基于CATIA的贴边钢岔管辅助设计程序开发应用

针对水电站贴边钢岔管设计繁琐、工作量大、有限元计算前处理耗时长的缺点,利用CATIA二次开发工具Visual Basic 6.0编写了计算机辅助设计程序。该程序集成了CATIA中快速建模、网格自动剖分和管节展开三大模块,并能生成包含节点、单元、材料等有限元分析前处理信息的ANSYS程序APDL命令流,实现了与有限元软件的无缝对接。结合一工程实例采用该辅助设计程序开展了贴边岔管的设计,并与其他方法进行了对比,验证了设计程序的可靠性和稳定性。结果表明该程序具有设计速度快、精度较高等优点,具有较高的实用价值。

地下埋藏式内加强月牙肋钢岔管设计方法研究

在总结对比水电站压力钢管设计规范85版和2001版有关埋藏式内加强月牙肋钢岔管设计方法的基础上,提出了一种埋藏式钢岔管的新的设计方法和原则。其设计步骤为:首先根据钢岔管与围岩联合承载原则,采用三维有限元计算方法确定钢岔管的体形、管壁厚度和肋板尺寸,然后对钢岔管按明管进行应力校核,同时对围岩承载比进行分析和复核。以某水电站为例进行的计算结果表明,该设计方法思路明确,计算精度高,在明显减小管壁厚度和肋板尺寸的前提下仍能确保岔管的安全。

月牙肋岔管三维参数化设计方法研究

针对目前月牙肋岔管设计过程较复杂繁琐和初始设计方案不明确等问题，提出了高效的月牙肋岔管三维参数化设计方法，采用FORTRAN程序语言依据《水电站压力钢管设计规范》（ SL 281-2003）形成岔管初始设计方案，据此将岔管相关设计参数导入CATIA设计平台中，进行三维参数化设计，结合有限元分析平台进行结构分析和优化，并开展了结构响应影响因素及其规律研究。为提高岔管结构分析计算精度及获得具有良好安全性和经济性的设计方案，根据研究结果提出以下建议：①主管和支管端部均可取轴向约束，计算模型范围需取5倍公切球半径以上；②岔管分岔角可取75°~80°，月牙肋厚度可取至管壁厚度2倍以下。

地下高压钢筋混凝土岔管渗水开裂三维数值分析计算

根据地下高压钢筋混凝土岔管受内水压力衬砌开裂后的渗流场变化特征,提出了高压管道内水外渗的渗流场与应力场耦合的三维有限元数值分析方法。根据地下高压钢筋混凝土岔管衬砌开裂破坏规律,给出了高压管道受内水压开裂的裂缝宽度估计公式和混凝土衬砌结构的配筋计算方法。通过对实际工程的分析计算,论证了高压管道内水外渗的衬砌结构配筋的影响, 为地下高压管道的设计提供了一种有效的分析方法。

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。

基于间隙变化的月牙肋钢岔管联合承载能力研究

岔管结构与其外围围岩的联合承载作用对结构的受力有密切关系,初始间隙是影响其联合承载的重要因素,为研究不同初始间隙值下的岔管应力状态,以某抽水蓄能电站钢岔管为例,建立了全三维的Y型月牙肋钢岔管有限元模型,考虑定常围岩弹性抗力系数的情况下,对不同间隙值工况下的钢衬、围岩应力及位移变化情况以及对围岩承载比的影响进行研究。结果表明:合理的初始间隙值对于改善管壳的应力分布和变形有着良好的作用,当初始间隙达到1. 2 mm时,管壁应力值分布均在允许应力范围内,既可保证岔管的安全运行要求,又能发挥围岩的联合承载性能。

缅甸DAPEIN(Ⅰ)水电站岔管优化设计

根据缅甸DAPEIN(I)水电站压力管道段工程布置及地质条件,选择埋藏式钢岔管和钢筋混凝土岔管两种岔管类型,分别建立三维有限元数值模型,从岔管位置的确定、岔管的体型设计、应力应变等方面进行分析。结果表明:钢岔管围岩属Ⅳ类,相对较差、管壳及管壁应力较大,焊接工艺复杂、施工制作困难、造价较高;钢筋混凝土岔管围岩属Ⅱ-Ⅲ类,采用对称"Y"型结构,岔口附近应力集中,双层配筋,并对围岩进行固结灌浆及回填灌浆等措施。

地下钢筋混凝土岔管结构优化分析

根据岔管混凝土衬砌与围岩联合承载的特点 ,对不同类型。

水电站非对称月牙肋岔管体型生成系统开发

针对水电站非对称月牙肋岔管结构体型、空间关系复杂,手算方法设计工作量大、设计效率不高的问题,根据新的水电站压力钢管设计规范对岔管体型提出的要求,从程序开发的角度出发,从各圆锥的几何关系入手,重新推导了相关公式,解决了体型生成中的关键问题;应用C++语言编制非对称月牙肋岔管的体型生成程序,采用VTK图形库实现了系统的三维可视化功能。工程应用实例表明,该系统数据输入简单,人机交互性和可操作性好,输出体型方案齐全,能够将岔管体形设计和绘制设计图很好地结合起来,为月牙肋岔管的设计提供了一个方便可靠的工具。

肋板形状对月牙肋钢岔管应力影响的研究

结合某水电站月牙肋钢岔管的工程实际,利用自主研发的月牙肋岔管体形设计程序和ANSYS软件,对岔管结构进行三维有限元计算,得到了不同分岔角下各肋板方案的计算结果,对比了管壳及肋板关键点的应力,讨论了不同肋板形状对肋板应力分布及管壳应力的影响。研究认为,管壳最大应力在肋板内缘曲线为椭圆曲线时较小,肋板水平截面应力在肋板内缘曲线为椭圆曲线,外缘曲线相对于相贯线偏移不等宽时较小,同时应力分布更加均匀,有利于发挥钢材的作用。

某水电站贴边钢岔管结构分析

采用三维有限元法分析某水电站贴边钢岔管结构时,发现采用传统的仅主管补强方案,所需岔管和补强钢板厚度均较大、且不满足构造规定、施工不便、造成钢材浪费。根据对仅主管补强方案应力结果分析,提出主管支管均补强方案,应力结果表明,结构合理,节约钢材,方便施工。

关于压力管道支管补强计算的探讨

比较了GB 50316—2000(2008年版)、GB/T 20801和ASME B31.3—2008中关于压力管道支管补强计算的相关规定,论述了等面积补强法的理论依据,说明GB/T 20801和ASME B31.3中认为等面积补强法是支管连接的最低要求,对其适用条件的规定是必要的。基于"当主管直径/厚度比Dh/Th≥100时,要求支管直径Db小于主管直径Dh的一半"的限制条件被GB 50316忽略,同时又经常被压力管道设计人员忽视的现状,针对容易遇到相关问题的设计场合,提出了依据GB/T 20801和ASME B31.3的解决方案。

龙马水电站月牙肋钢岔管设计

龙马水电站非对称月牙肋钢岔管规模较大,是工程设计的关键。围绕岔管体形和钢材厚度优选,以及围岩与钢衬联合受力等课题,采用三维有限元方法对钢岔管应力变形进行了深入研究。计算与实际运行成果表明:岔管设计体形良好、结构安全。

岳城水库供水工程贴边岔管设计

岳城水库供水工程， 邯郸、安阳两城市引水岔管均采用内、外贴边补强板型式对取水口进行局部加强。此补强方法对水流流态干扰较少， 水头损失小。设置这样的岔管对原电站压力钢管结构改动较小， 构造相对简单， 制作与安装方便， 对岳城水库供水这样的改建工程较为适用。

管道支管连接补强及计算

管道设计中,支管连接方式的确定为管道设计重要内容。主要探讨在不能选用标准管件、需要通过焊接支管连接时,焊接支管补强形式的确定及补强面积计算。同时综合ASME、GB、SH标准对管道补强的相关规定,对焊接支管连接及补强计算中需要考虑的其他因素做了阐述。

月牙肋钢岔管自动化设计系统开发与应用

月牙肋钢岔管在国内外大中型常规和抽水蓄能电站中得到广泛的应用。为提高岔管设计效率和岔管优化程度,依据《水电站压力钢管设计规范》开发了月牙肋钢岔管自动化设计系统。该系统能够通过输入控制参数自动进行体形设计、解析法优化、有限元结构复核等体形设计和计算复核工作,并能自动生成钢岔管体形图、管节展开图和设计报告。经以西龙池抽水蓄能电站岔管段为例进行了验证表明,系统计算结果准确、可靠,具有推广价值。

基于Solidworks的三岔形岔管有限元分析及优化设计

以辽宁省某输水工程沿线隧洞进口设置的三岔形岔管为例,采用Solidworks软件中的Solidworks Simulation模块对岔管进行了有限元分析与计算,提出了更为合理的三岔形钢岔管体型。结果表明,增加梁的内伸宽度、截面高度、厚度均可降低梁和管壳的应力,其中梁本身的应力降低效果比管壳明显;拉杆附近的管壳位移最大且集中;管壳与加强梁连接处应力较高且集中,尤其是靠近拉杆和U梁水平中线附近;对于对称式三岔形岔管,在一定的内水压力作用下,腰梁的应力均值大于U梁,主管的应力均值大于支管;对于自流式长距离输水工程而言,为减小水头损失,岔管的加强梁应与管壳内部大致平齐。

琼中抽水蓄能电站高压引水系统布置与设计

琼中抽水蓄能电站采用一洞三机的布置形式,岔管段最小覆盖层厚度与最小主应力条件满足规范要求,且运行期衬砌结构整体裂缝宽度处于可控范围内,检修期间,在外水压力作用下结构出现整体受压破坏的可能性较小,具备采用钢筋混凝土衬砌的条件。另外通过对不同钢岔管方案的比较,认为钢板衬砌需要的高强钢材用量较大,考虑到直接投资和工期方面的明显优势,最终推荐采用衬砌厚度为1.0 m的钢筋混凝土衬砌方案。

管道焊接支管连接的补强及设计

配管设计中,当支管连接的分支尺寸超出标准件范围或特殊管道采用标准件有局限时,在主管直接焊接支管是常见的做法。由于开孔会削弱主管强度,需要对开口处进行详细核算以确定是否需要补强。文章综合ASME、GB、SH等标准对管道补强的相关规定,介绍焊接支管是否需要补强的两种判断方法,同时确定了焊接支管补强形式及计算补强面积,并结合实际生产案例对管道焊接支管连接是否需要开孔补强及补强圈的计算进行详细解析。最后提出焊接支管连接在实际应用中应注意的事项及等面积补强原则的局限性。

管道应力分析及支管设计研究

承压管道系统高效和安全的运行,保障着各行业管道运输、工艺流程的正常运转。管道系统按照预期目标建设和安装前,对管道系统优化设计,起着至关重要的作用。设计过程不但需要对管道的应力进行分析,评估可能产生的风险,并制定相应的技术措施,还需要进行管道应力校核,防止投入运行后管道产生破损。因此,项目管道系统设计基于ASME B31.3标准,分析了管道应力对管道安全产生的影响,讨论了管道应力的校核标准。并进行了支管模型设计,论述了ASME B31.3标准中支管补强计算的依据、适用范围,通过一个工程实例来分析说明如何确定支管表中需要计算的部分和如何判定补强计算的正确性。