水电站压力钢管设计规范(试行)SD144-85

第一章总则第二章布置第三章材料第四章水力计算第五章结构分析第六章岔管第七章构造要求第八章水压试验第九章原型观测和检查维修附录(一)明管结构分析方法附录(二)地下埋管结构分析方法附录(三)坝内埋管结构分析方法附录(四)岔管结构分析方法附录(五)钢管防腐蚀措施附录(六)规范用词说明参考附录(七)打印刷新水电站压力钢管设计规范（试行）SD144—85中华人民共和国水利电力部关于颁发《SD144—85水电站压力钢管设计规范（试行）》(85)水电水规字第32号根据国家计委关于编制设计规范的要求，我部委托部昆明勘测设计院会同有关设计、科研和高等院校等十一个单位编制了《SD144—85水电站压力钢管设计规范》。在编制过程中得到了各有关单位的积极支持，进行了广泛的调查研究和征求意见，并吸收了有关科研成果。现颁发《SD144—85水电站压力钢管设计规范(试行)》。于一九八五年十月实施。各单位在试行中，如有意见，请随时告知部水利水电建设总局和昆明勘测设计院。一九八五年四月二十九日本规范主要编写人员编写内容单位主要编写人员通用部分、明管、地下埋管及水电部昆明勘测设计院诸葛睿鉴、金章瑄、黄伟汇编全文坝内埋管水电部西北勘测设计院袁培义水电部北京勘测设计院潘玉华、邱彬如三梁岔、球岔及汇编岔管部分水电部华东勘测设计院巫必灵、吕谷生月牙岔及无梁岔浙江大学力学系洪嘉智、钟秉章贴边岔及明管振动同济大学数学力学系徐次达强度理论和埋管抗外华东水利学院河川系刘启钊压稳定分析水力计算及地下埋管清华大学水利系谷兆琪结构分析构造要求水电部第十四工程局安装处张树森防腐蚀措施江苏省三河闸管理处王宁强伸缩节结构分析长江流域规划办公室刘奕光第一章总则第1.0.1条本规范适用于：一、水电站1、2、3级压力钢管(引水发电钢管)的设计。4、5级压力钢管设计可参照使用。钢管级别划分应按水利电力部：《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》(山区、丘陵区部分)(SDJ12—78试行)执行。表1.0.1结构型式直径(m)设计内压(kg/cm2)内压×直径(103kg/cm)明管地下埋管坝内埋管58860801581710二、参数不大于表1.0.1的压力钢管。参数超过表1.0.1的钢管，可参照使用，并作必要的补充研究。第1.0.2条水电站压力钢管的结构型式可分为(见图1.0.2)：明管：暴露在空气中；地下埋管：埋入岩体中，钢管与岩壁之间填筑混凝土或水泥砂浆；坝内埋管：埋设在坝体混凝土中；其他：坝后背管、回填管(在地面挖沟，安装钢管后回填土)等。本规范仅对明管、地下埋管及混凝土重力坝坝内埋管作出规定，其他型式可参照有关条文执行。图1.0.2压力钢管的型式(一)(a)明管；(b)地下埋管；(c)回填管图1.0.2压力钢管的型式(二)(d)坝后背管；(e)坝内埋管第1.0.3条当工程设计单位认为不能遵守本规范的规定性条文时，必须作出论证。重大事项须经该工程审批机关同意。第1.0.4条已颁发的、与压力钢管有关的规范、标准，凡与本规范有矛盾者，以本规范为准。第二章布置第一节一般规定第2.1.1条钢管线路应符合总体布置要求，并考虑地形、地质条件，经过技术经济比较确定。一般线路宜短而直，使水流平顺，水头损失小，施工及运行安全、方便。第2.1.2条钢管根数应根据机组台数、管线长短、机组安装的分期、加工制作和安装水平、运输条件、地形和地质条件、电站运行方式及在电力系统中的地位等因素，经技术经济比较后确定。第2.1.3条管径应根据技术经济比较确定。可根据布置和内压变化情况分段定出几种管径。但变径次数不宜过多。第2.1.4条钢管顶部至少应在最低压力线以下2m。第2.1.5条明钢管、坝内钢管以及水轮机前不设进水阀的地下埋管，在管道首端须设快速闸阀和必要的检修设施。地下埋管，若自取水口至钢管道前的引水道较长，或钢管内压较大，而埋深不大，应在首端设事故闸阀。钢管宜设过流保护装置。第2.1.6条钢管首端的快速闸阀或事故闸阀必须有远方(中央控制室)和就地操作装置，操作装置必须有可靠电源。第2.1.7条紧靠快速闸阀和事故闸阀下游必须设置通气孔(井)或通气阀，充水阀出水水流不得封堵通气孔口。通气孔上端宜在启闭室之外，高于校核洪水位。第2.1.8条钢管转弯半径不宜小于3倍管径。位置相近的平面转弯和立面转弯宜合并成立体转弯；位置相近的弯管和渐缩管宜合并成渐缩弯管。第2.1.9条在钢管最低点宜设排水设施。第二节明管第2.2.1条明管线路应避开可能产生滑坡或崩坍的地段。个别管段若不能避开山洪、坠石等影响时，可作成洞内明管、地下埋管或外包混凝土的回填管。第2.2.2条为避免在钢管发生意外事故时危及电站设备和人员的安全，应考虑设置事故排水和防冲设施。第2.2.3条明管底部至少应高出地表0.6m。第2.2.4条明管宜做成分段式。转弯处设有镇墩，其间钢管用支墩支承。两镇墩间设有伸缩节。伸缩节宜设在镇墩下游。若直线管段过长(约大于150m)，可在其间加设镇墩。若管道纵坡较缓，也可不加镇墩，而将伸缩节置于该段中部。钢管穿过主厂房上游墙处，宜设柔性垫层圈。第2.2.5条支座间距应通过钢管应力分析，并考虑安装条件，支座型式、地基条件等因素确定。在两相邻镇墩之间，宜按等距布置。设有伸缩节的一跨，间距宜缩短。支座型式可根据管径D确定：D≤1m钢管无支承环，鞍型支座；D≤2m钢管有支承环，鞍型支座；D=1～3m钢管有支承环，滑动支座；D＞2m滚动支座；D＞2m摇摆支座。若地基可能产生不均匀沉陷，应采取相应结构措施。第2.2.6条镇、支墩的间距，在地震区宜缩短。第2.2.7条管道两侧应布置排水沟，并应在钢管下的地面上设置横向排水沟。应沿管线设置交通道。第三节地下埋管第2.3.1条地下埋管线路宜选择在地形、地质条件优越的地区，应避开山岩压力、地下水压力和涌水量很大的地段。管线宜深埋，覆盖岩层厚度要求可按附录(二)、二计算。第2.3.2条地下埋管宜用单管多机供水方式。若管道较短引用流量较大、机组台数较多、分期时间间隔较长或工程地质条件不宜开挖大断面洞井，经技术经济比较，可采用两根或更多的管道，相邻两管间距除考虑开挖爆破影响外，还应进行岩体强度验算。第2.3.3条洞井型式(平洞、斜井、竖井)及坡度，应根据布置要求、工程地质条件、施工条件选用。第2.3.4条在地下水压较高的地区宜设置排水措施。排水措施可采用排水洞、排水孔、排水管系统，并结合灌浆帷幕等。排水措施必须可靠，宜能检修。应布置长期观测井或测压计，监视地下水位变化情况。第四节坝内埋管第2.4.1条压力钢管的平面位置宜位于坝段中央，其直径不宜大于坝段宽度的1/3。布置管线时应考虑钢管对坝体稳定和应力的影响及施工的干扰。第2.4.2条通气孔布置应防止管口溢水影响坝后电气设备的正常运行。第2.4.3条钢管进口处应设充水阀或旁通管充水，充水阀和旁通管面积宜小于通气孔面积的1/5。第三章材料第一节钢材第3.1.1条钢管所用钢材的性能必须符合现行国家标准《普通碳素钢钢号和一般技术条件》(GB700—79)、《低合金结构钢技术条件》(GB1591—79)、《碳素钢铸件分类及技术条件》(GB979—67)的要求，钢板必须符合《普通碳素钢及低合金钢热轧厚钢板技术条件》(GB3274—82)的要求。第3.1.2条钢管主要受力构件，包括：管壁、支承环、岔管加强构件等应使用镇静钢。钢种宜用A3、16Mn和经正火的15MnV和15MnTi。如需使用其他钢种，需先研究其性能确定相应的焊接方式、热处理办法等工艺措施。明管支座滚轮可采用A3、A4、A5、16Mn或35、45优质钢，ZG35、ZG45、ZG55Ⅰ、Ⅱ级铸件。支座支承板可采用A3F或16Mn钢板。支座垫板可采用上列钢板或铸件。所有钢材须用平炉、电炉或纯氧顶吹转炉冶炼。第3.1.3条主要受力构件钢材的保证条件，除抗拉强度、屈服点、伸长率、磷和硫含量等指标外，还必须满足下列条件：须经冷弯的构件：冷弯试验。须经焊接的构件：保证可焊性，包括，适宜的焊条，焊前、焊后热处理方式等。焊后强度应不低于母材。冲击值不得小于表3.1.3数值(kg·m/cm2）(横试件)。表3.1.3室温0℃应变时效后633对沿钢板厚度方向受拉力的构件，每张钢板都应严格检验。第3.1.4条设计中，钢材弹性模量E可采用2.1×106kg/cm2，波桑比可采用0.3，线膨胀系数可采用1.2×10-5/℃。第3.1.5条钢管结构所用的焊条、焊丝和焊剂应与母材相适应。常用焊接材料见《水工建筑物金属结构制造、安装及验收规范》(SLJ201—80、DLJ201—80)。第二节防腐蚀、止水、混凝土和钢筋混凝土材料第3.2.1条应根据应用条件、腐蚀介质、结构尺寸及防腐蚀要求，合理地选用有效的防腐蚀材料，详见附录(五)。第3.2.2条伸缩节常用止水材料为：油浸麻、橡皮、石棉等。法兰及人孔常用止水材料：橡皮、夹布型止水橡皮、石棉、铅等。第3.2.3条镇墩、支墩及回填混凝土所用的混凝土和钢筋混凝土材料，其质量要求应符合水利电力部《水工钢筋混凝土结构规范》(SDJ20—78试行)及《水工混凝土施工规范》(SDJ207—82试行)。第四章水力计算第4.0.1条水力计算应包括：水头损失和水锤计算。其成果应包括：(1)正常工作情况最高压力线；(2)特殊工作情况最高压力线；(3)最低压力线。水锤计算是调节保证计算的一部分，应与机组转速变化计算配合进行。第4.0.2条水锤计算，应根据本电站及电力系统的运行情况确定计算工况。钢管末端压力升高的采用值不应小于正常蓄水位钢管静水压力的10%。水锤压力初步计算可按下列工况进行。一、正常工作情况最高压力计算(一)钢管水锤：相应于水库正常蓄水位，由本钢管供水的全部机组突然丢弃全部负荷。(二)调压室或压力前池最高涌浪：相应于水库正常蓄水位，经由本调压室或压力前池供水的全部机组突然丢弃全部负荷。钢管水锤与调压室或压力前池涌浪如有重迭可能者应考虑其相遇效应。(三)如研究电站运行情况后，认为不可能同时丢弃全部负荷，可以按丢弃部分负荷计算。二、特殊工作情况最高压力计算情况同上，但水库水位为最高发电水位。三、最低压力计算(一)钢管水锤：相应于水库死水位，由本钢管供水的全部机组除一台外都在满发，未带负荷的一台机组由空转增荷至满发。(二)如系统有特殊运行要求，可根据具体情况确定增荷幅度。第五章结构分析第一节一般规定第5.1.1条允许应力：按弹性工作状态计算所得应力不应大于表5.1.1数值。表5.1.1应力区域膜应力区局部应力区荷载组合基本特殊基本特殊产生应力的内力轴力轴力轴力和弯矩轴力轴力和弯矩允许应力明钢管0.550.70.670.850.81.0地下埋管0.670.9坝内埋管0.670.80.9注：①若屈强比大于0.67，应以计算允许应力(相当于基本荷载组合，膜应力区允许应力对抗拉强度的安全系数不低于2.71—明管；2.23—地下埋管和坝内埋管)。②地下埋管和坝内埋管的管壁和加劲环承受外压力的允许压应力，应按明管采用。③试用新钢种时，应视其机械性能的可靠程度，酌降允许应力。④铸钢件和主厂房内的明钢管应按表5.1.1的允许应力降低20%。弯管降10%。岔管的允许应力另见第六章。⑤地下埋管满足埋深要求(可按附录(二)、二计算)者才能按表5.1.1第二行地下埋管取用允许应力。若埋深不足，可按附录(二)、二处理。⑥坝内埋管膜应力区特殊荷载组合允许应力仅适用于按明管校核情况，其他情况都用参见第5.4.2条。⑦为钢材抗拉强度，为屈服点，屈强比为。第5.1.2条焊缝系数值，按表5.1.2采用。第5.1.3条强度校核各计算点应力应满足下列强度条件：式中、——轴向、环向正应力(以拉为正)；——剪应力；——焊缝系数；[]——相应计算情况的允许应力。表5.1.2焊缝类别一类二类一、超声波探伤抽查率%10050二、射线照相抽查率%2510焊缝系数双面对接焊0.95单面对接焊、有垫板0.90注：①可根据本工程情况选用上表中的探伤方法一或二。重要工程钢管的一类焊缝，用超声波检验时，应使用射线探伤复验，复验长度为该条焊缝的5%。二类焊缝则只在