姚家平水利枢纽工程钢岔管结构型式选择与CFD研究

结合姚家平水利枢纽工程的总体布置,对主电站引水系统对称Y形和非对称Y形月牙肋钢岔管两种结构型式分别进行了三维有限元应力分析和CFD三维流场计算。计算结果表明:对称岔管两腰部位应力分布均匀,肋板尺寸较小;但在主支锥管相贯线内表面A点附近出现较大的应力集中现象,因此对称岔管满足强度所需的管壁厚度大于非对称岔管。在水力学方面,非对称岔管两支管的水头损失不相等,其中与主管同轴线的直支管水头损失最小,斜支管水头损失最大,但没超过对称岔管的0.358 m,说明从岔管部位水头损失和水流流态上看,非对称岔管也稍优于对称Y形岔管。综合考虑岔管结构和水力学特性以及工程地形等因素,建议姚家平水利枢纽工程中主电站引水发电系统选择非对称Y形岔管布置方案。

异形多腔钢管混凝土分叉短柱抗震性能试验及数值计算

针对某超高层巨型框架结构中异形截面多腔钢管混凝土(concrete-filled steel tube, CFT)分叉柱,为研究截面加强构造对分叉短柱抗震性能的影响,进行了4个试件在竖向轴压力及水平往复两次的低周反复荷载下的抗震性能试验研究,试件上部为五边形四腔体钢管混凝土双柱肢,下部为八边形十三腔体钢管混凝土单柱肢,以此形成分叉柱;研究的截面构造包括四种:基本构造,钢管钢板整体加厚构造,距中和轴较远的钢管角部钢板内表面贴焊等肢角钢的局部钢板加厚构造,距中和轴较远的钢管腔体内置圆钢管构造。基于试验结果及截面构造特点,进行了数值计算。试验及数值计算结果表明:异形截面多腔钢管混凝土分叉短柱的破坏主要发生在上柱根部分叉截面处,表现为距离中性轴较远处的钢板撕裂以及局部焊缝开裂引起的整块钢板撕裂;内置圆钢管的加强构造承载力提高7.6%、变形能力提高14.4%,综合耗能能力最强,局部钢板加强构造承载力提高9.2%、变形能力下降18.7%,钢管钢板整体加厚构造承载力略有提高、但变形能力下降较多;提出的异形多腔钢管混凝土柱简化建模方法计算效率较高,精度满足工程设计要求。

襄阳东站柱分叉铸钢节点缩尺模型试验研究

襄阳东站在南、北两端区域采用柱分叉支承钢屋盖以减小屋盖悬挑长度,柱分叉节点考虑到建筑美观要求及受力复杂等因素采用了铸钢节点型式,论文对柱分叉铸钢节点进行了1/2缩尺模型加载试验验证,详细介绍了试验加载装置、加载方案、试验现象及试验结果,有限元对比分析结果与加载试验吻合较好,结果表明柱分叉铸钢节点构造合理、承载力高,薄弱部位出现在与铸钢件相连的接长钢管上,满足强节点弱构件、强连接弱构件的设计要求。

某水利枢纽工程钢岔管水压试验闷头有限元分析

某水利枢纽工程钢岔管采用“Y”型月牙肋岔管,在水压试验工况下,对岔管、闷头及两者连接的过渡锥管,进行三维有限元分析,选择满足水压试验的较优体型。现场根据有限元计算确定的闷头和过渡锥管体型进行水压试验,经过应力测试,钢岔管管壁和肋板各部位应力均小于钢材允许应力,满足设计及规程规范要求。

清原抽水蓄能电站引水钢岔管水压试验研究

引水钢岔管作为抽水蓄能电站重要的水工建筑物,体型复杂,制作难度大。介绍了清原引水钢岔管打压试验原理、方法及过程,验证了钢岔管体型设计及焊缝接头的可靠性,通过试验前后的无损检测,消除了新钢岔管的部分残余应力。结果证明,引水钢岔管质量有保证,能满足运行期各个工况下的安全运行。

平底钢岔管体型设计与受力特性分析--以西藏德罗水电站为例

对称平底钢岔管各管节的管底在同一高程,钢管检修时,水体能自流排放,方便检修,但使用常规的解析方法对平底钢岔管进行体型设计较为困难,出图效率也较低。提出在CATIA中建立对称平底钢岔管的标准模板,以适应不同尺寸钢岔管的三维设计,并以德罗水电站中钢岔管为例,采用ANSYS程序对月牙肋钢岔管、平底月牙肋钢岔管及平底三梁钢岔管的受力特性进行分析。结果表明:3种形式的钢岔管均能满足受力要求,其中月牙肋岔管受力最优,但排水不便;平底钢岔管采用三梁进行加强后,加强梁与岔管管壁应力得到显著改善;平底钢岔管既能方便排水检修,也能满足受力要求,可在工程中推广应用。

鄂北地区水资源配置工程倒虹吸连通管三维有限元分析

为了提高引调水工程的运行安全,鄂北地区水资源配置工程孟楼~七方倒虹吸采用了3根主管并排布置,主管之间采用连通管相连,形成T型和十字型钢岔管结构。结合该工程的结构型式,采用三维有限元方法对钢岔管结构进行强度设计和安全性复核,确定了各部位结构尺寸。研究结果表明,采用外置的三梁或十字型加强梁分别对T型和十字型钢岔管进行加固,是较优的设计方案。

水电站压力管道平顶平底月牙肋钢岔管结构设计及应力分析

常规月牙肋钢岔管为上下对称结构,在压力管道检修放空时,钢岔管底部存在积水问题;在压力管道运行前充水时,钢岔管顶部存在积气问题。为解决上述问题,提出了一种平顶平底钢岔管,其由多个主锥管锥节、支锥管锥节和不对称月牙肋组成;主管与主锥管的管顶线位于同一水平面,支锥管与支管的管底线位于同一水平面;相邻管节间设公切球,以使相邻管节间相贯线为平面曲线。以CCS水电站压力管道为例,对中心对称钢岔管、平底钢岔管、平顶平底钢岔管进行有限元分析,结果表明,中心对称钢岔管上下对称、受力最好,平顶平底钢岔管较平底钢岔管应力集中现象有所缓解。此外,平顶平底钢岔管在体型上实现了压力管道及钢岔管的完全自流排水与完全自流排气,有效缩短压力管道检修排水时间,有利于机组高效稳定运行。

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。

大西沟引水工程中对称钢岔管应力应变分析

结合大西沟引水工程中的月牙肋岔管实例,通过规范初步拟定钢岔管体型基本参数,利用Autodesk Revit三维建模软件生成三维参数化实体模型,将建立好的模型导入有限元软件中,把实体钢岔管处理为壳体结构,并进行网格剖分,通过受力分析计算出钢岔管管壁的应力,根据规范规定校核管壁应力,确定合理的管壁厚度。

月牙肋钢岔管与贴边钢岔管联合受力有限元优化分析

在"Y"型钢岔管旁接一个超压泄压贴边钢岔管进行有限元优化分析时,需采用单管受力计算或联合受力计算,才能确保所选管壁厚度满足现行规范要求。通过三维有限元计算对比联合受力分析与单体受力分析结果,以及超压泄压贴边钢岔管开孔位置对管壁整体应力的影响,找出最不利的受力计算方案及最合适的开孔位置。结果表明,联合计算贴边钢岔管应力大于单独计算时的应力,且开孔设置在第二管节最合理;类似开孔距离及管与管之间距离在2~3倍管节时有必要进行联合受力及开孔位置优选计算。这为钢岔管优化设计提供了借鉴。

管拱面内五点对称加载试验及其承载力简化算法研究

进行了钢管拱和钢管混凝土拱面内五点对称加载受力全过程试验。对多点对称荷载作用下管拱受力性能进行了讨论,对管拱极限承载力的简化算法进行了分析。结果表明,对称多点集中力下,非纯压拱会发生非线性分支屈曲破坏;拱以受压为主时,管内混凝土对提高拱的极限承载力和刚度均有较大的作用;采用等效梁柱法进行管拱极限承载力计算具有较好的稳定性。

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。

钢岔管与外包钢筋混凝土联合承载三维非线性分析

针对一些高水头电站中镇墩混凝土开裂比较严重的情况,结合某水电站的工程实际,采用ANSYS程序中的钢筋混凝土非线性计算模块,对钢岔管和外包镇墩混凝土结构进行了三维非线性有限元计算。通过2种控制工况的计算分析和明钢岔管应力的比较,认为:在镇墩混凝土中布置适当的受力钢筋,考虑镇墩钢筋混凝土与钢岔管联合承载,按钢衬钢筋混凝土分岔管的形式进行设计,不仅可以减小钢岔管管壁厚度和加强梁尺寸,达到简化岔管制造工艺和降低工程造价的目的,而且可以提高镇墩的整体性,避免由于高内水压力造成的镇墩混凝土严重开裂现象,保证钢岔管和镇墩混凝土的长期安全运行。因此,外包钢筋混凝土的分岔管是一种比较有发展前途的岔管结构型式。

地下埋藏式钢岔管抗外压稳定性分析

考虑了钢岔管与混凝土垫层的初始缝隙和初始几何缺陷,给出了一套地下埋藏式钢岔管抗外压稳定性的三维有限元分析和求解方法。采用该方法分析某工程实例,将其成果与阿氏公式计算的结果进行了比较,证明了该方法的可行性,并得到一些对工程设计有参考价值的成果。

埋藏式钢岔管与围岩联合承载有限元分析

以某水电站工程为例,考虑钢衬与围岩间的缝隙值,按照钢衬与围岩联合承载,采用三维有限元方法对地下埋藏式钢岔管进行计算分析,讨论了围岩性能及初始缝隙值对围岩承载比的影响,并与明管计算结果相比较,指出在钢衬与围岩共同承受内水压力作用时,围岩发挥了重要作用.

月牙肋钢岔管结构模型试验与计算结果的比较

结合实际工程,采用比尺为1∶6的结构模型试验和有限元的方法对月牙肋明钢岔管的受力分布进行分析。结果表明:对于这类均质钢壳结构,模型试验与计算结果基本吻合,采用计算方法所得出的结果能够满足工程的要求。

埋藏式内加强月牙肋钢岔管结构研究

本文结合实际工程采用几何比尺为1：6的物理模型试验方法，用不同材料分层组合模拟围岩，对水电站内加强月牙肋钢岔管与围岩联合承载的工作机理、围岩分担内水压力的规律进行分析。结果表明：钢岔管外围围岩承担了20％～40％的内水压力荷载。

月牙肋钢岔管结构优化及联合承载机理研究

运用ANSYS软件的APDL语言,提出埋藏式对称Y形月牙肋钢岔管的参数化有限元分析方法。该方法集岔管建模、网格自动划分和加载求解为一体,不仅可对钢岔管进行体形设计与优化,而且方便对影响钢岔管与围岩联合承载比例的各因素进行敏感性分析。以某抽水蓄能电站岔管为例对方法进行了验证,结果表明该方法能节省大量工作、提高工作效率,具有较大的实用价值。

溧阳抽水蓄能电站引水钢岔管设计与施工技术研究

溧阳抽水蓄能电站引水钢岔管HD值大,围岩地质条件较差(以Ⅳ类围岩为主),岔管的设计及施工是工程的关键技术问题之一。如何保证钢岔管的结构安全、施工方便和经济合理,是设计中必须解决的问题。在可行性研究阶段及可研设计审查后,对岔管的设计及施工方案进行了大量的计算分析和研究工作,对岔管的结构特性、水力特性、施工特性有了较全面的认识和了解。目前岔管的设计方案和施工方案可满足工程应用的要求。