鄂北地区水资源配置工程倒虹吸连通管三维有限元分析.pdf
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1、 年第 期 水电与新能源 第 卷.:././.收稿日期:作者简介:刘贤才男正高职高级工程师主要从事水利工程勘察设计工作通讯作者:石长征女副教授博士主要从事压力管道研究基金项目:国家自然科学基金资助项目()鄂北地区水资源配置工程倒虹吸连通管三维有限元分析刘贤才沈立群石长征(.湖北省水利水电规划勘测设计院湖北 武汉.武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室湖北 武汉)摘要:为了提高引调水工程的运行安全鄂北地区水资源配置工程孟楼 七方倒虹吸采用了 根主管并排布置主管之间采用连通管相连形成 型和十字型钢岔管结构 结合该工程的结构型式采用三维有限元方法对钢岔管结构进行强度设计和安全性复核确定了各部位结构尺
2、寸 研究结果表明采用外置的三梁或十字型加强梁分别对 型和十字型钢岔管进行加固是较优的设计方案关键词:引调水工程 型钢岔管十字型钢岔管加强梁体形设计有限元法中图分类号:.文献标志码:文章编号:()(.):.:为缓解地区之间的水资源供需矛盾除了加大节水力度和污水处理还必须通过引调水工程实现水资源的优化配置以推动区域间协调发展 世界上很多国家自 世纪初就开始大规模修建引调水工程从丰水区向缺水区进行调水 鄂北地区水资源配置工程孟楼 七方倒虹吸连通管段由 根主管并排布置采用填埋式铺设主管之间采用连通管相连以提高引调水工程的运行安全 连通管与主管在平面上呈现正交其中连通管与两侧主管相交形成了 个 型钢岔管
3、连通管与中间主管相交形成了 个十字型钢岔管 主管与连通管过水断面直径均为.内衬厚度 实际钢管内径.管下设混凝土支座 对于这么复杂的钢岔管结构很难采用解析方法进行设计一般均采用了有限元方法进行分析 因此本文通过三维有限元分析对岔管结构进行了强度设计和安全性复核 复核内容包括:对 型、十字型钢岔管按钢管单独承载进行计算确定钢岔管体形和各部位结构尺寸对最终推荐方案进行水压试验工况下的有限元计算校核钢材是否满足允许应力要求水 电 与 新 能 源 年第 期 基本资料.材料参数钢岔管管壁和肋板拟采用 钢材钢材弹性模量 .泊松比 .钢材屈服强度按 规范进行取值根据水电站压力钢管设计规范()的规定钢材允许应力
4、按下式计算:式中:为钢材计算屈服强度 为焊缝系数取为.为允许应力系数按规范中表.进行取值 钢材的允许应力列于表 表 钢材允许应力厚度/屈服强度/工 况管壳部位/膜应力区局部应力区加强梁 正常运行.水压试验.正常运行.水压试验.计算荷载及荷载组合)荷载种类 岔管结构计算荷载种类及其分项系数见表 表 岔管荷载种类及其分项系数荷载代号荷载分类及名称荷载设计值/荷载分项系数()()()内水压力正常运行情况最高静水压力.静水:.正常运行情况最高内压(静水压力 水击压力).静水:.水锤:.水压试验内水压力.()接触灌浆压力.()管道放空造成的气压差 外水压力.)荷载组合 根据水电站压力钢管设计规范()的规
5、定按承载能力极限状况设计的作用效用组合与计算情况见表 表 按承载能力极限状况设计的作用效用组合与计算情况设计状况荷载效应组合组合类别组合项次计算情况持久状况短暂状况基本组合()正常运行情况()水压试验情况()、()灌浆、放空检修情况 钢岔管三维有限元分析.钢岔管体形初步设计根据输水系统的总体布置本工程 型岔管和十字型岔管体形如图 其中钢岔管进出口内径和连通管直径均为.最大设计内水压力为.根据水电站压力钢管设计规范的规定对于梁式岔管的锥管和圆柱管可按照公式()、()估算管壁厚度取大值在此基础上增加 的锈蚀厚度:/()()/()()根据式()取 .初步估算得到岔管管壁厚度为.()根据式()取.初步
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