瓦屋山水電站壓力鋼管結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及彈塑性有限元分析.pdf

1、隨著西部大開發(fā)及水電能源建設(shè)的快速發(fā)展，諸如紫坪埔電站、瓦屋山電站、小天都電站、自一里電站、木座電站、仁宗海電站等一批高水頭電站正在興建或即將開發(fā)。高水頭地下壓力管道已被廣泛采用，如何科學(xué)、合理地分析地下埋管結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及其與圍巖的聯(lián)合作用，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，降低工程造價(jià)，確保工程安全，已為實(shí)際工程中高壓埋藏式壓力管道設(shè)計(jì)、施工中必須解決的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。 瓦屋山水電站地下埋管具有覆蓋層較小、地質(zhì)條件復(fù)雜、HD值大的特點(diǎn)，其設(shè)計(jì)具有相

2、當(dāng)大的難度。同時(shí)，瓦屋山水電站采用聯(lián)合供水方式，岔管主管直徑約為5.8米，最大內(nèi)水壓力(含水擊壓力)379米，其HD值接近2200 m<'2>，是目前國內(nèi)HD值較大的分岔管之一。該地下埋管及分岔管結(jié)構(gòu)的安全性，直接關(guān)系到整個(gè)工程能否正常運(yùn)行，因此對瓦屋山水電站地下埋管進(jìn)行研究是非常必要的。 本文是在確定相關(guān)地質(zhì)參數(shù)、內(nèi)水壓力、外水壓力的前提下，通過對初始縫隙的計(jì)算，進(jìn)行了圍巖與壓力管道聯(lián)合受力及抗外壓穩(wěn)定的分析研究。在完成管壁強(qiáng)

3、度計(jì)算的基礎(chǔ)上，進(jìn)行管壁有限元應(yīng)力分析。對于鋼岔管，根據(jù)流體力學(xué)擬定體型，利用岔管展開和網(wǎng)格自動(dòng)剖分程序復(fù)合岔管輪廓，計(jì)算岔管所需板材面積和重量。對岔管分岔角、肋寬比、主支管圓錐角、擴(kuò)大率進(jìn)行評價(jià)分析，以確定岔管體型設(shè)計(jì)的合理性。通過岔管與圍巖聯(lián)合受力有限元計(jì)算，重點(diǎn)分析了整體管殼應(yīng)力、肋旁管應(yīng)力、肋板應(yīng)力、岔管變形及圍巖承載比等。 經(jīng)過對明鋼管及地下埋管兩種方案的研究，得到不同工況下鋼管的受力特性?？紤]圍巖的聯(lián)合作用后，鋼襯

4、各部位應(yīng)力均有所下降，尤其是應(yīng)力集中區(qū)域，應(yīng)力值可下降15％以上，說明圍巖對內(nèi)水壓力的分擔(dān)作用明顯。同時(shí)研究表明縫隙值△也是影響圍巖承載比的重要因素，因此在施工中應(yīng)充分保證混凝土澆筑和接縫灌漿的質(zhì)量，盡量使回填混凝土與鋼襯及圍巖緊密接觸，以發(fā)揮圍巖的聯(lián)合承載作用。 本研究成果已成功應(yīng)用于瓦屋山水電站工程地下埋管的設(shè)計(jì)與施工，并使壓力鋼管工程量由招標(biāo)階段的6500t降低到5400t，節(jié)約工程投資約1000萬元，效益顯著，同時(shí)，