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有发展前途的管型,能发挥与围岩共同受力的
《水 电 站》 2007年7月 第七节 分岔管 一、分岔管的功用、特点 1、功用:作用是分配水流。采用联合供水或分组供水时,需要设置分岔管,岔管位于厂房上游侧。 2、特点 水流条件较差,引起的水头损失较大; 岔管由薄壳和刚度较大的加强构件组成,管壁厚,构件尺寸大,有时需锻造,焊接工艺要求高,造价较高; 受力条件差,所承受的静动水压力最大,又靠近厂房,其安全性十分重要。 我国已经建成的水电站岔管大多数属于地下岔管,但大多按明管设计,即不考虑周围岩体分担荷载。 二、岔管的布置形式 卜形布置。纵向引近和斜向引进的厂房常采用这种布置方式。 对称Y形布置。适用于正向引近的厂房。 三岔形布置。适用于正向引近的厂房。 三、几种常用的岔管 1、贴边式岔管 贴边式岔管是在卜形布置的主、支管相贯线两侧用补强板加固,补强板与管壁焊固形成一个整体。 补强板刚度较小,不平衡区的水压力由补强板和管壁共同承担。 常用于中、低水头卜型布置的地下埋管。 2、三梁岔管 由相贯线上的两根腰梁和一根U梁构成三梁岔 U梁承受较大的不平衡水压力,其受力非常复杂。 适用:内压较高、直径不大的明管道。 三梁岔管 3、月牙肋岔管 用一个嵌入管体内的月牙形肋板来代替三梁岔管的U梁,并取消腰梁。 在三梁岔管基础上发展 而来,目前在我国已基本取代了三梁岔管。 适用:大中型电站。 4、球形岔管 通过球面体进行分岔,由球壳,圆柱形主、支管以及补强环和导流板等组成。 在内水压力作用下,球壳应力仅为同直径管壳环向应力的一半。 适用:高水头大中型电站。是国外采用比较多的一种成熟管型,国内应用尚少。 5、无梁岔管 用直径较大的锥管和球壳沿切线方向衔接,使球壳只剩下上下两个面积不大的三角形,并在主、支管和这些锥管之间插入几节 逐渐扩大的过渡段,构成一个比较平顺的、无太大不连续接合线的体型,从而形成无梁岔管。 有发展前途的管型,能发挥与围岩共同受力的优点。目前国内应用较少。 第八节 地下埋管(buried penstock ) 一、地下埋管的布置形式 类型:斜井、竖井、平洞。 竖井:常用于首部式开发的地下电站,竖井的开挖、钢管的安装、混凝土的回填,一般都自下而上进行。 斜井:适用于地面和地下厂房,采用得最多。为了施工出渣方便,倾角大于45?(自下而上开挖)或不小于35?(自上而下) 。 平洞:作为过渡段使用。 尽量布置在坚固完整的岩体中。 二、地下埋管的结构和构造 回填混凝土的功用是将部分内水压力传递给围岩,必须严格控制混凝土的回填质量,尤其是平洞的顶部。 在围岩/混凝土/钢管之间存在缝隙,需要用灌浆进行处理,压力不小于0.2MPa。 对于不太完整的围岩,需要进行固结灌浆处理,灌浆压力0.5~1.0MPa,深度2~4m。 地下水位较高地区,可打排水洞(效果好)、设排水管(易堵塞),也可外设加劲环。 三、钢衬承受内压时的强度计算 假定: 围岩、混凝土、钢管为弹性各向同性体。 混凝土和钢衬施工后无初始应力。 钢衬与混凝土垫层、混凝土垫层与围岩之间存在微小的缝隙。 混凝土垫层承受荷载开裂以后只传递径向压力,不承担环向荷载。 计算内容:(1) 在已知钢管厚度情况下,求钢衬应力σθ;(2) 在已知钢衬允许应力的情况下求解钢衬厚度。 钢衬应力的计算公式: 给定允许应力和焊缝系数的情况下,求管壁厚度的计算公式 上面两个公式中: P—内水压力 E—钢衬的弹性模量 μ—钢衬的泊松比 K—围岩的弹性抗力系数 K0—单位弹性抗力系数 Δ—钢衬/混凝土/围岩之间 的缝隙宽度 E=E/(1- μ2) φ—焊缝系数 影响钢衬应力因素的分析 围岩的弹性模量或抗力系数。Er=100(1+μr)K0。算例:r1=2m,壁厚1.2cm,P=2MPa,Δ=0。则K0=0时,σ=333MPa。而K0=40MPa/cm时,σ=85.5MPa。应该尽量改善围岩的质量,提高其弹性模量。途径:灌浆。 初始缝隙。算例:与上相同,取K0=40MPa,当Δ由0变为1mm时,σ由85.5变为171MPa。可见缝隙对应力影响很大,但其确定非常困难。 施工缝隙:由混凝土的收缩和施工质量不良造成,要进行接触灌浆。 岩石的蠕变缝隙:由岩体的残余变形形成 温降缝隙:在初始缝隙中占比重较大。 总缝隙。Δ0=(3~5) × 10-4r 四、钢管承受外压时的稳定校核 (一)钢衬的外压荷载 (1) 地下水压力。钢衬所受地下水压力值,可根据勘测资料选定。根据最高地下水位线来确定外水压力值是稳妥的,但常会使设计值过高。同时要分析水库蓄水和引水系统渗漏等对地下水位的影响。地下水位线一般不应超过地面。 (2)钢衬与混凝土之间接缝灌浆压力。接缝灌浆压力一般为0.2MPa。 (3)回填混
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