压力钢管计算.pdf

《水 电 站》 2007年7月 浙江水专国家精品课程 《水电站》/sdz 例 题 v某电站明钢管，在3号镇墩与4号镇墩间共8跨，采 用侧支承滚动支墩。支墩间距8.4m，管道轴线倾 角45º ，钢管内径1.9m，采用16Mn钢，屈服强度 34 .3350kPa。在3号镇墩以下2m处，设有套筒式 伸缩节，填料沿钢管轴线方向长度0.20m。伸缩 节断面包括水击升压在内的设计水头为106. 63m。 最下一跨跨中断面最大静水头123.08m，水击压 力36.92m。计及安全系数后的外压力196.2kPa。 要求按正常运行情况(一)和放空情况对最下一跨 进行结构分析并拟定主要结构尺寸。 浙江水专国家精品课程 《水电站》/sdz 浙江水专国家精品课程 《水电站》/sdz 一、初定管壁厚度 由内水压力初估管壁厚度，膜应力区允许应力降低 20%，所以：[σ] 0.8 ×0.55σs 0.8 ×0.55 ×343350 151074(kPa) 考虑单面对接焊，焊缝系数φ 0.90 ，故 δ pr /φ[σ] 0 9.81 ×(123.08+36.92) ×1.9/(2 ×0.9 ×151074) 0.011(m) 取计算厚度δ 12mm。考虑锈蚀等因素，管壁结构厚度 初定为δ 14mm。 可以验证，该厚度满足稳定要求的光面管壁最小厚度。 浙江水专国家精品课程 《水电站》/sdz 二、核算加劲环设置条件及间距 若不设加劲环，则临界外压力Pcr为： 3 8 3 P 2E (δ/D ) 2 ×2.06 ×10 ×(0.012/1.9) cr s 0 103.8kPa196.2kPa 不满足稳定要求，需设加劲环。 先考虑支承环兼加劲环，即加劲环间距l 8.4m ，计及管 壁厚度的钢管平均半径 r 0.95+0.006 0.956m ，由 l/r 8.4/0.956 8.8 ，r/δ 0.956/0.012 80，查临界外压力曲线可 得最小临界压力的波数n 3 ，Pcr 3.7 ×98.1kPa 362.97kPa P0 196.2(kPa) ，可见，可以不另设加劲环，以支承环兼作 加劲环。 浙江水专国家精品课程 《水电站》/sdz 浙江水专国家精品课程 《水电站》/sdz 三、钢管受力分析 1. 径向力的计算 跨中断面p -γH -9.81 ×160 1569.6kPa 2. 法向力的计算 (1) 每米长钢管重q 。初估支承环、伸缩节等附属部件重量约 s 3 为钢管自身重量的10%，钢材容重γs 76.5kN/m ，钢管平 均直径D 1.90十0.014 1.914(m) ，则 qs 1.1πDδγs 1.1 ×3.14 ×1.914 ×0.014 ×76.5 7.1kN/m (2) 每米长管内水重qw 2 2