常規(guī)水電站埋藏式壓力鋼管動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)直徑計(jì)算方法

一、概述近幾年來,隨著我國新的水利工程經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則的實(shí)施,原有的水電站壓力鋼管經(jīng)濟(jì)直徑計(jì)算方法已不能滿足要求。人們?cè)谔接懼碌慕鉀Q途徑,提出了不少新方法。本文擬對(duì)這些新舊方法進(jìn)行簡單的分析,希望能對(duì)其應(yīng)用和發(fā)展有所幫助。現(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(jì)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(jì)算精度和適用場合。

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

長甸水電站改造工程為引水式水電站,引水壓力鋼管內(nèi)徑為6.0m,分為明鋼管和埋藏式鋼管兩部分,根據(jù)內(nèi)壓應(yīng)力計(jì)算和抗外壓穩(wěn)定分析計(jì)算,確定埋管段鋼管壁厚為18mm。

云南芒牙河一級(jí)水電站是一個(gè)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(duì)埋管段結(jié)構(gòu)分析,根據(jù)規(guī)范解析法的計(jì)算結(jié)果,并參照類似工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),采用有限元計(jì)算方法對(duì)埋管段進(jìn)行優(yōu)化分析,確定鋼管壁厚和抗外壓穩(wěn)定的加勁措施。

口科研設(shè)計(jì)口·吉林水利·l992年第6期 l7一 f水電站鋼管道經(jīng)濟(jì)直徑 計(jì)算方法探討 渾江市水電局賈永德／z·／ ～， 內(nèi)容提要：在山區(qū)小水站建設(shè)中，需要較長的低壓引水渠道，管道建筑與工程 投資密切相關(guān)。本文從管道各項(xiàng)費(fèi)用之和最小方面研究探討鋼管道經(jīng)濟(jì)直徑計(jì)算方 法，在微機(jī)計(jì)算中更為簡便有效．． 關(guān)鍵詞；絲經(jīng)濟(jì)皇壘壁寸粕√ 一 、前言 中小水電對(duì)邊遠(yuǎn)山區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了重 要作用，并得到了迅速發(fā)展。 中小水電站大部分修建在山區(qū)地勢(shì)險(xiǎn)峻 的中．上游河段上，電站的水頭主要靠引水建 筑物集中，經(jīng)壓力總管向幾臺(tái)機(jī)組供水．這 樣，高水頭電站壓力管道均較長．有些電站 因地形、地質(zhì)條件限制，需要采用較長的低 壓引水管道引水。因此，管道建筑物在這類工 程當(dāng)中就成為控制工程經(jīng)濟(jì)性的主要部分． 縮小管

格曲二級(jí)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(shè)計(jì)方案對(duì)發(fā)電引水隧洞具有不同影響。通過分析不同管壁厚度設(shè)計(jì)產(chǎn)生的結(jié)果,對(duì)水電站高水頭埋藏式壓力鋼管設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選。經(jīng)計(jì)算,按明管設(shè)計(jì)比較安全,施工速度快,但偏于保守,鋼材用量大;按埋管設(shè)加勁環(huán)設(shè)計(jì)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(shí)性,不易保證施工質(zhì)量;按埋管不設(shè)加勁環(huán)設(shè)計(jì)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(shè)加勁環(huán)設(shè)計(jì)。

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

埋藏式預(yù)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(jì)效益。預(yù)壓力與很多因素有關(guān)，需作進(jìn)一步探討。

以壓力鋼管內(nèi)水頭損失所形成的電能損失價(jià)值與鋼管費(fèi)用之和最小為優(yōu)化準(zhǔn)則，推導(dǎo)出壓力鋼管多種分段方式下的直徑計(jì)算公式，通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，確定最優(yōu)管徑與分段方案．采用本文方法進(jìn)行壓力鋼管設(shè)計(jì)，具有速度快、結(jié)果明確等特點(diǎn)．可廣泛適用于各種水頭壓力鋼管的直徑與分段方式的確定．

本文以動(dòng)態(tài)的觀點(diǎn)、系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)優(yōu)化廣西１０００ｍ水頭的南山水電站壓力鋼管直徑設(shè)計(jì)。

針對(duì)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(jì)算量小、計(jì)算精度高、收斂速度快等優(yōu)點(diǎn)。采用半解析有限元法對(duì)九甸峽水電站埋藏式壓力鋼管進(jìn)行了外壓穩(wěn)定性計(jì)算,并將計(jì)算結(jié)果與米賽斯法、文敦白法和賴-范法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)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(jì)算結(jié)果大,而與米賽斯法、文敦白法結(jié)果相近。在實(shí)際施工中,應(yīng)采取有效施工工藝,使加勁環(huán)對(duì)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。

用經(jīng)濟(jì)學(xué)原理建立了水電站壓力鋼管經(jīng)濟(jì)尺寸的優(yōu)化模型，對(duì)模型優(yōu)化及參數(shù)確定進(jìn)行了詳細(xì)分析介紹，提出了壓力鋼管經(jīng)濟(jì)尺寸的最優(yōu)計(jì)算公式，最后用實(shí)例驗(yàn)證其實(shí)用性和準(zhǔn)確性。

為使小電站壓力鋼管伸縮節(jié)的填料密封設(shè)計(jì)更為安全、經(jīng)濟(jì)、合理，根據(jù)填料密封的工作原理；對(duì)水電工程中大量使用的石棉類填料函的計(jì)算，進(jìn)行了理論推導(dǎo)。本文要點(diǎn)為（１）在填料腔一定深度內(nèi)，應(yīng)滿足完全密封的條件．即保證必需的擠緊壓力和填料壓實(shí)壓力。（２）填料對(duì)套管的徑向壓力算法。（３）填料與套管摩擦系數(shù)，按材料、加工情況及工作壓力合理取值。（４）鋼制套管式伸縮節(jié)螺栓及管件應(yīng)力計(jì)算。

引水鋼岔管設(shè)計(jì) 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(shí)的容許應(yīng)力（pa），此處鋼材為a3鋼，（見表13-1，340page，《手冊(cè)》）； a—該節(jié)鋼管半錐頂角（度）； φ—焊縫系數(shù)； k2—邊緣應(yīng)力集中系數(shù)，（見圖13-13，page357，《手冊(cè)》）； 《引水系統(tǒng)施工圖（安順關(guān)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(qiáng)度設(shè)計(jì)管壁厚度 式中:p—設(shè)計(jì)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

針對(duì)水電站初期蓄水過程計(jì)算,介紹并評(píng)價(jià)了針對(duì)短歷時(shí)和長歷時(shí)蓄水過程的典型年法和頻率法。詳細(xì)說明了以需蓄水量為目標(biāo),對(duì)蓄水歷時(shí)進(jìn)行排頻計(jì)算,求得設(shè)計(jì)保證率相應(yīng)典型入庫流量過程線的方法。以某水庫30年徑流系列和蓄水要求為算例,編制程序進(jìn)行蓄水過程計(jì)算。該方法可以同時(shí)滿足蓄水總量和設(shè)計(jì)保證率的要求,且不必劃分蓄水時(shí)段,適合程序化操作,可以為水電站蓄水規(guī)劃和蓄水安全鑒定提供基礎(chǔ)。

γwhdσsφ［σ］t(mm) 0.00000985008003250.95178.750 鋼管管壁厚度t初估計(jì)算表 　　式中： 　　鋼管管壁鋼材屈服點(diǎn)??????????????σs=325.000n/mm2 　　末跨跨中截面管道中心內(nèi)水壓力??????????h=500mm 3初估管壁厚度t （1）根據(jù)末跨的主要荷載（內(nèi)水壓力）并考慮將鋼材的允許應(yīng)力降低15%，按鍋爐公式初估管壁厚度t： 　　計(jì)算公式： 　　伸縮節(jié)止水填料與鋼管的摩擦系數(shù)????????μ1=0.3 　　支座對(duì)管壁的摩擦系數(shù)??????????????f=0.5 　　焊縫系數(shù)????????????????????φ=0.95 　　加徑環(huán)間距???????????????????l=2000mm 　　伸縮節(jié)與上鎮(zhèn)墩的距離??????????????l

γwhdσsφ［σ］t(mm) 0.00000987737814003250.95178.753.7 　　鋼管軸線傾角??????????????????α=44.920° 3初估管壁厚度t 　　焊縫系數(shù)????????????????????φ=0.95 （1）根據(jù)末跨的主要荷載（內(nèi)水壓力）并考慮將鋼材的允許應(yīng)力降低15%，按鍋爐公式初估管壁厚度t： 　　計(jì)算公式： 325.000n/mm2 　　末跨跨中截面管道中心內(nèi)水壓力??????????h=77378mm 　　（2）參考資料：《水電站建筑物》（王樹人董毓新主編）、《水電站》（成都水力發(fā)電學(xué)校主編） 2設(shè)計(jì)基本資料 　　鋼材的泊松比??????????????????μ= 206000n/mm2 0.3 　　鋼材的彈性模量?????????????????e= 壓力鋼管（

介紹巖灘水電站擴(kuò)建工程在超大直徑壓力鋼管進(jìn)行\(zhòng)"立式\"運(yùn)輸時(shí),如何固定超大直徑壓力鋼管,防止壓力鋼管圓形失圓的施工流程與操作要點(diǎn),以求平穩(wěn)、安全、高效地運(yùn)輸至安裝部位卸車。并分析探討了運(yùn)輸過程中的質(zhì)量控制及其安全措施。

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

采用三維有限元方法對(duì)石門坎水電站鋼岔管結(jié)構(gòu)體形進(jìn)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(jìn)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(yīng)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(duì)埋藏式岔管的應(yīng)力分布影響較為敏感,縫隙越小,圍巖分擔(dān)作用越明顯;圍巖對(duì)岔管的應(yīng)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(píng)估控制標(biāo)準(zhǔn)——整體安全系數(shù)限值,同時(shí)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(píng)估指標(biāo)——整體安全系數(shù),構(gòu)建了可配套應(yīng)用的壓力鋼管整體安全評(píng)估方法,克服了現(xiàn)行基于材料層面的點(diǎn)應(yīng)力評(píng)估方法在原理和應(yīng)用中存在的問題。算例分析表明,該整體安全評(píng)估方法既放松了對(duì)應(yīng)力的過嚴(yán)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(píng)估提供新途徑,并可用于優(yōu)化壓力鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

介紹了勐典河水電站519m壓力鋼管的制作、安裝、驗(yàn)收依據(jù);現(xiàn)場卷板制作、安裝、調(diào)試過程及經(jīng)驗(yàn)總結(jié),壓力鋼管達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求,質(zhì)量優(yōu)良。