水電站明鋼管強度設(shè)計的應(yīng)力分類法研究.pdf

1、壓力鋼管是水電站引水系統(tǒng)的重要組成部分，明鋼管作為最常用的管道布置方式之一，具有承載體系明確和施工便捷等優(yōu)點，然而由于未與巖體或壩體混凝土聯(lián)合承載，其附加結(jié)構(gòu)安全儲備小，管道一旦失事，將造成嚴(yán)重后果，因而采用合理的設(shè)計方法保證其承載安全十分重要。強度破壞是水電站明鋼管的主要破壞模式，現(xiàn)階段主流的強度設(shè)計方法是應(yīng)力分類法，其中結(jié)構(gòu)計算模型與荷載工況、控制斷面選取及其應(yīng)力計算、應(yīng)力分類及其安全度設(shè)置是該方法的關(guān)鍵問題。本文從管道結(jié)構(gòu)傳力體系

2、、承載機制、應(yīng)力計算方法、失效模式和安全儲備等方面，同時結(jié)合國內(nèi)外水電站壓力鋼管設(shè)計規(guī)范，對上述問題開展了研究，主要內(nèi)容包括:
　　(1)厘清了水電站明鋼管結(jié)構(gòu)分析的計算模型，推導(dǎo)了支墩沉降所引起的附加內(nèi)力和附加應(yīng)力計算公式。從管道結(jié)構(gòu)傳力體系和承載機制角度，厘清了水電站明鋼管結(jié)構(gòu)分析的整體和局部計算模型，結(jié)合管道整體計算模型推導(dǎo)了支墩沉降所引起的附加內(nèi)力計算公式。研究表明，明鋼管沉降對管道應(yīng)力影響顯著，當(dāng)沉降達(dá)兩千分之一跨長以上

3、時，附加內(nèi)力在支座處局部產(chǎn)生的一次膜應(yīng)力就可能增加50％以上，強度設(shè)計時需要考慮。
　　(2)系統(tǒng)推導(dǎo)了水電站明鋼管控制斷面的應(yīng)力計算方法，并給出了控制斷面選取的合理建議。在明鋼管結(jié)構(gòu)分析計算模型基礎(chǔ)上，依據(jù)彈性力學(xué)與結(jié)構(gòu)力學(xué)基本原理，系統(tǒng)推導(dǎo)了明鋼管控制斷面的應(yīng)力計算方法，結(jié)合各控制斷面計算應(yīng)力的理論解和數(shù)值解，同時在對比國內(nèi)外管道設(shè)計規(guī)范基礎(chǔ)上，給出了明鋼管控制斷面選取的科學(xué)建議。研究表明，沉降可忽略不計的明鋼管結(jié)構(gòu)強度設(shè)計中