丰满水电站压力钢管三维有限元计算研究--《水电站压力管道——第八届全国水电站压力管道学术会议论文集》2014年
丰满水电站压力钢管三维有限元计算研究
【摘要】：丰满水电站压力钢管采用垫层式浅埋管,单机单管布置,后接坝后式厂房。压力钢管直径8.8m,最大水头70m,水击压力30m,单机引用流量390.23m~3/s,管内流速6.42m/s。鉴于丰满水电站压力管道工程规模巨大,为了解该坝内垫层管在内水压力、地震等荷载作用下的应力应变分布、裂缝开展情况,需要对大坝和管道整体结构建立计算模型,利用三维非线性有限单元法进行计算分析,重点解决坝体、厂房与压力管道的变形协调问题。为了减少坝体混凝土拉应力、限制坝体混凝土裂缝宽度,同时降低坝体厂房不均匀沉降对钢管应力的影响,在钢管周围铺设了垫层,并通过比选确定了垫层的厚度、弹性模量和铺设范围。计算表明,采用垫层管过缝代替伸缩节、将厂坝分缝灌浆到钢管管底高程可以满足厂坝分缝处钢管和混凝土结构的受力及位移要求。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TV732.41【正文快照】：
1概述丰满水电站位于吉林省吉林市的第二松花江干流上,控制流域面积为42500km2。水电站枢纽建筑物主要由碾压混凝土重力坝、坝身泄洪系统、左岸泄洪兼导流洞、坝后式引水发电系统、过鱼设施及利用的原三期电站组成。丰满工程为一等工程,工程规模为大(1)型。水库正常蓄水位263.
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木加甲一级水电站引水系统设计
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摘要：木加甲河为怒江右岸一级支流，属高黎贡山片区，工程区域地质岩性以花岗斑岩，花岗片麻岩为主。木加甲一级电站为引水式电站，主要建筑物为首部枢纽，引水隧洞，洞内前池，压力钢管道，厂房等组成。引水隧洞总长为5960m，其中无压隧洞长4790m，有压隧洞长1170m。电站设计水头482m，属高水头水电站。 中国论文网 /2/view-588825.htm 主题词：木加甲水电站 引水系统 引水隧洞 压力管道 木加甲一级水电站位于云南省怒江傈僳族自治州福贡县木加甲乡境内，为径流引水式电站。木加甲河位于怒江右岸，为怒江一级支流，发源于高黎贡山山脉脊部，流域位于东经98°41′～98°49′、北纬27°24′30″～27°29′之间。木加甲河流域水系主要由干流木来戛洛河和主要支流开洼洛河、急苏洛河组成。木加甲一级电站在分别在三条河道2000m高程处建坝引水发电，电站取水口以上集雨面积125.65km2，取水口多年平均流量7.37m3/s。电站为无调节径流式电站，设计水头482m，设计引用流量15.2 m3/s，总装机容量60MW，多年平均发电量2.7亿kw.h。 木加甲一级水电站为径流引水式电站，共设3座首部枢纽，分别从开洼洛河、木来戛洛河、急苏洛河上取水。1#首部枢纽位于开洼洛河，通过1#隧洞引水至木来戛洛河；2#首部枢纽位于木来戛洛河，通过2#隧洞引水至前池；3#首部枢纽位于急苏洛河，通过3#隧洞引水至前池。前池位于4#有压隧洞前段，为洞内前池。前池汇水后通过4#有压隧洞和压力钢管引水至厂房发电。电站厂房位于木加甲河右岸，布置两台冲击式机组，装机容量2×30MW。 工程总体布置如下图： 首部枢纽和进水口设计 木加甲一级水电站共布置3个首部枢纽，分别位于木来戛洛河、开洼洛河、急苏洛河上。首部枢纽均属于低坝挡水，最大坝高不超过15m，首部正常蓄水位与大坝溢流堰堰顶高程一致。进水口为无压开敞式进水口，设计引水流量均较小。 木来戛洛河、开洼洛河、急苏洛河均为山区小河流，两岸山高陡峻，易发暴涨暴落山区洪水，进水闸室和引水隧洞的水位流量须采取一定的工程措施控制。通过前期的现场考察和周边类似电站的调查来看，该地区河道泥沙较多，碎石较多，极易产生坝前淤积，故须对冲沙建筑物进行很好的布置设计。工程坝址区均存在基岩出露，岩性主要为花岗片麻岩，工程地质条件良好。 针对这些工程实际特点，在设计进水口和隧洞引水的布置上，进水闸室位于大坝一侧作为挡水建筑物一部分，隧洞布置于挡水坝后面，在进水闸室和隧洞进口之间布置一段引水明渠，明渠设溢流侧堰，保证隧洞水位得到控制。隧洞进口前的明渠末段，设沉沙池和2#冲沙闸，隧洞进口底板高于沉砂池底板1～1.5m，从而把从进水闸室进来的泥沙在进隧洞前沉积排净。大坝1#冲沙闸位于进水闸和溢流坝之间，冲沙闸底板尽量与下游河床高程平顺衔接，不应低于下游河床，以免下游泥沙淤积，影响排沙。 首部枢纽布置示例如下图： 引水隧洞设计 木加甲一级水电站整个工程枢纽区主要出露高黎贡山花岗岩，对隧洞沿线进行地质调查后进行初步分析，以及对本工程进行平洞开挖得出的地质情况来看，引水隧洞洞线岩体主要由花岗岩组成，岩石的强度属坚硬围岩，具有较高的抗压、抗剪强度和物理力学指标，沿线构造、裂隙不发育。各条隧洞进出口覆盖层较薄，主要以Ⅲ类围岩为主，局部有不稳定Ⅳ类围岩；洞身段围岩质量为Ⅱ类、Ⅲ类，局部为Ⅰ类。隧洞的地质条件很好，仅进出口段需要局部衬砌，其余洞段采用光面爆破，无须衬砌。 1#、2#、3#隧洞均为无压引水隧洞，4#隧洞为有压隧洞，通过水力学计算，各条隧洞过水断面如下表： 压力前池设计 压力前池之前曾选址于山腰上，作为露天前池，2#、3#隧洞直接引水汇入前池，前池连接4#有压隧洞。后经过现场查勘及对2#隧洞出口的平洞开挖初探，发现此处夹于两侧高山之间，是一个大型的堆积山体。对2#隧洞开挖平洞初探，出现洞顶坍塌；对前池进行基础开挖坑槽探，发现覆盖层深厚，且多为破碎泥夹碎石，存在基础和边坡失稳。故不应再此处开挖做露天前池。 4#隧洞位于左侧山体，对其进行进洞口开挖初探，发现其为完整的花岗岩山体，岩质为Ⅲ类、Ⅱ类围岩，仅需对洞口处做一定的支护衬砌。 通过对以上的地质情况进行分析，对前池以及2#、3#隧洞出口进行了重新的布置调整；将前池布置于4#隧洞进口内约100米处，2#隧洞出口改线避开堆积山体接入洞内前池，3#隧洞出口改线避开堆积山体直接接入2#隧洞。 前池工程布置如下图所示： 调压井的设计 对于需要设立上游调压井，《水电站调压室设计规范》（DL-）3.1.2条，可按公式（3.1.2-1）进行： Tw>【Tw】 （3.1.2-1） 经过计算，=1.76s，Tw的允许值为2～4s，而且本电站在电力系统中所占的所占的比重较小, Tw可取大值。故<Tw，无需设立上游调压井。 压力管道设计 1）、压力管道管径选择 对于钢管的管径选择，通常需要做技术经济比较进行选取经济管径。对于初设阶段，可用彭德舒公式进行计算： 其中，K值约在5～15之间，钢材较贵，电价较低廉时K取小值。 《水电站压力钢管设计规范》（DL/T ）中，对于管道内流速要求为3～5m3/s，当水头较高时，可以取4～6m3/s。 通过计算，钢管主管管径取值2.0m，相应流速4.93m3/s。 2）、管线布置 钢管道沿山脊布置，沿线两侧山坡地形坡度一般为35°~55°，山脊沿线地形坡度一般为12°~30°，陡者可达42°~55°。山坡地表为坡积层覆盖，植被较茂密，山体处于自然基本稳定状态。管道通过山体呈鱼鳍形山梁，地形单薄，山脊宽度不一，欠完整，局部地形陡峻处基岩出露。 压力钢管主管道全长937.32m，沿线共设13个镇墩。其中1#~2#镇墩及6#~7#镇墩工程段沿线基岩裸露，岩性为坚硬的片麻岩类岩石，基础岩体质量基本以Ⅲ类为主；3#~6#镇墩及7#~9#镇墩工程段表部为坡积层，岩性为碎砾石质土，属散体结构，厚度一般为1m~5m，下伏岩体受构造、风化河流下切的影响，岩体松弛变形位移，卸荷裂隙发育，工程地质条件差，基础岩体质量属Ⅴ类，需进行工程处理，以满足工程安全的要求。 针对以上工程地质条件，对压力钢管管道线1#～3#镇墩之间的压力钢管采用明管布置型式；3#～6#镇墩之间的压力钢管道采用外包砼埋管的布置型式；6#至13#镇墩之间的压力钢管道采用明管布置型式。 由于地形条件的限制，压力钢管尾段13#镇墩之后，须从山体打一段竖井，竖井外包钢筋混凝土。主管水平转向后，分2支岔管垂直进入厂房，竖井段长度为28.5m，岔管长40m，埋于山体内，钢管周围均浇筑钢筋混凝土保护层。 结语： 木加甲一级水电站把木加甲河的3条支流，在2000m左右高程筑坝引水至1500m高程左右开发。工程设计主要就是引水系统的设计，存在多条河流多条隧洞引水，最终合并发电的特点。工程区域地质良好，出露花岗片麻岩，隧洞成形条件十分理想。电站设计水头较高，压力钢管线较长，各段管线之间地质情况不一，在建设期间应加强地质勘察工作，以进一步完善工程设计。 注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
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xzbu发布此信息目的在于传播更多信息，与本网站立场无关。xzbu不保证该信息（包括但不限于文字、数据及图表）准确性、真实性、完整性等。《水电站压力钢管设计规范》第一稿审查会--《水利水电技术》1983年05期
《水电站压力钢管设计规范》第一稿审查会
【摘要】：正 由水电部昆明勘测设计院主持制定的《水电站压力钢管设计规范》第一稿审查会于日至31日在昆明召开。参加会议的有水电部水利水电建设
【作者单位】：
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【正文快照】：
由水电部昆明勘测设计院主持制定的《水电站压力钢管设计规范》第一稿审查会于日至31日在昆明召开.参加会议的有水电部水利水电建设总局技术委员会、水利水电规划设计院、各直属勘测设计院,以及与规范编制有关的省水利设计院、工程局、大专院校等24个单位,共54名
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小浪底水电站引水发电系统共有6条地厂埋藏式压力钢管，每条压力钢管平均长度1900m，内径78m，最大设计内水压力为2MPa。压力钢管选用日本NKK公司按美国ASTM标准生产的A537Cll钢（高强正火钢，抗拉强度485－620MPa）和A517钢（高强调质钢，抗拉强度为795～930MPa）。设计考虑钢板、混凝士衬砌与围岩联合运用，共同承担内水压力。由于小浪底水电站工程整个地质情况都较差，且发电引水洞经钻爆法施工后岩石松动，为提高其整体性及强度，除开挖后即进行喷锚挂网支护外，还在全范围内进行了系统的灌浆处理，包括固结灌浆、回填灌浆和接触灌浆。灌浆孔沿洞轴线方向排距45m，每排6孔，呈放射状布置（见图回）。6条压力钢管上共有灌浆孔1536个，其中A537钢板段1320个，A517钢板段216个。钢板上的灌浆孔为一孔多用，除进行固结灌浆外，还用于回填灌浆和接触灌浆。图回压力钢管灌浆孔布置图（单位：m）灌浆孔的封堵是压力钢管施工中一个...&
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1概述辽宁蒲石河抽水蓄能电站位于辽宁省丹东市宽甸满族自治县境内,电站距丹东市约60km。电站总装机容量1200MW,单机容量为300MW,共4台机组。电站输水系统按发电流向由引水系统和尾水系统两大部分组成。引水系统由上水库进/出水口、引水隧洞和压力钢管组成,采用二洞四机的布置方式。尾水系统由尾水隧洞、尾水调压井和下水库进/出水口组成,采用一洞四机的布置方式。引水压力钢管固结灌浆孔数共654个,尾水钢衬固结灌浆孔数共456个。电站上水库最大净水头:329.7m,最小净水头:287.9m。引水系统压力钢管管口中心高程为-2m。水电站压力钢管是输导水电站用水的大型管道,采用多节钢管焊接而成,埋于地下隧洞内,钢管安装后须在其外壁与洞壁间回填混凝土,为消除混凝土与钢管、洞壁间的缝隙,则在压力钢管壁上开设若干灌浆孔,灌浆孔由钢管壁上的开孔,对应该孔在钢管外壁上焊接的加强板,在加强板上开设有螺孔和螺塞构成,灌浆完成后将螺塞安装在灌浆孔上,将灌...&
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1压力钢管工程概述小浪底水利枢纽工程共有6条地下埋藏式压力钢管,内径7800mm,靠近蜗壳处渐变为7000mm。从上游到下游分为上斜段、上弯段、斜井段、下弯段、下平段5个部分。钢管材质为ASTMA537Cl.1钢(正火钢,抗拉强度485～620MPa)和ASTMA517F钢(高强钢,抗拉强度795～930MPa)两种,板材的化学成分见表1。钢板厚度分为20,22,24,28,30,32,34mm7种。压力钢管全长1132.8m,总质量6720t,其中A517F钢1170t,占17.4%。2灌浆孔布置压力钢管的受力方式为管壳与外围岩石联合受力,为此,在压力钢管外围回填150号素混凝土,并对周围的岩石进行固结灌浆,对混凝土进行回填灌浆和接触灌浆。根据施工技术要求,这些工作都在压力钢管安装完成之后进行,所以必须在压力钢管上设置灌浆孔。根据施工实际需要,小浪底工程压力钢管共开有1512个灌浆孔,其中A517F钢上有216个。灌浆孔沿压力...&
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1水电站压力钢管压力钢管是水利水电工程中输水建筑物的重要组成部分。压力管道是从水库、前池或调压室,将水在有压的状态下引入水轮机或其他设备的输水管,以满足发电、供水等要求,是集中水电站全部或大部分水头的输水管。压力钢管的运行特点是:承受水电站的最大水头,内水压力大;承受水锤等动水压力;坡度陡且靠近厂房。因此压力钢管的运行必须是安全可靠的,以保证厂房设施和运行人员的安全。压力钢管是一种薄壳结构,能以较小的厚度形成承载能力高、刚度大的承重结构,因此其安全性和经济性受到重视,对材料、设计方法和工艺等有不同于一般水工建筑物的特殊要求[1]。2引起压力钢管破坏的主要影响因素压力钢管的典型破坏模式主要有塑性破坏、屈曲失稳、脆性断裂和疲劳破坏。根据国内外压力钢管破坏的实例,引起压力钢管破坏的因素主要有:由于管理和运行不合理带来过大的水锤引起的;内部压力降低,致使过大的外压直接作用在管道上,引起钢管的抗外压失稳;钢管的支座处的位移和沉陷太大;由于...&
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0引言雅玛渡水电站压力管线长2 006.8 m。压力引水管线采用单机单管、全压力钢管的布置形式,单根压力管线长2 015 m。压力管线采用浅埋回填管,布置在开挖的沟槽内,管顶平均回填深度2.0 m,回填料为开挖的砂砾石土。引水压力管共3根,单根管线全长2 015 m,管径4.0 m,3根管线单根长度分别为1 771 m、1 776 m、1 781 m,总长5 328 m,工作压力0.4～1.8 MPa,单机设计引用流量33.33 m3/s,相应管内最大流速2.65 m/s,钢管壁厚由12 mm增大到24 mm,均采用1 6MnR钢制作。钢管内外壁均采用厚浆型环氧沥青防腐涂料进行防腐处理。在压力钢管安装过程中,由于受温度变化、底部支撑不稳或是地基垫层下陷等因素影响,导致多次钢管变形倾倒和轴线偏侧,给安装工作带来了诸多问题。为此,我们仔细分析之后,用一些行之有效的办法较好地解决了这些影响因素对安装工作带来的这些问题。保证了压力钢管的...&
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1工程概况莒溪水电站以发电为主,为引水式开发,总装机容量18·9 MW(3×6·3 MW),设计流量3·63 m3/s,设计水头663·624 m,是一座典型的高水头、小流量水电站。工程枢纽建筑物由取水枢纽、引水系统及发电厂房组成,引水线路总长4·72 km,其中压力管道长1·6 km,是本电站设计施工难点、重点部位。工程于2005年9月开工建设,至2007年6月中旬电站正式投产发电,建设总工期22个月,目前电站运行正常。2自然条件电站位于莒溪上游,溪流两岸山高谷深,交通困难,森林植被覆盖良好,降水丰富,年均气温20℃,年均降雨量1 000~2 000 mm,垂直变化明显,工程区域地质构造稳定性较差,地震基本烈度为Ⅶ度。压力管线基本沿山脊布置,地形平均坡度30°左右,部分管段基岩出露,总体属同向陡倾结构坡,坡体稳定。3压力钢管设计3·1管道布置经综合布置比较,管道沿河流左岸的山脊为明管布置。山脊基岩基本裸露,岩性为Ptaa条纹~...&
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