水電站壓力管道

<水電站>2007年7月第七節(jié)分岔管三梁岔管浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz一、分岔管的功用、特點(diǎn)1、功用：作用是分配水流。采用結(jié)合供水或分組供水時(shí)，需求設(shè)置分岔管，岔管位于廠房上游側(cè)。2、特點(diǎn)水流條件較差，引起的水頭損失較大；岔管由薄殼和剛度較大的加強(qiáng)構(gòu)件組成，管壁厚，構(gòu)件尺寸大，有時(shí)需鍛造，焊接工藝要求高，造價(jià)較高；受力條件差，所接受的靜動(dòng)水壓力最大，又接近廠房，其平安性非常重要。我國(guó)曾經(jīng)建成的水電站岔管大多數(shù)屬于地下岔管，但大多按明管設(shè)計(jì)，即不思索周圍巖體分擔(dān)荷載。浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz二、岔管的布置方式卜形布置。縱向引近和斜向引進(jìn)的廠房常采用這種布置方式。對(duì)稱Y形布置。適用于正向引近的廠房。三岔形布置。適用于正向引近的廠房。浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz三、幾種常用的岔管1、貼邊式岔管貼邊式岔管是在卜形布

置的主、支管相貫線兩

側(cè)用補(bǔ)強(qiáng)板加固，補(bǔ)強(qiáng)

板與管壁焊固構(gòu)成一個(gè)

整體。補(bǔ)強(qiáng)板剛度較小，不平衡區(qū)的水壓力由補(bǔ)強(qiáng)板和管壁共同承當(dāng)。常用于中、低水頭卜型布置的地下埋管。浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz由相貫線上的兩根

腰梁和一根U梁構(gòu)

成三梁岔U梁接受較大的不平

衡水壓力，其受力非

常復(fù)雜。適用：內(nèi)壓較高、直徑不大的明管道。2、三梁岔管浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz三梁岔管浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz3、月牙肋岔管用一個(gè)嵌入管體內(nèi)的

月牙形肋板來(lái)替代三

梁岔管的U梁，并取

消腰梁。在三梁岔管根底上開展而來(lái)，目前在我國(guó)已根本取代了三梁岔管。適用：大中型電站。浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz4、球形岔管經(jīng)過(guò)球面體進(jìn)展分岔，

由球殼，圓柱形主、支

管以及補(bǔ)強(qiáng)環(huán)和導(dǎo)流板

等組成。在內(nèi)水壓力作用下，球殼應(yīng)力僅為同直徑管殼環(huán)向應(yīng)力的一半。適用：高水頭大中型電站。是國(guó)外采用比較多的一種成熟管型，國(guó)內(nèi)運(yùn)用尚少。浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz5、無(wú)梁岔管用直徑較大的錐管和球殼

沿切線方向銜接，使球殼

只剩下上下兩個(gè)面積不大

的三角形，并在主、支管

和這些錐管之間插入幾節(jié)逐漸擴(kuò)展的過(guò)渡段，構(gòu)成一個(gè)比較平順的、無(wú)太大不延續(xù)接合線的體型，從而構(gòu)成無(wú)梁岔管。有開展出路的管型，能發(fā)揚(yáng)與圍巖共同受力的優(yōu)點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)運(yùn)用較少。浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz第八節(jié)地下埋管(buriedpenstock)施工過(guò)程：開挖巖洞〔清理石渣、支護(hù)等〕→安裝鋼管→回填混凝土→接處灌漿。大型水電站中運(yùn)用較多。地下埋管施工中浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz一、地下埋管的布置方式類型：斜井、豎井、平洞。豎井：常用于首部式開發(fā)的地下電站，豎井的開挖、鋼管的安裝、混凝土的回填，普通都自下而上進(jìn)展。斜井：適用于地面和地下廠房，采用得最多。為了施工出渣方便，傾角大于45?(自下而上開挖)或不小于35?(自上而下)。平洞：作為過(guò)渡段運(yùn)用。盡量布置在鞏固完好的巖體中。浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz二、地下埋管的構(gòu)造和構(gòu)造浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz回填混凝土的功用是將部分內(nèi)水壓力傳送給圍巖，必需嚴(yán)厲控制混凝土的回填質(zhì)量，尤其是平洞的頂部。在圍巖/混凝土/鋼管之間存在縫隙，需求用灌漿進(jìn)展處置，壓力不小于0.2MPa。對(duì)于不太完好的圍巖，需求進(jìn)展固結(jié)灌漿處置，灌漿壓力0.5~1.0MPa，深度2~4m。地下水位較高地域，可打排水洞(效果好)、設(shè)排水管(易堵塞)，也可外設(shè)加勁環(huán)。浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz三、鋼襯接受內(nèi)壓時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算假定：圍巖、混凝土、鋼管為彈性各向同性體。混凝土和鋼襯施工后無(wú)初始應(yīng)力。鋼襯與混凝土墊層、混凝土墊層與圍巖之間存在微小的縫隙?；炷翂|層接受荷載開裂以后只傳送徑向壓力，不承當(dāng)環(huán)向荷載。浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz計(jì)算內(nèi)容：(1)在知鋼管厚度情況下，求鋼襯應(yīng)力σθ；(2)在知鋼襯允許應(yīng)力的情況下求解鋼襯厚度。鋼襯應(yīng)力的計(jì)算公式：給定允許應(yīng)力和焊縫系數(shù)的情況下，求管壁厚度的計(jì)算公式浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz上面兩個(gè)公式中：P—內(nèi)水壓力E—鋼襯的彈性模量μ—鋼襯的泊松比K—圍巖的彈性抗力系數(shù)K0—單位彈性抗力系數(shù)Δ—鋼襯/混凝土/圍巖之間

的縫隙寬度E'=E/(1-μ2)φ—焊縫系數(shù)浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz影響鋼襯應(yīng)力要素的分析圍巖的彈性模量或抗力系數(shù)。Er=100(1+μr)K0。

算例：r1=2m，壁厚1.2cm，P=2MPa，Δ=0。那么K0=0時(shí)，σ=333MPa。而K0=40MPa/cm時(shí)，σ=85.5MPa。

應(yīng)該盡量改善圍巖的質(zhì)量，提高其彈性模量。

途徑：灌漿。浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz初始縫隙。

算例：與上一樣，取K0=40MPa，當(dāng)Δ由0變?yōu)?mm時(shí)，σ由85.5變?yōu)?71MPa?？梢?jiàn)縫隙對(duì)應(yīng)力影響很大，但其確定非常困難。施工縫隙：由混凝土的收縮和施工質(zhì)量不良呵斥，要進(jìn)展接觸灌漿。巖石的蠕變縫隙：由巖體的剩余變形構(gòu)成溫降縫隙：在初始縫隙中占比重較大?？偪p隙。Δ0=(3~5)×10-4r浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz四、鋼管接受外壓時(shí)的穩(wěn)定校核下彎段鋼管底部隆起錨環(huán)焊縫開裂響水水電站高壓埋管失穩(wěn)破壞浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz(一)鋼襯的外壓荷載(1)地下水壓力。鋼襯所受地下水壓力值，可根據(jù)勘測(cè)資料選定。根據(jù)最高地下水位線來(lái)確定外水壓力值是穩(wěn)妥的，但常會(huì)使設(shè)計(jì)值過(guò)高。同時(shí)要分析水庫(kù)蓄水和引水系統(tǒng)滲漏等對(duì)地下水位的影響。地下水位線普通不應(yīng)超越地面。(2)鋼襯與混凝土之間接縫灌漿壓力。接縫灌漿壓力普通為0.2MPa。(3)回填混凝土?xí)r流態(tài)混凝土的壓力。其值決議于混凝土一次澆筑的高度，最大能夠值等于混凝土容重乘以澆筑高度。浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz(二)埋管鋼襯在外壓下失穩(wěn)的特征外壓↑→鋼襯屈曲→鋼襯變形到達(dá)Δ0→外壓繼續(xù)添加→鋼襯發(fā)生更多波形的屈曲→鋼襯應(yīng)力值↑→鋼襯應(yīng)力到達(dá)資料屈服值→失穩(wěn)。浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz埋管鋼襯在外壓下失穩(wěn)的特征鋼村接受流態(tài)混凝土壓力時(shí)，因鋼襯尚無(wú)約束，類似明鋼管接受外壓。鋼村在接受地下水壓力和灌漿壓力時(shí)，曾經(jīng)遭到混凝土墊層的約束。灌漿壓力沿管周不是均布的，地下水壓力那么可以為是均布的。埋管鋼襯在周圍巖石的約束下接受外壓力產(chǎn)生變形時(shí)，假設(shè)外壓值添加到一定值時(shí)，鋼襯將發(fā)生塑性流動(dòng)而導(dǎo)致大變形，部分鋼襯脫離混凝土，而其他部分鋼襯那么與混凝土嚴(yán)密接觸，此時(shí)鋼襯已喪失其運(yùn)用性能，其相應(yīng)的外壓力為臨界壓力。埋管鋼襯的臨界壓力與資料的屈服強(qiáng)度和初始縫隙值直接有關(guān)。這是埋管與明鋼管外壓下失穩(wěn)的重要區(qū)別。浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz(三)光面鋼襯臨界壓力計(jì)算國(guó)內(nèi)外實(shí)踐工程的地下埋管失穩(wěn)破壞和模型實(shí)驗(yàn)失穩(wěn)破壞的實(shí)例闡明，其破壞形狀與Amstutz公式假設(shè)的變形形狀相符，阿氏公式的計(jì)算結(jié)果比較接近模型實(shí)驗(yàn)值。我國(guó)鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范引薦運(yùn)用阿氏公式。阿氏假定，當(dāng)外壓超越鋼襯的臨界外壓時(shí)，一部分的鋼襯首先失穩(wěn)，屈曲成三個(gè)半波，一個(gè)向內(nèi)，兩個(gè)向外。在被壓屈部分，鋼襯中的最大應(yīng)力到達(dá)了資料的屈服強(qiáng)度σs。浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz1.Amstutz公式計(jì)算時(shí)由第1式先用試算法求出σN，再由第2式求Pcr。假設(shè)采用高強(qiáng)度鋼，假設(shè)σs>0.67σb(σb為鋼材的極限強(qiáng)度)，那么采用σs=0.67σb。影響埋管外壓穩(wěn)定的要素很多，而且很多要素難于確定。因此實(shí)際公式的計(jì)算結(jié)果只能起參考作用。浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz2.閱歷公式：該公式是根據(jù)38個(gè)不同國(guó)家、不同實(shí)驗(yàn)者在不同時(shí)期得出的模型實(shí)驗(yàn)資料，用回歸分析的方法建立的，其相關(guān)性很好。計(jì)算時(shí)，Pcr和σs的單位均采用N/mm2。浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz(四)加勁環(huán)式鋼管環(huán)間管壁：按明管穩(wěn)定公式計(jì)算。即以為縫隙值很大，這樣偏于平安。加勁環(huán)斷面：用Amstutz公式計(jì)算，但計(jì)算幾何參數(shù)用等效截面(長(zhǎng)度1.56(rδ)0.5+a)。錨筋式鋼管用閱歷公式校核：n-同一截面上的錨筋數(shù)，l-錨筋間距浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz(五)防止鋼襯受外壓失穩(wěn)的措施降低地下水水壓力是防止鋼襯失穩(wěn)的根本方法，措施是排水廊道結(jié)合排水孔；精心施工做好鋼襯與混凝土之間的灌漿，減小縫隙，但灌漿時(shí)要留意鼓包問(wèn)題，可采取暫時(shí)措施或限制灌漿壓力；流態(tài)混凝土的壓力穩(wěn)定可用暫時(shí)支撐處理或限制澆筑高度。浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz第九節(jié)混凝土壩體壓力管道按布置方式可分為三種：壩內(nèi)埋管、壩體下游面管道、壩上游面管道。壩內(nèi)埋管壩體下游面管道浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz壩上游面管道浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz一、壩內(nèi)埋管管道穿過(guò)混凝土壩體，全部埋在壩體內(nèi)。布置原那么盡量縮短管道的長(zhǎng)度；減少管道空腔對(duì)壩體應(yīng)力的不利影響。減少管道對(duì)壩體施工的干擾并有利于管道安裝和施工。布置方式傾斜式布置平式和平斜式布置豎直式布置浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz傾斜式布置浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz平斜式布置豎直式布置浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz平面上的布置方式在平面上，壩內(nèi)埋管最好布置在壩段中央，管徑不宜大于壩段寬度的三分之一。這樣，管外兩側(cè)混凝土較厚，且受力對(duì)稱。通常在這種情況下，廠壩之間有縱縫，廠房機(jī)組段間橫縫與壩段間的橫縫相互錯(cuò)開。壩與廠房之間不設(shè)縱縫而廠壩連成整體時(shí)，由于二者橫縫也必需在一條直線上，管道在平面上不得不轉(zhuǎn)向一側(cè)布置，這時(shí)鋼管兩側(cè)外包混凝土厚度不同。浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz管道在壩內(nèi)的平面布置浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz埋設(shè)方式：用軟墊層將管道與壩體分開——受力明確；管道與壩體結(jié)合為整體——混凝土接受部分內(nèi)水壓力施工方法：安裝一段鋼管，澆筑一層混凝土，可省去二期混凝土，但施工干擾較大預(yù)留鋼管槽，鋼管安裝終了以后再用混凝土回填，期施工干擾小，但工期較長(zhǎng)浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz壩內(nèi)埋管的構(gòu)造計(jì)算有限元方法近似方法：見(jiàn)教材浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz二、壩后背管大型壩后式水電站將鋼管布置在混凝土壩的下游壩面上，構(gòu)成下游面管道，或稱為壩后背管。優(yōu)點(diǎn)：便于布置；減少管道空腔對(duì)壩體的減弱，有利于壩體平安；壩體施工不受管道施工與安裝的干擾，可以提高壩體施工的質(zhì)量，并加快進(jìn)度和提早發(fā)電；管道可以隨機(jī)組的投產(chǎn)先后分期施工，有利于合理安排施工進(jìn)度，且減少投資積壓，機(jī)組臺(tái)數(shù)較多時(shí)，效益更為顯著。浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz壩后背管的構(gòu)外型式壩下游面明鋼管?，F(xiàn)場(chǎng)安裝任務(wù)量小，進(jìn)度快，與壩體施工干擾小。但當(dāng)鋼管直徑和水頭很大時(shí)，會(huì)引起鋼管資料和工藝上的技術(shù)困難。敷設(shè)在下游壩面上的明管一旦失事，水流直沖廠房，后果嚴(yán)重。壩下游面鋼襯鋼筋混凝土管。管道是內(nèi)襯鋼板外包鋼筋混凝土的組合構(gòu)造，用壩下游面的鍵槽及錨筋與壩體固定。鋼襯與外包混凝土之間不設(shè)墊層，二者共同接受內(nèi)水壓力等荷載。浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz本章小結(jié)壓力管道功用和根本類型。中高水頭電站普通采用焊接鋼管，低水頭電站有時(shí)可采用鋼筋混凝土管。壓力管道的線路選擇原那么、壓力管道的供水方式和管徑確定。應(yīng)根據(jù)電站的不同情況，結(jié)合電站的開發(fā)方式、水頭、流量及管道的長(zhǎng)短、地形、地質(zhì)條件確定壓力管道的供水方式和引進(jìn)方式。壓力管道直徑確實(shí)定是壓力管道的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容之一。大型壓力管道的經(jīng)濟(jì)直徑是動(dòng)能經(jīng)濟(jì)計(jì)算確定的，初步設(shè)計(jì)時(shí)可采用閱歷公式和經(jīng)濟(jì)流速方法。浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz明鋼管的敷設(shè)方式和支承方式。為了減小溫度應(yīng)力，明鋼管的敷設(shè)方式通常采用分段式。作用在壓力管道上的荷載及其組合，明鋼管的設(shè)計(jì)計(jì)算。要求掌握明鋼管上的軸向力、法向力和徑向力的計(jì)算方法，明鋼管跨中斷面和跨端(不計(jì)支承環(huán)的影響)的應(yīng)力計(jì)算和強(qiáng)度校核，在外壓作用下管道的穩(wěn)定分析。地下埋管的任務(wù)原理。要求掌握地下埋管的任務(wù)特點(diǎn)。壩內(nèi)壓力管道的布置方式和任務(wù)原理。浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz思考題壓力水管的功用、特點(diǎn)是什么?壓力水管的類型有幾種?各適用什么條件?壓力水管的線路選擇布置原那么是什么?壓力水管的供水方式、引進(jìn)方式、敷設(shè)方式有哪幾種?各自的優(yōu)缺陷和適用條件是什么?作用在露天壓力鋼管上有哪些力?試分析正常運(yùn)轉(zhuǎn)、檢修、溫升、溫降情況下力的組合和方向。鎮(zhèn)墩、支墩的作用是什么?各有幾種類型？其優(yōu)缺陷是什么?簡(jiǎn)述鎮(zhèn)墩、支墩的設(shè)計(jì)步驟。浙江水專國(guó)家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz6.簡(jiǎn)述露天壓力鋼管應(yīng)力分析的方法與步驟。7.為什么要進(jìn)展鋼管彈性穩(wěn)定分析?如何進(jìn)展?8.影響地下埋管鋼襯應(yīng)力的要素有哪些？9.地下埋管鋼襯為什么要校核外壓穩(wěn)定？接受的外壓荷載有哪些？外壓失穩(wěn)的特征？10.如何防止地下埋管鋼襯外壓失穩(wěn)？11.簡(jiǎn)述混凝土壩內(nèi)埋管的布置原那么和布置方