào)壓室，使得水錘壓力又有所增加。由于工程擴(kuò)建加上調(diào)壓室的封閉，壓力鋼管的實(shí)際荷載發(fā)生了變化，需要進(jìn)行強(qiáng)度復(fù)核以驗(yàn)算鋼管承載能力能否滿足工程安全運(yùn)行的要求。2用結(jié)構(gòu)力學(xué)法復(fù)核壓力明管強(qiáng)度的內(nèi)容2設(shè)計(jì)荷載的確定作用在壓力明管上的荷載按作用力方向可分為徑向荷載、垂直管軸向荷載、平行管軸向荷載。其中徑向荷載有內(nèi)水壓力、水錘壓力（內(nèi)水壓力設(shè)計(jì)值和水錘壓力設(shè)計(jì)值合稱內(nèi)水總壓力設(shè)計(jì)值）；垂直管軸向荷載有鋼管自重和管內(nèi)水重分力；平行管軸向荷載有伸縮節(jié)端部的內(nèi)水壓力、彎管上的內(nèi)水壓力及離心力、漸縮管上的內(nèi)水壓力、鋼管結(jié)構(gòu)自重分力、關(guān)閉閥門及悶頭上的力、溫度作用力等。計(jì)算出各種荷載標(biāo)準(zhǔn)值后乘以相應(yīng)的荷載分項(xiàng)系數(shù)即為設(shè)計(jì)荷載值。除水錘壓力外，其它荷載均可直接求得，因此就管道內(nèi)的水錘壓力計(jì)算方法進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。（）水錘波傳播速度的確定。水錘波的傳播速度與管壁材料、厚度、管徑以及水的彈性模量等有關(guān)。其傳播速度可表示為：式中：水的體積彈性模量，取；、分別表示水的容重、管道半徑；管道的抗力系數(shù)。根據(jù)以上公式可以求出不同介質(zhì)中的水錘傳播速度，則在管道中的平均波速。式中：、分別表示同種管道長(zhǎng)度、串聯(lián)后管道總長(zhǎng)。（）水錘形式的確定。水錘的產(chǎn)生形式有直接水錘和間接水錘。間接水錘是指當(dāng)閥門關(guān)閉過(guò)程結(jié)束前，水庫(kù)異號(hào)反射回的降壓波已到達(dá)閥門外，即，這種水錘稱為間接水錘。經(jīng)計(jì)算，間接水錘為第一相。（）水錘計(jì)算。第一相水錘可以按以下公式進(jìn)行計(jì)算：根據(jù)上述公式計(jì)算出，則水錘壓力設(shè)計(jì)值為式中為荷載分項(xiàng)系數(shù)。若產(chǎn)生的水錘為末相水錘（極限水錘），則按下式計(jì)算水錘增加值：式中字母意義同上。2直管段計(jì)算斷面及應(yīng)力組合（）計(jì)算部位的選擇。根據(jù)明鋼管的受力特點(diǎn)，計(jì)算鋼管直管段應(yīng)力時(shí)，應(yīng)選取個(gè)基本計(jì)算部位：即跨中（斷面）；支承環(huán)旁管壁膜應(yīng)力區(qū)邊緣（斷面）；加頸環(huán)及其旁管壁（斷面）；支承環(huán)及其旁管壁（斷面）。如圖所示：（）應(yīng)力組合?？缰袛嗝鎽?yīng)力組合有、，環(huán)向應(yīng)力軸向應(yīng)力由兩部分組成，一部分由軸向力引起的軸向應(yīng)力，另一部分由管重和管中水重的法向力引起的軸向應(yīng)力cos。上式中：均勻內(nèi)壓包括靜水壓力和水錘壓力；水管半徑；管壁計(jì)算厚度；計(jì)算水頭；、分別表示管軸線傾角、環(huán)向任意點(diǎn)與管頂半徑的夾角；作用在鋼管上所有的軸向力的總和；管重和管中水重作用下的連續(xù)空心梁彎矩，以管底受拉為正。支承環(huán)旁管壁膜應(yīng)力區(qū)邊緣，斷面應(yīng)力組合有、，其計(jì)算式；其環(huán)向應(yīng)力、軸向應(yīng)力計(jì)算式同上。式中：管重和水重法向分力作用下的連續(xù)梁剪力。加勁環(huán)及其旁管壁斷面應(yīng)力組合有、其軸向應(yīng)力增加一項(xiàng)局部軸向應(yīng)力其余方向應(yīng)力同上。式中：加勁環(huán)凈截面面積與有效截面面積的比值。支承環(huán)及其旁管壁，斷面應(yīng)力組合有、，其中管壁應(yīng)的計(jì)算均同，附加應(yīng)力。式中：支承環(huán)橫截面上的軸力；支承環(huán)有效截面積；支承環(huán)橫截面上的彎矩；支承環(huán)有效截面對(duì)重心軸的斷面矩。2進(jìn)人孔與伸縮節(jié)校核部位選擇及應(yīng)力（）進(jìn)人孔。為便于鋼管的安裝、檢修，一般需在進(jìn)口和出口部位設(shè)置進(jìn)人孔，進(jìn)人孔的鋼板厚度一般與鄰近直管管壁厚度相同或略厚。因此，在復(fù)核強(qiáng)度時(shí)，可只復(fù)核進(jìn)人孔蓋板周圍的螺栓抗拉強(qiáng)度是否滿足要求。其計(jì)算方式如下：受力計(jì)算：作用于螺栓上的力有內(nèi)水壓力、水錘壓力和橡皮止水環(huán)安裝壓力。式中：內(nèi)壓；人孔蓋板內(nèi)緣直徑：人孔蓋板外緣直徑；壓強(qiáng)比，安裝壓力與的比值，取。螺栓應(yīng)力計(jì)算：式中：螺栓個(gè)數(shù)；每個(gè)螺栓計(jì)算面積。（）伸縮節(jié)。由于伸縮節(jié)為單套管伸縮節(jié)，計(jì)算時(shí)選取相對(duì)薄弱的壓環(huán)進(jìn)行強(qiáng)度復(fù)核，作用在壓環(huán)根部的力近似地可表示為式中：、分別表示壓環(huán)法蘭螺母內(nèi)邊緣、外邊緣直徑。計(jì)算出作用力后，按偏心受壓公式：（式中：、分別表示的彎矩、壓環(huán)抗彎截面模量），即可求得壓環(huán)內(nèi)外緣應(yīng)力。2強(qiáng)度判別方法根據(jù)強(qiáng)度理論有最大拉應(yīng)力理論、最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變理論、最大剪應(yīng)力理論、形狀改變比能理論及莫爾強(qiáng)度理論等。在復(fù)核壓力鋼管管壁應(yīng)力時(shí)采用第四強(qiáng)度理論即形狀改變比能理論并按平面問題計(jì)算，其表達(dá)式為：式中：、分別表示結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、設(shè)計(jì)狀況系數(shù)、結(jié)構(gòu)系數(shù)；表示鋼管材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。在復(fù)核進(jìn)人孔、伸縮節(jié)部位的強(qiáng)度時(shí)可采用第一強(qiáng)度理論即最大拉應(yīng)力理論。其表達(dá)式為：；為材料的允許拉應(yīng)力，為極限拉應(yīng)力，為安全系數(shù)。3采用鍋爐公式復(fù)核管壁厚度采用鍋爐公式估算管壁厚度時(shí)，只考慮明管僅受內(nèi)水總壓力的作用，即內(nèi)水總壓力與管壁的環(huán)向拉力相平衡，建立平衡方程。根據(jù)平衡條件，由內(nèi)水總壓力引起的管壁環(huán)向拉力為（式中內(nèi)水總壓力，明管直徑），則管壁環(huán)向拉應(yīng)力為。根據(jù)鋼管應(yīng)力應(yīng)小于材料允許應(yīng)力的條件，即管壁厚度估算值。考慮焊縫的強(qiáng)度降低，允許應(yīng)力應(yīng)乘的焊縫系數(shù)，當(dāng)為單面焊時(shí)取，雙面焊時(shí)取。此外，考慮銹蝕、磨損及鋼板厚度誤差，管壁厚度應(yīng)至少比計(jì)算值厚，即按上述鍋爐公式復(fù)核壓力明管的厚度時(shí)，當(dāng)明管管壁實(shí)際厚度實(shí)計(jì)時(shí)，則認(rèn)為明管強(qiáng)度滿足要求。4結(jié)語(yǔ)（）按上述結(jié)構(gòu)力學(xué)方法對(duì)某電站壓力明管進(jìn)行了直管管壁、進(jìn)人孔、單套管伸縮節(jié)強(qiáng)度復(fù)核計(jì)算。發(fā)現(xiàn)鎮(zhèn)墩間直管管壁支承環(huán)及加頸環(huán)局部最大應(yīng)力均大于跨中斷面應(yīng)力，這說(shuō)明在受力基本一致的前提下，由于支承環(huán)和加頸環(huán)處管壁變形受到約束產(chǎn)生了較大的局部應(yīng)力，