水電站埋藏式壓力鋼管的承載分析方法研究

云南芒牙河一級水電站是一個徑流式高水頭電站,壓力鋼管道采用明管和埋管相結(jié)合布置形式。對埋管段結(jié)構(gòu)分析,根據(jù)規(guī)范解析法的計算結(jié)果,并參照類似工程設計經(jīng)驗,采用有限元計算方法對埋管段進行優(yōu)化分析,確定鋼管壁厚和抗外壓穩(wěn)定的加勁措施。

龍灘水電站為地下廠房壓力引水式電站,采用單管單機供水方式,壓力鋼管內(nèi)徑10m,最大hd值達2453m2,為特大型鋼管。鋼管管壁厚度18~52mm,采用16mnr級鋼板(厚18~32mm)和610mpa級鋼板(厚32~52mm),加勁環(huán)采用q345-c級鋼材。地下埋管入巖段外包厚1500mm的c25鋼筋混凝土,配ⅱ級鋼筋,其余地下埋管外包厚600mm的c20素混凝土。對龍灘水電站埋藏式加勁壓力鋼管抗外壓穩(wěn)定性進行了校核計算。在校核計算過程中,采用了解析法和半解析有限元法等多種計算方法,并且綜合考慮了初始縫隙等缺陷因素對壓力鋼管抗外壓穩(wěn)定性的影響。對水電站埋藏式加勁壓力鋼管的穩(wěn)定性設計具有一定的借鑒作用。

格曲二級水電站最大水頭近400m,發(fā)電引水隧洞的斜井段和下平段采用埋藏式壓力鋼管,不同管道設計方案對發(fā)電引水隧洞具有不同影響。通過分析不同管壁厚度設計產(chǎn)生的結(jié)果,對水電站高水頭埋藏式壓力鋼管設計方案進行比選。經(jīng)計算,按明管設計比較安全,施工速度快,但偏于保守,鋼材用量大;按埋管設加勁環(huán)設計鋼材總量小,但施工難度大,影響混凝土澆筑和接縫灌漿的密實性,不易保證施工質(zhì)量;按埋管不設加勁環(huán)設計鋼管用量介于兩者之間,且施工難度低,速度快,可保證混凝土澆筑和接縫灌漿的施工質(zhì)量。故推薦采用埋管不設加勁環(huán)設計。

基于緬甸dapein(ⅰ)水電站的工程規(guī)模和特點,研究了埋藏式鋼岔管的布置設計,使其結(jié)構(gòu)布置安全、合理、經(jīng)濟,滿足運行要求。

埋藏式預壓力鋼管混凝土回填新技術(shù)與常規(guī)回填相比，簡化了施工措施，縮短了工期，具有良好的技術(shù)經(jīng)濟效益。預壓力與很多因素有關，需作進一步探討。

針對水電站壓力鋼管的抗外壓穩(wěn)定問題,提出了半解析有限元法。該方法具有計算量小、計算精度高、收斂速度快等優(yōu)點。采用半解析有限元法對九甸峽水電站埋藏式壓力鋼管進行了外壓穩(wěn)定性計算,并將計算結(jié)果與米賽斯法、文敦白法和賴-范法的計算結(jié)果進行了比較分析。研究表明,半解析有限元法考慮加勁環(huán)嵌固作用比考慮加勁環(huán)簡支作用的計算結(jié)果大,而與米賽斯法、文敦白法結(jié)果相近。在實際施工中,應采取有效施工工藝,使加勁環(huán)對鋼管的約束更接近于嵌固作用,從而提高壓力鋼管抗外壓穩(wěn)定性。

結(jié)合某高水頭水電站工程的實際,采用了一種考慮初始縫隙的埋藏式鋼岔管有限元分析方法,即將圍巖簡化為在有限元節(jié)點上施加純壓縮彈性抗力的模型,對鋼岔管與圍巖聯(lián)合承載結(jié)構(gòu)進行了有限元計算和分析,計算結(jié)果表明,圍巖對鋼岔管應力的影響和減小鋼板厚度的效果十分顯著。

采用三維有限元方法對石門坎水電站鋼岔管結(jié)構(gòu)體形進行優(yōu)化,考慮施工中的不確定因素,就總縫隙寬和圍巖彈性抗力進行了敏感性分析。結(jié)果表明:在一定的平面布置條件下,岔管管殼應力集中的程度取決于管殼母線間的轉(zhuǎn)折角大小;縫隙大小對埋藏式岔管的應力分布影響較為敏感,縫隙越小,圍巖分擔作用越明顯;圍巖對岔管的應力大小及分布影響顯著。

根據(jù)等安全裕度原理并參考現(xiàn)有規(guī)范確定了整體安全評估控制標準——整體安全系數(shù)限值,同時引入和發(fā)展了極限分析的彈性模量縮減法求解整體安全評估指標——整體安全系數(shù),構(gòu)建了可配套應用的壓力鋼管整體安全評估方法,克服了現(xiàn)行基于材料層面的點應力評估方法在原理和應用中存在的問題。算例分析表明,該整體安全評估方法既放松了對應力的過嚴限制,又保證了結(jié)構(gòu)安全承載,可為壓力鋼管承載力安全評估提供新途徑,并可用于優(yōu)化壓力鋼管結(jié)構(gòu)設計方案。

針對高水頭水電站壓力鋼管水頭高、管軸線長的特點以及常規(guī)壓力鋼管水壓試驗方案的不足,采用壓力鋼管整體充水分段連續(xù)水壓試驗方案,成功地完成了高水頭、長軸線壓力鋼管的水壓試驗。具有一定的參考價值。

針對我國電力行業(yè)標準sd144-85《水電站壓力鋼管設計規(guī)范》按結(jié)構(gòu)可靠度理論進行修編的需要,對水電站壓力鋼管水錘壓力的統(tǒng)計特征進行了研究。根據(jù)已搜集到的國內(nèi)外部分水電站壓力鋼管水錘壓力的實測資料,利用數(shù)理統(tǒng)計學中的假設檢驗方法進行了統(tǒng)計分析,求得了水錘壓力的最優(yōu)概率分布函數(shù)及其統(tǒng)計參數(shù),證明水錘壓力的概率分布可用極值ⅰ型來擬合。這一研究成果不僅為水電站壓力鋼管的可靠度分析提供了必不可少的基礎資料,而且對已建壓力鋼管的可靠度鑒定與評估也具有重要的實用價值。同時還通過水電站明管可靠度分析的實例,探討了水錘壓力對水電站壓力鋼管可靠度的影響,得出了對水電站壓力鋼管設計有重要參考價值的若干結(jié)論。

新西蘭馬賴泰１號電站甩負荷后及充水期閘，ｇ１號機組的壓力鋼管發(fā)生了顯著的共振。試驗與阻抗分析表明，共振模式是二次諧波共振，壓力節(jié)在鋼管中點，封閉的兩端即進水閘門和水輪機導葉處的壓力相位相反。已查明進水閘門的止水是共振的自激源。本文論述了為找出共振狀態(tài)及消除激勵所進行的研究和試驗

水電站壓力鋼管的制作 一、概述 江蘇宜興抽水蓄能電站位于宜興市西南郊銅官山區(qū)，裝機容 量為1000mw（4×250mw），壓力鋼管主要布置在輸水系統(tǒng)，輸 水系統(tǒng)由上游引水系統(tǒng)和下游尾水系統(tǒng)組成，引水系統(tǒng)為二洞四 機布置，由上平洞，上豎井、中平洞、下豎井、下平洞、岔管、 高壓支管組成，全部采用鋼管襯砌；尾水系統(tǒng)采用兩機合一洞的 布置形式，一部分為鋼管襯砌，一部分混凝土襯砌。壓力鋼管總 量為13000t，管材分為16mnr和600mpa級高強鋼2種，管徑 為φ6.0、φ5.6m、φ5.2m、φ4.8m、φ3.4m，管壁厚度為 δ=18mm~60mm不等。 二、主要施工技術(shù) 壓力鋼管從原材料堆放儲存到鋼管管節(jié)成品出廠的制作工 作均在工地現(xiàn)場鋼管加工廠進行。其工作內(nèi)容主要包括：材料驗 收保管、鋼管加工制作、加勁環(huán)的制作、無損檢測等工作。具體 制作工藝流程如下： 施工準備→

五強溪水電站壓力鋼管的施工

一、概述近幾年來,隨著我國新的水利工程經(jīng)濟評價準則的實施,原有的水電站壓力鋼管經(jīng)濟直徑計算方法已不能滿足要求。人們在探討著新的解決途徑,提出了不少新方法。本文擬對這些新舊方法進行簡單的分析,希望能對其應用和發(fā)展有所幫助?，F(xiàn)有方法可分為三大類:公式法,方案比較法(枚舉法)和優(yōu)化方法。它們的基本依據(jù)大體相同,都考慮到了壓力鋼管直徑選擇中的技術(shù)和經(jīng)濟因素的影響,只是考慮的方法和深度以及采用的資料不盡相同。這就影響到各種方法的計算精度和適用場合。

用經(jīng)濟學原理建立了水電站壓力鋼管經(jīng)濟尺寸的優(yōu)化模型，對模型優(yōu)化及參數(shù)確定進行了詳細分析介紹，提出了壓力鋼管經(jīng)濟尺寸的最優(yōu)計算公式，最后用實例驗證其實用性和準確性。

引水鋼岔管設計 岔管壁厚度按下面二式的最大值擬定 r—該節(jié)鋼管最大內(nèi)半徑（m）； k1—系數(shù)，k1=1.0~1.1； c—銹蝕系數(shù)，c=1~2mm [σ]1、[σ]2—材料用于岔管時的容許應力（pa），此處鋼材為a3鋼，（見表13-1，340page，《手冊》）； a—該節(jié)鋼管半錐頂角（度）； φ—焊縫系數(shù)； k2—邊緣應力集中系數(shù)，（見圖13-13，page357，《手冊》）； 《引水系統(tǒng)施工圖（安順關腳水電站工程）》 一、鋼岔管管壁厚度δ（mm）的擬定 1、按鋼管極限強度設計管壁厚度 式中:p—設計內(nèi)水壓力（n/m2），p=10*1000*h，h=▽h+h1=h1（1+64%），▽h——水擊水頭； h1——作用水頭

馬其頓科佳水電站引水發(fā)電洞壓力鋼管,鋼管直徑φ5m,鋼管長度385m,鋼管內(nèi)壁防腐面積6044.5m2。本文主要介紹了壓力鋼管在安裝完畢,洞內(nèi)比較潮濕的情況下整體防腐工藝,為今后同類型施工情況積累經(jīng)驗。

本文結(jié)合新疆開都河小山口二級水電站工程壓力鋼管的現(xiàn)場管理，從本電站壓力鋼管制作的原材料準備、現(xiàn)場制作與安裝、焊接及焊縫檢測等方面做了簡要闡述，在類似的工程壓力鋼管施工中可供參考、借鑒。

壓力鋼管應按照成熟的技術(shù)、規(guī)范的工藝、可靠的檢測等來總體考慮,是確保壓力鋼管安全運行的關鍵。通過歸納總結(jié)瑞麗江水電站壓力鋼管設計、制造及安裝情況,說明壓力鋼管總體質(zhì)量滿足規(guī)范要求可確保安全運行。

采用三維有限元法對景洪水電站廠壩分縫處的伸縮管段預留環(huán)縫的焊接時間、廠壩分縫處鍵槽的合攏時機及鍵槽合攏效果對伸縮管的影響進行了敏感性分析。結(jié)果表明,在蓄水前對廠壩分縫進行灌漿處理時如推遲鋼管環(huán)縫焊接時間,則可減小鋼管等效應力;在蓄水前如未進行廠壩分縫處灌漿而僅對焊接鋼管環(huán)縫,將惡化伸縮管的應力狀態(tài);廠壩分縫處的鍵槽合攏效果對伸縮管將會產(chǎn)生影響。

長明渠引水式水電站前池水位過低可能導致壓力鋼管進口處產(chǎn)生漏斗狀吸氣旋渦,造成壓力鋼管吸入空氣及漂浮物,從而引起機組的噪音和振動。介紹了利用顯式有限差分法對圣維南方程進行求解,分析計算了明渠在加大流量的情況下渠道渠末水深的變化,并由此求出渠末可能出現(xiàn)的最低水位,為明渠引水式水電站壓力鋼管進口安裝高程的確定提供了有益的參考。在與漫水灣電廠的實際情況進行對比分析中得到了比較滿意的結(jié)果。