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家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz一、分岔管的功用、特點1、功用：作用是分配水流。采用結合供水或分組供水時，需求設置分岔管，岔管位于廠房上游側。2、特點水流條件較差，引起的水頭損失較大；岔管由薄殼和剛度較大的加強構件組成，管壁厚，構件尺寸大，有時需鍛造，焊接工藝要求高，造價較高；受力條件差，所接受的靜動水壓力最大，又接近廠房，其平安性非常重要。我國曾經(jīng)建成的水電站岔管大多數(shù)屬于地下岔管，但大多按明管設計，即不思索周圍巖體分擔荷載。浙江水專國家精品課程<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的廠房常采用這種布置方式。對稱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

側用補強板加固，補強

板與管壁焊固構成一個

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

腰梁和一根U梁構

成三梁岔U梁接受較大的不平

衡水壓力，其受力非

常復雜。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家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz三梁岔管浙江水專國家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz3、月牙肋岔管用一個嵌入管體內(nèi)的

月牙形肋板來替代三

梁岔管的U梁，并取

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

由球殼，圓柱形主、支

管以及補強環(huán)和導流板

等組成。在內(nèi)水壓力作用下，球殼應力僅為同直徑管殼環(huán)向應力的一半。適用：高水頭大中型電站。是國外采用比較多的一種成熟管型，國內(nèi)運用尚少。浙江水專國家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz5、無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)逐漸擴展的過渡段，構成一個比較平順的、無太大不延續(xù)接合線的體型，從而構成無梁岔管。有開展出路的管型，能發(fā)揚與圍巖共同受力的優(yōu)點。目前國內(nèi)運用較少。浙江水專國家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz第八節(jié)地下埋管(buriedpenstock)施工過程：開挖巖洞〔清理石渣、支護等〕→安裝鋼管→回填混凝土→接處灌漿。大型水電站中運用較多。地下埋管施工中浙江水專國家精品課程<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：作為過渡段運用。盡量布置在鞏固完好的巖體中。浙江水專國家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz二、地下埋管的構造和構造浙江水專國家精品課程<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，必需嚴厲控制混凝土的回填質量，尤其是平洞的頂部。在圍巖/混凝土/鋼管之間存在縫隙，需求用灌漿進展處置，壓力不小于0.2MPa。對于不太完好的圍巖，需求進展固結灌漿處置，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)、設排水管(易堵塞)，也可外設加勁環(huán)。浙江水專國家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz三、鋼襯接受內(nèi)壓時的強度計算假定：圍巖、混凝土、鋼管為彈性各向同性體?；炷梁弯撘r施工后無初始應力。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。混凝土墊層接受荷載開裂以后只傳送徑向壓力，不承當環(huán)向荷載。浙江水專國家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz計算內(nèi)容：(1)在知鋼管厚度情況下，求鋼襯應力σθ；(2)在知鋼襯允許應力的情況下求解鋼襯厚度。鋼襯應力的計算公式：給定允許應力和焊縫系數(shù)的情況下，求管壁厚度的計算公式浙江水專國家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz上面兩個公式中：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)浙江水專國家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz影響鋼襯應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，σ=333MPa。而K0=40MPa/cm時，σ=85.5MPa。

應該盡量改善圍巖的質量，提高其彈性模量。

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

算例：與上一樣，取K0=40MPa，當Δ由0變?yōu)?mm時，σ由85.5變?yōu)?71MPa?？梢娍p隙對應力影響很大，但其確定非常困難。施工縫隙：由混凝土的收縮和施工質量不良呵斥，要進展接觸灌漿。巖石的蠕變縫隙：由巖體的剩余變形構成溫降縫隙：在初始縫隙中占比重較大?？偪p隙。Δ0=(3~5)×10-4r浙江水專國家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz四、鋼管接受外壓時的穩(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)勘測資料選定。根據(jù)最高地下水位線來確定外水壓力值是穩(wěn)妥的，但常會使設計值過高。同時要分析水庫蓄水和引水系統(tǒng)滲漏等對地下水位的影響。地下水位線普通不應超越地面。(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)回填混凝土時流態(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Δ0→外壓繼續(xù)添加→鋼襯發(fā)生更多波形的屈曲→鋼襯應力值↑→鋼襯應力到達資料屈服值→失穩(wěn)。浙江水專國家精品課程<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，因鋼襯尚無約束，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，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，假設外壓值添加到一定值時，鋼襯將發(fā)生塑性流動而導致大變形，部分鋼襯脫離混凝土，而其他部分鋼襯那么與混凝土嚴密接觸，此時鋼襯已喪失其運用性能，其相應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度和初始縫隙值直接有關。這是埋管與明鋼管外壓下失穩(wěn)的重要區(qū)別。浙江水專國家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz(三)光面鋼襯臨界壓力計算國內(nèi)外實踐工程的地下埋管失穩(wěn)破壞和模型實驗失穩(wěn)破壞的實例闡明，其破壞形狀與Amstutz公式假設的變形形狀相符，阿氏公式的計算結果比較接近模型實驗值。我國鋼管設計規(guī)范引薦運用阿氏公式。阿氏假定，當外壓超越鋼襯的臨界外壓時，一部分的鋼襯首先失穩(wěn)，屈曲成三個半波，一個向內(nèi)，兩個向外。在被壓屈部分，鋼襯中的最大應力到達了資料的屈服強度σs。浙江水專國家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz1.Amstutz公式計算時由第1式先用試算法求出σN，再由第2式求Pcr。假設采用高強度鋼，假設σs>0.67σb(σb為鋼材的極限強度)，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。因此實際公式的計算結果只能起參考作用。浙江水專國家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz2.閱歷公式：該公式是根據(jù)38個不同國家、不同實驗者在不同時期得出的模型實驗資料，用回歸分析的方法建立的，其相關性很好。計算時，Pcr和σs的單位均采用N/mm2。浙江水專國家精品課程<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公式計算，但計算幾何參數(shù)用等效截面(長度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，但灌漿時要留意鼓包問題，可采取暫時措施或限制灌漿壓力；流態(tài)混凝土的壓力穩(wěn)定可用暫時支撐處理或限制澆筑高度。浙江水專國家精品課程<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家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz壩上游面管道浙江水專國家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz一、壩內(nèi)埋管管道穿過混凝土壩體，全部埋在壩體內(nèi)。布置原那么盡量縮短管道的長度；減少管道空腔對壩體應力的不利影響。減少管道對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家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz傾斜式布置浙江水專國家精品課程<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，管外兩側混凝土較厚，且受力對稱。通常在這種情況下，廠壩之間有縱縫，廠房機組段間橫縫與壩段間的橫縫相互錯開。壩與廠房之間不設縱縫而廠壩連成整體時，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向一側布置，這時鋼管兩側外包混凝土厚度不同。浙江水專國家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz管道在壩內(nèi)的平面布置浙江水專國家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz埋設方式：用軟墊層將管道與壩體分開——受力明確；管道與壩體結合為整體——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，但工期較長浙江水專國家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz壩內(nèi)埋管的構造計算有限元方法近似方法：見教材浙江水專國家精品課程<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，構成下游面管道，或稱為壩后背管。優(yōu)點：便于布置；減少管道空腔對壩體的減弱，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量，并加快進度和提早發(fā)電；管道可以隨機組的投產(chǎn)先后分期施工，有利于合理安排施工進度，且減少投資積壓，機組臺數(shù)較多時，效益更為顯著。浙江水專國家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz壩后背管的構外型式壩下游面明鋼管?，F(xiàn)場安裝任務量小，進度快，與壩體施工干擾小。但當鋼管直徑和水頭很大時，會引起鋼管資料和工藝上的技術困難。敷設在下游壩面上的明管一旦失事，水流直沖廠房，后果嚴重。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墊層，二者共同接受內(nèi)水壓力等荷載。浙江水專國家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz浙江水專國家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz浙江水專國家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz本章小結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。應根據(jù)電站的不同情況，結合電站的開發(fā)方式、水頭、流量及管道的長短、地形、地質條件確定壓力管道的供水方式和引進方式。壓力管道直徑確實定是壓力管道的主要設計內(nèi)容之一。大型壓力管道的經(jīng)濟直徑是動能經(jīng)濟計算確定的，初步設計時可采用閱歷公式和經(jīng)濟流速方法。浙江水專國家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz明鋼管的敷設方式和支承方式。為了減小溫度應力，明鋼管的敷設方式通常采用分段式。作用在壓力管道上的荷載及其組合，明鋼管的設計計算。要求掌握明鋼管上的軸向力、法向力和徑向力的計算方法，明鋼管跨中斷面和跨端(不計支承環(huán)的影響)的應力計算和強度校核，在外壓作用下管道的穩(wěn)定分析。地下埋管的任務原理。要求掌握地下埋管的任務特點。壩內(nèi)壓力管道的布置方式和任務原理。浙江水專國家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz思考題壓力水管的功用、特點是什么?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、引進方式、敷設方式有哪幾種?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?試分析正常運轉、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?簡述鎮(zhèn)墩、支墩的設計步驟。浙江水專國家精品課程<水電站>jpkc.zjwchc/sdz6.簡述露天壓力鋼管應力分析的方法與步驟。7.為什么要進展鋼管彈性穩(wěn)定分析?如何進展?8.影響地下埋管鋼襯應力的要素有哪些？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.簡述混凝土壩內(nèi)埋管的布置原那么和布置方