山區(qū)小型水電站設(shè)計明鋼管（光滑管）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析實例(1)

1、    山區(qū)小型水電站設(shè)計明鋼管（光滑管）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析實例(1)    板橋電站為在建山區(qū)小型水電站,設(shè)計正常工作水頭為110米,是典型的高水頭小型水電站, 電站明鋼管（光滑管）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析在山區(qū)高水頭小型水電站壓力鋼管結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析中具有很好的代表性。筆者從初擬壓力鋼管內(nèi)徑、水損計算、水擊壓力計算和明鋼管（光滑管）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析對實例進(jìn)行了分析，并結(jié)合以往設(shè)計工作經(jīng)驗，闡述幾點山區(qū)小水電站明鋼管（光滑管）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析的體會。 關(guān)鍵詞：小型水電站設(shè)計明鋼管 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析 實例 南澗縣板橋電站位于東經(jīng)100&#

2、186;22'00"100º23'30"北緯34º46'30"24º46'30"，電站裝機(jī)2×500kw,工程規(guī)模為小<一>型，工程等別為V等。 電站壓力鋼管總體布置，如縱斷面圖所示，壓力管坡總長212米，正常蓄水位為1346.450米，鋼管閘閥末端軸線高程為1229.842米，水輪機(jī)導(dǎo)葉開啟閉時間Ts=5s,壓力鋼管用A3鋼板現(xiàn)場焊接。支座采用鞍式滑動式，間距為6米，伸縮節(jié)距上鎮(zhèn)墩2米。板橋電站為在建山區(qū)小型水電站,設(shè)計正常工作水頭為110米,是典型的高水頭小型水電站,

3、 電站明鋼管（光滑管）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析在山區(qū)高水頭小型水電站壓力鋼管結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析中具有很好的代表性。一、初擬壓力鋼管內(nèi)徑已知 Q設(shè)3/s，取V經(jīng)按水利發(fā)電中介紹的經(jīng)驗公式：max    式中: Qmax 設(shè)計正常引用流量    H    毛水頭為計算方便，取D=800mm作為試算內(nèi)徑。板橋電站壓力鋼管縱斷面圖    二、水損計算1）進(jìn)口水頭損失h12）攔污柵水頭損失h2式中：=KI·（） 2（）Isin23）管道水損管中流速：

4、V=Q設(shè)2#鎮(zhèn)墩彎管末端至前池鋼管起點：=90 L1C=R1/6=（）1/612/shf1hj1=(1 2 3 4式中：1    2    3    4即：hw1= hf1 hj22#鎮(zhèn)墩彎管末端至岔管軸線交點段：L2hf2hj2=(1 2式中：1    2    Hw2= hf2 hj2岔管軸線交點中心O點至支管漸變段L3hf3支管漸變段（D800D500）D1=800mm  

5、;  D2=500mm    V1V2=3.57m/s    C2=（）1/61/2/s入=0.0193    Q取50    L4hf4hj4hw4= hf4 hj4漸變段末端至閘閥末端段L5=4.675m D=500mm V2hf5hj5=(1 2式中：1為1350彎管水損系數(shù)（1=I0.131 0.1632（）7/2I（）1/2取p=1.96/m    R=2.0m

6、60;   Q=450)水損系數(shù)2hw5=hf5 hj5即前池進(jìn)口至2#鎮(zhèn)墩灣管末端H凈1岔管軸線交點O處H凈2支管閘門未端H凈3工作凈水頭H凈    三、水擊壓力計算1 管壁厚度擬定水電站（8-5）式；=HD/2=127.5*103*0.75 KPa    取8mm計算厚度,再考慮銹蝕等原因,各管段壁厚取值如下:            摘板橋電站為在建山區(qū)小型水電站

7、,設(shè)計正常工作水頭為11米,是典型的高水頭小型水電站, 電站明鋼管（光滑         本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請聯(lián)系我們。    L1    L2    L3    L4   

8、 L51）判別水擊類型取 Ts=5s 0取1435m/sa1=1070m/sa2=1111m/sa3=1111m/sa4=1156m/sa5=1206m/s =    =1087.12 m/s    V最大Q=0.0956 水擊波的相tT<Ts=5s 故發(fā)生間接水擊導(dǎo)葉由全開到全關(guān)時I始=1 pI始查圖表知，將產(chǎn)生末項正水擊I始=0.5 pI始=1.345×0.5=0.6725 即 查表知，發(fā)生第一相水擊3 正水擊壓力升高值Z間末閘閥未端水擊壓力升高值h1閘末=Z間末H0H01=123.9

9、22 12.516=136.438 m按直線分布規(guī)律：岔管軸線交點O處h岔0=×h閘末H02=114.263 12.042=126.305 m2#鎮(zhèn)墩彎管軸線交點處h2#=×h閘末H03=83.58 7.85=91.411 m末跨1-1斷面h1-1=×h閘末H1-1=111.705 11.69=123.395 m末跨2-2斷面h2-2=×h閘末H2-2=110.305 11.514=121.819 m本計算只對鋼管作結(jié)構(gòu)計算，在進(jìn)行壓力鋼管、線路布置時已滿足規(guī)范規(guī)定管線高于最低壓力線的求，故不需作負(fù)水擊值計算。   

10、0;四、明鋼管（光滑管）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析1、鋼管穩(wěn)定校核故鋼管穩(wěn)定，不需設(shè)置剛性環(huán)。末跨鋼管布置圖2、鋼管未跨跨中斷面受力分析（11）斷面1）11斷面環(huán)向力計算P=rH=9.8×123.395=1209.271(Kpa)3H包括水擊升高值在內(nèi)的凈水頭。2）11斷面法向力計算管身米重：g管=D=3.14×0.8×0.012×7.85×103     =2.31（kN/m）每米長水重：g水=D2=4.92（kN/m）支墩承受的法向力=（g管 g水）L coS2     =3

11、8.3（kN）3）軸向力計算A1=gLSina=2.31×60.885×Sm28.0017=66.03（kN）式中L為未段鋼管長度溫度升高時，9個支墩對管壁的磨擦力為：A3=（g管 g水）*L*9*f* coSa0=172.357（kN）伸縮節(jié)接頭管壁受的車向水壓力為：A7=D ¹H=3.14×0.8×0.012×9.8×93.101=27.503（kN）溫度升高時，伸縮節(jié)接頭填料對管壁的磨擦力為：A8=D b1    =68.757（kN）3、未跨中11斷面應(yīng)力校核1）徑向內(nèi)水壓力在

12、管壁中產(chǎn)生的環(huán)向應(yīng)力：z1= R/f(H-Rcos2cos)(Kpa)3H1-1斷面中心水頭123.395 m管壁某計算點半徑與垂直線的夾角在管頂（=0）處z10cos00)=40193(Kpa)在管水平軸線（=1800）處z10cos1800)=40424(Kpa)2）法向力在管壁中產(chǎn)生的抽向力X1X1=- cos=-=-3811(Kpa)=3811(Kpa)式中：M1-1斷面彎矩W鋼管橫斷面條數(shù)3）軸向力在橫斷面上產(chǎn)生的軸向應(yīng)力X2=1 3 7 8X2=- =- =-11101(Kpa)4）內(nèi)水壓力在管壁產(chǎn)生的徑向壓應(yīng)力為Y0cos=(Kpa) 5）跨中斷面1-1的剪應(yīng)力ZX2Q=0 即X

13、2=06）跨中斷面1-1的復(fù)合應(yīng)力校核            摘板橋電站為在建山區(qū)小型水電站,設(shè)計正常工作水頭為11米,是典型的高水頭小型水電站, 電站明鋼管（光滑         本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請聯(lián)系我們?？傒S向應(yīng)力X=X1 X2=-11

14、101= (Kpa) 總環(huán)向應(yīng)力Z=(Kpa) 總徑向應(yīng)力X=(Kpa) 各向剪應(yīng)力均為零根據(jù)規(guī)范求，采用第四強(qiáng)度理論進(jìn)行強(qiáng)度校核。=IQI=0.85×127.5×103=108375(Kpa)=00處=49690 Kpa<108375 Kpa 符合規(guī)范求=1800處=44984 Kpa<108375 Kpa 符合規(guī)范求4、未跨支座附近2-2斷面應(yīng)力校核：1）2-2斷面徑向內(nèi)水壓力生產(chǎn)的環(huán)向應(yīng)力為：z1=(H-rcosacos)式中：H2-2斷面中心水頭129.995m。其余符號同前。在管頂（=00）處：z10cos00)=42349(Kpa)在管水平軸線（=9

15、00）處：z1=(129.995-0)=42465(Kpa)在管底（=1800）處：z10cos1800)=42580(Kpa)2）軸向力在橫斷面上產(chǎn)生的軸向應(yīng)力（同跨中斷面）：x2=-11101(Kpa)3）法向力在管壁中產(chǎn)生的抽向力X1=- cos=0(Kpa) （=900）4）內(nèi)水壓力在管壁產(chǎn)生的徑向壓應(yīng)力為：Y0cos）=-1274(Kpa)（=900）5）斷面2-2的剪應(yīng)力：剪力剪應(yīng)力Tx2=sin= sin=1270(Kpa)6）支座斷面2-2的復(fù)合應(yīng)力校核：只需校核=900處的應(yīng)力即可，因=00、1800處應(yīng)力以跨中斷面（1-1斷面）控制。總軸向應(yīng)力X=X1 X2=-11101Kpa（=900）總環(huán)向應(yīng)力z= 42465Kpa （=900）總徑向應(yīng)力Y= -1274Kpa （=900）剪應(yīng)力Tx2=1270 KpaTxY=0Txz=0根據(jù)第四強(qiáng)度理論，校核2-2斷面復(fù)合應(yīng)力（=900）=49391(Kpa)< =108375(Kpa)符合規(guī)范求。    五、結(jié)論通過計算分析，電站明鋼管結(jié)構(gòu)是符合穩(wěn)定求的。結(jié)合其它已建工程的設(shè)計工作，筆者主有以下幾點體會：1對于無壓引水式高水頭小型水電站，工作水頭大于150米的明鋼管，導(dǎo)葉由全開到全關(guān)時發(fā)生第一相水擊；工作水頭大于150米的明鋼管，導(dǎo)葉由全開到全關(guān)時將產(chǎn)生末相正水擊。