水电站压力钢管结构计算

K=5.2Qmax=23H=89.821D=2.55取管径D=2.7m则V=4.017m/s，A=5.7256m2，R=0.675m管径（m）t（mm）S（m2）2.7120.102241.5120.05700110.17100321.5100.0474380.1423141钢管直径，m；压力钢管经济流速一般为（4～6）m/s。管径确定：D=(KQmax3/H)1/7系数，约为5~15，常取5.2（钢材较贵、电价较廉时取较小值）；钢管的最大设计流量，m3/s；设计水头，m；钢管内径（m）1.61.6～3.2最小厚度（mm）68钢管内径（m）最小厚度（mm）（1）设计依据：《水电站压力钢管设计规范》（DL/T5141-2001）（2）参考资料：《水电站》（西安理工大学、葛洲坝水电工程学院合编）3.设计基本资料压力钢管主管管径…………………………………D主=2.7m2.设计原则（1）钢管结构在弹性状态下工作；（2）考虑压力管道洞身埋藏在地下，不校核地震情况，不计温度应力；3.3～4.810厂房前池正常水位………………………………Z正常=设计引用流量………………………………………Q=0.9水轮机安装高程……………………………………Z安=2726.16m30m压力钢管的结构重要性系数………………………γ0=1.0钢材的弹性模量……………………………………Es=206000N/mm²三级水电站压力钢管结构设计1.设计依据及参考资料钢材的泊松比……………………………………νs=0.34.9～6.46.5～8.0121411.3～12.812.9～14.48.1～9.69.7～11.2（3）管壁最小厚度（包括壁厚裕量）应满足下表的要求。水的重度…………………………………………γw=0.0000098N/mm³1618202223m³/s支管根数……………………………………………n=钢材的线膨胀系数…………………………………αS=0.000012/℃3压力钢管支管管径…………………………………D支=1.3m钢材的重度………………………………………γs=0.0000785N/mm³2819.499m围岩单位抗力系数较小值…………………………K0=4N/mm³最大水击增压……………………………………H水击=焊缝系数……………………………………………φ=压力钢管的水工建筑物级别……………………………4级4.压力钢管主管段结构计算设计状况系数………………………………………ψ=1.04.1管壁厚度t的确定主管段r=1.35m，0.6mm。1.372215N/mm²σRr/ES2=0.93mm＞δ2=0.6mm1.0,水击压力γQ=1.110.7m，t=16mm。钢管结构的抗力限值σR=再考虑锈蚀厚度4mm，t—钢管管壁厚度，mm。经计算，主管承受最大环向正应力为σθ=102.15N/mm²，小于4.2管壁应力计算钢管最大环向正应力按下式计算：式中：经过计算取缝隙δ2=《水电站压力钢管设计规范》附录B的条文说明中，建议缝隙δ2的取值为（3.5～4.3）×10-4rK0—围岩单位抗力系数较小值，N/mm3；156.706N/mm²。（其中r为钢管内半径，m）。取主管的管壁厚度为缝隙判别条件：γd—结构系数；但考虑到地下埋管沿线地质条件较差，故不计围岩分担内水压力的作用，按压力钢管单独承受ψ—设计状况系数；经计算，管壁厚度t=应变的钢材弹模ES2=226373.63N/mm²，4.1.1受力条件分析p=γWH=γW[γQ×(Z蓄-Z安)+γQ×H水击]式中：σR—钢管结构构件的抗力限值，N/mm2；按下式计算：；γ0—结构重要性系数；经计算，钢管的抗力限值σR=f—钢材强度设计值，取fs值，N/mm2；156.706N/mm²,平面ES2—平面应变问题的钢材弹性模量，N/mm2；按下式计算：。结构系数考虑焊缝系数取γd=主管钢材选用Q235-C级,并且假定t≤16mm，则fs=全部内水压力设计，结构系数仍按地下埋管取值。4.1.3管壁厚度t的计算t按下式计算：式中：p—内水压力设计值，N/mm2；r—钢管内半径，mm；σR—钢管的抗力限值，N/mm2。4.1.2内水压力设计值p各种作用分项系数取值为：静水压力γQ==1.238（N/mm²）σθ—钢管环向正应力，N/mm2；22SRErfdR01221SSSEERprtRSErKtKpr2020100010002m，厚度a=16mm，高度h=100mm。35m。6.82，取整n=外压pcr=1.8；5524mm²1.8；可按下式计算，σs—钢材屈服点，对于Q345，取σs=345N/mm²。抗外压稳定按下式进行验算：代入计算得KCp0k=0.617N/mm²pcr=0.706N/mm²。水压力水头取35m进行计算。pcr—抗外压稳定临界压力计算值，N/mm2。根据《水电站压力钢管设计规范》的规定，加劲环的抗外压稳定临界外压pcr可按下式计算：4.3抗外压稳定复核压力钢管布置高程约在2780m左右，钢管轴线上覆基岩顶板高程在2824m以下，以上透水性较大，不会形成稳定地下水面线，因此按地下水位为2820m进行估计，则取外水压力水头为4.3.1加劲环间管壁的稳定根据《水电站压力钢管设计规范》的规定，加劲环间管壁的抗外压稳定分析，临界外压值pcr可按米赛斯公式计算：2.122N/mm²。7，将各数据代入米赛斯公式计算得临界代入数据计算得AR=，则临界外压pcr=0.706N/mm²。0.617N/mm²pcr=n—最小临界压力的波数，由n=2.74(r/l)1/2(r/t)1/4估算，取相近的整数；l—加劲环间距，mm。管外设置加劲环，采用Q345级，间距l=式中：AR—加劲环有效截面面积，mm2，代入计算得KCp0k=2.122N/mm²。p0k—径向均布外压力标准值，N/mm2，外抗外压稳定按下式进行验算：水压力水头取35m进行计算。4.3.2加劲环的稳定pcr—抗外压稳定临界压力计算值，N/mm2。p0k—径向均布外压力标准值，N/mm2，外式中：pcr—抗外压稳定临界压力计算值，N/mm2；将数据r、l、t代入计算得n=所以，加劲环间管壁抗外压稳定满足要求。式中：Kc—抗外压稳定安全系数，加劲环间管壁和加劲环取为式中：Kc—抗外压稳定安全系数，加劲环间管壁和加劲环取为332222222222222112111211rtrlnnnErrlnntEpSSSScrcrkCppK0rlApRScrrtathaAR56.1crkCppK0crkCppK01.0,水击压力γQ=1.1支管r=0.65m1.858215N/mm²7m，t=12mm。235N/mm²2.0；取30m；5.1.1受力条件分析经计算，管壁厚度t=再考虑锈蚀厚度4mm，取支管的管壁厚度为，支管结构构件的抗力限值σR按下式计算：结构系数按主厂房内的明管取值，并考虑焊缝系数影响取γd=代入数据计算得σR=支管钢材选用Q235-C级,并且假定t≤16mm，则fs=115.716N/mm²。t按下式计算：各种作用分项系数取值为：静水压力γQ=5.压力钢管支管段结构计算5.1管壁厚度t的确定所以，加劲环抗外压稳定满足要求。式中：p—内水压力设计值，N/mm2；r—钢管内半径，mm；σR—支管的抗力限值，N/mm2。进厂支管段钢管外包钢筋混凝土，并回填覆盖防冻土层，故支管段按地下埋管进行设计，结构5.1.2内水压力设计值pp=γWH=γW[γQ×(Z蓄-Z安)+γQ×H水击]=1.238（N/mm²）5.1.3管壁厚度t的计算系数按明管取值。代入数据计算得临界外压pcr=2.705N/mm²。5.2抗外压稳定复核光面管临界外压pcr可采用下列经验公式计算：式中：pcr—抗外压稳定临界压力计算值，N/mm2；σs—钢材屈服点，N/mm2，取明管的fsk值，即σs=所以，支管管壁抗外压稳定满足要求。p0k—径向均布外压力标准值，N/mm2，外水压力水头式中：Kc—抗外压稳定安全系数，对于明管的光面管管壁取为pcr—抗外压稳定临界压力计算值，N/mm2。代入计算得KCp0k=0.588N/mm²pcr=2.705N/mm²。抗外压稳定按下式进行验算：RprtfdR0125.07.1612ScrrtpcrkCppK0crkCppK0crkCppK0hs（m）γwγRα（°）FCRM（m）100980027500341.3558