伸缩节、凑合节安装(下载)

三峡工程水电站压力管道伸缩节设置论证 刘 宁 摘 要 为适应厂坝间相对变位，坝后式厂房引水压力钢管通常设置伸缩节。三峡工程压力钢管直径12.4m，设置伸缩节造价高，制造、安装困难，运行期止水等技术问题突出。为此设计对伸缩节设置与否做了深入的论证研究，对坝体、厂房混凝土浇筑，温度应力，钢管垫层，以及蜗壳保压浇混凝土等进行了仿真计算后 进一步论证水电站压力管道可取消伸缩节。 关键词 伸缩节 压力钢管 论证 三峡工程 三峡工程左岸电站厂房为坝后式，共有14台机组，单机容量700MW，水轮机蜗壳规模大，引水压力钢管直径为12.4m，HD值高约1700m2。伸缩节设置与否的论证在工程施工期需进一步论证。 对三峡工程左岸岸坡坝段和河床坝段分别选取6号坝段、12号坝段为研究对象，采用三维有限元法将厂房坝段、厂房水下结构和钢管作为整体进行非线性仿真计算，并模拟厂房蜗壳保压浇筑施工过程，水库分期蓄水过程以及蜗壳钢板与外包混凝土间的接触问题，考虑了温度、混凝土徐变和水压荷载，重点研究在春、夏、秋不同合拢时间设不设预留环缝、垫层管下游端设与不设止推环、厂坝间是否传力情况下用以代替伸缩节的垫层钢管的应力与变形及长度影响。 一、计算模型及条件 1.计算范围 坝体计算包括钢管坝块及实体坝块，两坝块间为永久横缝。岸坡坝段建基面取90m，河床坝段建基面取 25m。 主厂房模拟至67m，上下游副厂房只模拟下部实体部分。考虑岸坡坝段51m以下厂坝间岩坡接缝灌浆；河床坝段设定（1）：大坝与厂房混凝土分缝设软垫层，按不传力考虑，但厂房下部混凝土与上游基础接触面传力；设定（2）厂坝间 51m以上不传力，51m以下只传压力，不传剪力和拉力。 2.垫层管 取消伸缩节后，用垫层管来适应厂坝间的相对变形。垫层管段长按10m计算，其中坝内长5.8m位于上游副厂房下 ，厂内长4.2m穿厂房上游墙，垫层360° 全包在钢管外围。厂内段垫层管可分为2段，即一期混凝土2.2m段和三期混凝土2.0m段。 垫层管段钢板为60kgf级，厚度60mm，考虑锈蚀厚度2mm，计算厚度按58mm考虑。 垫层管的垫层厚度50mm，E=2.4MPa，计算中不计泊松的影响。 基本计算：（1）10m长的垫层管上下游两端钢管与周围混凝土连在一起。此计算模型相当于上下游两端均设止推环。（2）10m长垫层管的上游端钢管与周围混凝土连在一起；下游端模拟厂房上游墙体下游侧至蜗壳进水口的1.1m钢管段，其上半圆设180°半包垫层（厚度300mm，弹模2.4MPa，下半圆考虑摩擦接触。 3.蜗壳及凑合节 蜗壳外围混凝土按保压方式浇筑，保压水头70～78m。闷头位于厂内蜗壳进水口段的上游。蜗壳管壁与混凝土间的摩擦系数取0.5，不计凝聚力。 凑合节位于闷头段。研究计算：1 设预留环缝，位置距垫层管段上游端3.0m副厂房下。2 不设预留环缝，凑合节最后一道环缝位置在浇筑该部位三期混凝土时即合拢。 4.计算条件 计算过程中，对施工过程进行了仿真模拟计算，比如对混凝土浇筑错缝浇筑，分区跳仓浇筑等，钢管春、夏、秋、冬四个季节合拢在不设预留环缝和设预留环缝情况下的应力、位移状态分析管道合拢前，认为坝体混凝土已强迫冷却到稳定温度场17℃，并进行了纵缝灌浆。 在获得大坝与厂房温度场后，将大坝和厂房水下结构作为整体进行仿真计算，从厂房混凝土浇筑开始至运行期，模拟厂房混凝土保压浇筑过程和卸压、运行期加压过程，以及由此引起的蜗壳钢板与外围混凝土之间的接触问题和水库蓄水过程泥沙压力和扬压力等，并考虑徐变影响。 通过仿真计算获得相对管道合拢时的管端位移和钢板的温差后，取出10m长的垫层管段钢管作为隔离体，加密网络后以板单元计算在内水压力、温差和已知两端各点位移 包括线位移和转角位移 作用下明钢管的压力。 影响垫层管段钢管应力的因素包括内水压力，相对于管道合拢时的该段钢管温差及两端相对位移，以及垫层传力和焊接应力。焊接应力本文不做讨论。计算研究中，最难确定的是两端相对位移，它不仅与合拢时间有关，而且与大坝、厂房所受荷载和温度变化及蜗壳保压浇混凝土施工等有关。 二、计算与分析 1.单元网络及边界约束 水轮机固定导叶用杆单元离散，其他用8结点实体单元离散。为提高精度，应力与变形仿真计算时，钢板单元按非协调元计算。岸坡坝段结点数50927个，单元数45632个，应力分析时总自由度144147个；河床坝段结点数50613个，单元数44448个，应力分析时总自由度144305个。 坐标方向为：以水轮机转轴为Z轴，上方为正，并以高程为Z坐标值；X轴以指向下游为正，Y轴以指向左岸为正。 应力与变形仿真计算时，上游基础边界自由，下游基础边界为法向约束，坝段两侧基础边界为法向约束，基础底部边界为全固定。 认定钢管坝块和实体坝块间横缝两侧相应点的温度相等，但位移相互独立。 2.基本模型计算 1 垫层管段钢管两端相对位移相对合拢时。 端部各点的位移各不相同，这里谈及的是钢管两端的平均相对位移，管顶相对位移和管底相对位移。运行期相对于合拢时的垫层管端部位移不仅与运行期的水沙压力荷载有关，而且与运行期相对于合拢时的结构温度变化有关。从计算结果可得： a.相对位移随年时间的变化有周期性，并且虽然钢管合拢时间不同，但一年中位移最大值与最小值的差即变幅相同。 b.合拢时间不同，运行期相对于合拢时的温差不同，因此所得运行期相对合拢时的两端相对位移也不同。 c.对于设预留环缝 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，合拢时厂房混凝土已经较长时间散热，其温度接近准稳定温度，因此只要合拢时间季节相同，施工过程A即凑合节钢管安装时间在夏天和施工过程B即凑合节钢管安装时间在冬天的位移结果接近。 d.对于不设预留环缝方案，合拢时的气温以施工过程A为高，所以其相对位移小于施工过程B。 e.管顶相对位移大于管底相对位移，表明两端有相对转动；平均相对位移约为管顶、管底相对位移的平均值。 f.管轴向相对位移较其他两个方向相对位移大，仅当夏季合拢时，在冬季运行存在拉伸变形。 g.河床坝段两端管轴向和竖向相对位移都大于岸坡坝段。 2 垫层管段钢管应力。 计算得钢板应力有如下规律： ａ.管轴向应力最大拉压应力均出现在9月份，位于端部的内表面和外表面。 b.环向应力出现在外表面，一般位于距端部1.4m反向弯曲断面处。 c.子段1位于中部，属膜应力区，内外表面的应力基本一致；子段3属强约束区，弯曲变形大，内外表面应力相差大，由于径向变形受到约束而环向应力小；子段2属过渡区，内外表面稍有差别，端部等效应力最大；子段1、2、3的最大等效应力分别出现在外表面、内表面和外表面。 d.高温季节，管道温升和管轴向压缩变形大，管轴向压应力也大，根据第四强度理论，等效应力也大。 e.如果合拢季节相同，设预留环缝比不设预留环缝更不利。但设预留环缝可以等待有利合拢时间 如夏季 ，缺点是施工不方便。 f.夏季合拢管道温升的管轴向压缩变形最小，因此等效应力最小。 g.环向应力，岸坡及河床坝段接近，但河床坝段管轴向压缩变形大，其轴向应力和等效应力都大于岸坡坝段的管轴应力。 3.敏感性分析模型计算 1 垫层管段长度取12m后，河床坝段垫层管段钢管最大等效应力比基本计算模型小7%～8%。 2 与基本计算模型比较，河床坝段厂坝间分缝51m以下只传压力模型的管轴向平均相对位移减小1.5～2.1mm，最大等效应力减小50MPa。 3 与基本计算模型比较，垫层管下游端不设止堆环模型的夏季合拢和冬季合拢，在运行期9月份轴向相对压缩位移分别减小0.5mm和1.6mm；其他两方向平均相对位移增大，坝轴向相对位移分别增大为0.8mm和0.5mm；竖向相对位移增大约1.0mm。不设预留环缝方案等效应力比基本计算模型相应季节合拢的应力减小14%。 三、结论 1 无论是否设预留环缝，无论何时合拢，也无论下游端是否设止推环，岸坡坝段可取消伸缩节。 2 河床坝段若取消伸缩节，是有条件的。下游端须设止推环，且在冬季合拢时，要人工制造环境气候方可；若设置伸缩节，需慎重选型，建议对附加止水套筒伸缩节进行深入研究，以适应复杂变位错动要求。 3 设预留环缝须等待有利时机 如夏季 合拢，或延长垫层管段长度和研究厂坝间缝面处理等均能有效减小钢管应力，但应综合考虑施工难度及止推环布置等。 总之，三峡工程水电站压力管道伸缩节取消后可节约投资2000万元，并可优化施工工序，为2003年首批机组发电创造了有利条件。 作者为水利部长江水利委员会副总工程师   文章编号：0559-9350  (2003)02-0001-05 三峡工程水电站厂坝间压力钢管取消伸缩节研究 林绍忠1，刘宁2，苏海东1 (1.长江科学院，湖北 武汉 430010；2.长江水利委员会，湖北 武汉 430010) 摘要：为论证三峡水电站厂坝间压力钢管取消伸缩节的可行性，本文在左岸岸坡和河床部位各选取一台机组为研究对象，将大坝、厂房和压力钢管作为整体进行模拟厂房混凝土施工过程的三维有限元仿真计算，重点分析了不同季节合拢情况下用以代替厂坝间压力钢管伸缩节的10m长度垫层管的变形和应力，并对若干影响因素进行了敏感性分析。结果表明，岸坡坝段可以取消伸缩节，而河床坝段取消伸缩节是有条件的；夏季合拢比冬季合拢对垫层管应力有利。 关键词：水电站压力钢管； 取消伸缩节； 三峡工程； 仿真计算； 三维有限元法 中图分类号：TV732 4    文献标识码：A 三峡水电站共有26台机组，左岸14台，右岸12台。厂房蜗壳采用保压浇混凝土的结构形式，保压水头70m。压力钢管直径D为12.4m，设计内水压力H为1.40MPa，参数属世界前列。挡水坝为重力坝，厂房为坝后式，大坝与厂房之间设有温度沉陷缝。如按常规设计，厂坝联接处压力钢管设置伸缩节以适应厂坝间的相对变形。对于三峡水电站这样的巨型管道，伸缩节的制造、安装以及运行期的止水等技术问题都较突出。为克服伸缩节的缺点、节省工程投资，国内外很多工程都在设法取消伸缩节。三峡工程由于工期紧，工程量大，也提出了是否取消伸缩节问题。工程实践表明，在适当条件下，取消伸缩节技术是可行的。但是，每个水电站的条件各异，这些经验只能参考，不能照搬。特别是三峡压力钢管HD值超过1700m2，因此需要专门论证研究。取消伸缩节后，常用一段外设软垫层的钢管以适应厂坝间的相对位移，其上、下游两端分别置于大坝和厂房的混凝土中并随之变形。影响垫层管应力的因素包括内水压力、相对合拢时的钢管温差及两端相对位移，以及垫层传力等。其中，两端位移与大坝、厂房所受荷载和温度徐变变形、钢管合拢时间、端部的固定形式以及厂房蜗壳结构形式等有关，在论证研究阶段，需通过三维仿真计算确定。 本文在左岸岸坡和河床部位各选取一台机组为研究对象，将大坝、厂房蜗壳和钢管及部分基础作为整体进行三维有限元仿真计算，模拟厂房蜗壳混凝土保压浇筑过程、水库蓄水过程等，考虑了自重、温度和徐变的影响，对设与不设预留环缝、钢管合拢时间、垫层管下游端是否设止推环等进行系统的分析比较，为取消伸缩节的决策提供科学依据。