廷巴班水电站三梁钢岔管受力特性有限元分析

水电站钢岔管是发电机组前用于连接压力钢管主管与支管的重要结构,其受力条件复杂,若设计不合理将极大威胁水电站的运行安全。三梁钢岔管为一分三的复杂岔管结构,受较多的焊缝及管壁转折影响,应力分布更不均匀,设计过程更为复杂。以廷巴班水电站为例,采用三维有限元计算方法,对初拟的三梁钢岔管设计体型应力状态进行分析,结合对加强梁应力改善作用和岔管各部位厚度对应力的影响分析,验证了三梁钢岔管设计体型的合理性,研究成果具有一定的工程参考价值。

基于CATIA二次开发的月牙肋钢岔管辅助设计系统开发与应用

利用自动化对象编程,针对水电站月牙肋钢岔管设计繁琐、工作量大、有限元计算前处理耗时长的缺点,开发出基于CATIA二次开发的辅助设计系统。该系统实现了月牙肋钢岔管在CATIA中的快速建模和网格自动剖分,最终在有限元软件ANSYS中完成有限元计算。以蟠龙抽水蓄能电站工程月牙肋钢岔管为例进行了计算,并与设计院的计算结果进行了对比与分析,结果表明该系统具有设计速度快、精度较高等优点,具有较高的实用价值。

内加强月牙肋钢岔管水压试验

结合某高水头电站埋藏式月牙肋钢岔管的工程实际,采用有限元方法对岔管水压试验方案进行了分析研究,并与传统的简化算法进行了比较,讨论了结构自重、水重、支座作用等因素对岔管结构应力应变分布规律的影响.根据钢岔管与支座顶部翼缘的连接条件,分固结和摩擦接触两种情况进行了比较,给出了水压试验时岔管及支座结构的应力状态和变形情况,并对结构的整体安全性做出了评价.

组合式地质力学模型试验系统及其在分岔隧道工程中的应用

地质力学模型试验是根据一定的相似原理对特定工程地质问题进行缩尺研究的一种方法。地质模型是客观物理实体的再现,在满足相似原理的条件下,能够真实反映岩土介质的基本力学变形特性。要进行模型试验,就必须有相应的模型试验装置。根据地质力学模型试验的特点,本文研制出一种能实施同步非均匀加载的组合式地质力学模型试验系统。该系统主要由盒式台架装置、变荷加载板和液压加载控制试验台组成,其具有尺寸可调、加载规模大、持荷稳定的显著优点。应用该系统对一大型分岔隧道工程进行了三维地质力学模型试验研究,有效揭示了分岔隧道围岩位移场、应力场的变化规律和岩锚支护效应。

地下水工隧洞围岩及钢筋混凝土岔管结构数值分析

随着高山峡谷地区大型水电工程的兴建,深埋地下水工隧洞的围岩稳定和内外水压力作用下衬砌应力变形等成为重点关注问题。从围岩开挖支护、围岩衬砌相互作用和钢筋混凝土有限元模拟等方面建立钢筋混凝土岔管段数值分析模型,以蒲石河抽水蓄能电站尾水岔管为例,分析了围岩的应力、变形问题以及混凝土岔管结构配筋和配筋后应力、裂缝开展等问题。围岩分析计算结果表明:在主、岔洞交叉处会产生拉应力,塑性区开展较深,同时主洞靠近岔洞侧和尾水支洞的两侧岩体塑性区也有较大的开展。岔管结构分析计算结果表明:正常运行工况在内水压力作用下岔管结构大部分区域存在拉应力,裂缝较大;检修工况在外水压力作用下仅在主、岔管交叉处存在拉应力区,裂缝较小。

内加强月牙肋钢岔管新型结构

内加强月牙肋钢岔管具有水头损失小、受力比较均匀、外部无明显突出构造物、洞室开挖断面较小等优点 ,因此广泛应用于地下埋藏式压力管道。但布置在地面上的明式月牙肋钢岔管尚不多见 ,特别是当钢岔管承受的水头和直径较大时。以某水电工程钢岔管为例 ,以满足结构受力和水力条件为前提 ,优化岔管体形 ,然后按照钢衬钢筋混凝土岔管结构进行了有限元计算 ,得到了一些有益的结论。

埋藏式月牙肋岔管结构特性研究

某抽水蓄能电站采用埋藏式月牙肋岔管,岔管HD值3500m2,且围岩条件较差。采用作者自行开发的月牙肋岔管体形设计程序(CrbpCAD)和商用ANSYS软件,考虑岔管与围岩联合承载,采用三维有限元方法讨论了岔管布置形式、分岔角、围岩单位弹性抗力系数、缝隙值、主管直径等因素对岔管结构设计的影响。研究认为,对称布置、较大的分岔角、减小管径对岔管结构有利,围岩条件越好、缝隙值越小对围岩与岔管联合承载越有利,然而分岔角增大、管径减小会增大能量损失,应通过经济技术比较确定合适的分岔角和管径。

分岔煤层下分层再生顶板地面预注浆加固区域研究

分岔合并煤层受上分层采动影响,造成下分层顶板破碎,支护困难,严重影响下分层安全高效开采,常采用注浆加固技术对再生顶板进行提前改造,以提升顶板完整性。注浆加固区域对注浆效果有直接影响,为了给地面预注浆加固区域选择提供科学依据,以淮北矿区许疃煤矿分岔合并煤层为研究对象,采用理论分析与数值模拟,计算了上分层开采顶底板破坏高度及深度,获得了下分层再生顶板结构特征;基于数值模拟计算了采空区不同位置空隙率及渗透系数大小,获得了空隙率及渗透系数空间分布规律,最终确定了采空区不同位置注浆特征及其范围。结果表明:上分层开采顶板垮落带及断裂带(“两带”)发育高度21~28 m,底板破坏深度约10 m,下分层再生顶板由上分层底板破坏带、垮落带及断裂带三部分组成,岩体结构属碎裂-散体结构,完整性差;采空区垮落带空隙率在开切眼、终采线及两帮巷道处最大,可达50%以上,而向采空区中部及上方断裂带逐渐减小至10%以下,平面上呈“O”型分布,垮落带与断裂带渗透系数可相差3个数量级以上,采空区平面上可划分为注浆极易区、中等区及一般区,确定了平面上煤层间距小于10 m范围内巷道两帮、开切眼及终采线等位置是主要注浆区域,垂向上垮落带为主要注浆区域。研究结果可为类似近距离煤层下分层再生顶板地面注浆加固钻孔布置及注浆区域选择提供依据。

月牙肋钢岔管设计中若干问题的探讨

针对月牙肋钢岔管顶部出现较大局部应力使管壳厚度大为增加、有限元计算肋板应力受网格剖分影响较大的问题,以安徽绩溪水电站钢岔管为例,探讨了钢岔管基本锥腰线转折角对管壳腰部和顶部局部应力的影响,比较分析了肋板不同单元类型和网格疏密对计算结果的影响。结果表明,钢岔管基本锥腰线适宜转折角为6°～14°,月牙肋采用实体单元模拟更精确,采用板壳单元模拟更简便,肋板网格疏密对应力分布规律影响不明显,仅对最大应力值有影响。

埋藏式月牙肋钢岔管结构三维有限元分析

采用三维有限元方法,应用自编的弹簧单元加载程序和ANSYS软件,考虑钢岔管与围岩间的缝隙值,按岔管与围岩联合承载,对某水电站的埋藏式月牙肋钢岔管进行了结构计算,分析了钢衬、混凝土衬砌与围岩联合承载结构特性,探讨了围岩性能和初始缝隙值的敏感性。结果表明,钢岔管与围岩联合承载时钢衬及肋板应力变化梯度趋于平缓,围岩约束钢衬的位移使其分布趋于均匀,采用弹簧单元模拟回填混凝土和围岩有效、可行。

基于知识工程模板的月牙肋岔管参数化设计

基于CATIA软件的知识工程技术,提出了月牙肋钢岔管的三维参数化设计方法。选取合适的定位条件,并通过建立参数关联实现用户输入参数与草图、三维模型之间的驱动关系,建立了通用的月牙肋岔管的设计模板。采用该模板可以快速确定月牙肋岔管多种设计方案,并导入有限元软件进行结构分析,获得最终设计方案。在三维模型上进行焊缝分缝设计后,借助曲面展开功能获得管节展开图,并自动生成控制点坐标表和材料表。该设计方法以建立模板为核心,整合了岔管参数化建模、有限元结构分析、焊缝分缝设计和绘制岔管展开图四大功能,满足了月牙肋岔管施工详图阶段的设计需求,在工程应用中显示了设计效率高的优点。

钢筋混凝土岔管锐角区修圆优化的压强分布不均匀性研究

修圆优化是缓解钢筋混凝土岔管锐角区应力集中现象的有效措施之一。针对该措施对岔管水力特性带来的显著影响,作者选取Realizable k-ε模型,结合实际工程进行CFD数值模拟,在对岔管的流态特征与水头损失等进行分析的基础上,针对典型断面及管壁压强分布的不均匀性进行定量研究,给出了典型断面压强分布不均匀性衡量标准。结果表明,分岔处附近管壁压强分布不均匀且左右呈现较明显的不对称性,锐角区修圆半径的增大能略微降低岔管水头损失,正常发电工况下,修圆半径小于约0.5倍最大公切球半径时能小幅改善岔管流态,但继续增大修圆半径会恶化流态并增大近分岔处压强分布的不均匀程度。

基于APDL的水电站三梁岔管设计研究

阐明APDL参数化语言在三梁岔管计算建模中的优点,系统介绍APDL在ANSYS程序中的运用方式,采用APDL建模和计算基本结构及常用语句,并结合工程实例阐述利用APDL进行三梁岔管建模、计算步骤及注意问题。结果表明,APDL是一种可广泛推行的建模方式,对复杂的三梁岔管设计可大大提高工作效率。

埋藏式月牙肋钢岔管应力控制标准的比较研究

通过三维有限元结构分析,对目前常用的几种钢岔管应力控制标准进行了比较研究。在相同围岩参数及缝隙条件下,按不同应力控制标准设计的钢岔管管壁厚度和肋板尺寸差别较大,说明不同应力控制标准之间差别是较大的。此外,在满足明管校核准则和适当围岩承载比的条件下,按DL/T 5141—2001《水电站压力钢管设计规范》坝内埋管的结构系数增加10%的应力控制标准对地下埋藏式钢岔管进行设计是比较合理的。

卡隆卡水电站钢岔管结构优化与设计

根据卡隆卡水电站的工程规模和特点,选用内加强月牙肋钢岔管,利用自行编制的计算机辅助设计程序进行岔管体形的优化设计,并采用三维有限元法对所设计的岔管进行计算分析。计算结果表明,经过优化设计的钢岔管结构安全、合理,不仅可以满足运行要求,而且使最大管壁厚度减小为32 mm,与直径的比值为2.3%,分别小于规范规定的36 mm和t/d值为2.5%(Q390钢),可以满足钢材冷加工的要求,解决了高水头、小直径钢岔管加工工艺上的困难。

洪屏抽水蓄能电站内加强月牙肋钢岔管原型水压试验研究

洪屏抽水蓄能电站岔管HD值高,且为国内首批采用国产800MPa级高强钢的钢岔管。从工程安全角度考虑,确定进行水压试验。通过水压试验检验钢岔管的制作水平,钝化尖端应力,削减焊后残余应力,增加结构的安全度。水压试验表明,其最终测试结果与三维有限元计算基本吻合,为后续钢岔管的设计提供了重要的依据。

型钢混凝土组合结构空间分叉柱(撑)施工技术

于家堡金融区起步区项目03-15地块工程附楼存在大量型钢混凝土组合结构空间分叉柱(撑)形式。施工中,对该结构进行了合理分段,采用计算机辅助设计软件进行了深化设计,以及在测量、钢筋、模板、混凝土等关键工序运用了科学的施工技术,保证了施工质量与安全,达到了设计预期目的。

高水头钢筋混凝土岔管结构计算与观测对比分析

通过对钢筋混凝土岔管结构计算与充水过程观测资料对比分析,获得较完整的钢筋混凝土岔管这个复杂结构的工作性状和结构应力分布规律。既对现有的设计原则及工程措施作了定性评估,又可为其他类似工程设计起指导和借鉴作用。

地下钢筋混凝土岔管围岩稳定及结构数值分析

以国内某抽水蓄能电站的钢筋混凝土岔管工程为例,从围岩开挖支护、围岩与衬砌相互作用和钢筋混凝土结构等方提出了围岩、混凝土等材料的数值模拟方法,通过三维有限元线性和非线性计算,分析研究了地下钢筋混凝土岔管在施工、运行等工况下,围岩、衬砌结构的应力与变形,以及混凝土岔管结构配筋和配筋后应力、裂缝开展等问题.结果表明:在开挖阶段由于地应力释放在主、岔洞交叉处会产生拉应力,塑性区开展较深;正常运行工况在内水压力作用下岔管结构大部分区域存在拉应力,裂缝较大;检修工况在外水压力作用下仅在主、岔管交叉处存在拉应力区,裂缝较小;结构配筋时,轴向配筋应该由外水作用的工况来控制,环向配筋由内水作用为主的工况来控制.

大型泵站输水管线钢岔管应力分析及结构形式

针对南水北调工程惠南庄泵站输水管线中的卜型钢岔管进行三维有限元计算分析,在设计水头110m和校核水头130m作用下,考虑有无外包混凝土、计入不计入钢管及混凝土自重、外包混凝土与钢管之间垫层弹性模量的不同取值以及采用设计肋板和加强肋等各种不同工况,对卜型钢岔管应力进行计算分析,以确定岔管在设计水压力和校核水压力作用下的安全性。结果表明,岔管的最大主拉应力一般发生在支管与主管相交处,考虑外包混凝土与钢管的联合作用将显著减小最大拉应力值;同时,增长肋板长度或者增加肋板刚度都有利于降低拉应力峰值。根据计算结果,对惠南庄泵站输水管线的钢岔管设计提出了建议。