大型水电站引水钢管动力特性分析研究

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1、第一章绪论响、相互促进、密切联系的。理论研究是应用研究的基础，并促进着应用研究的发展；同时理论研究应该以工程应用为依据，并且要以工程应用为目的，否则将脱离实际，研究成果将毫无价值。1．2．2-1压力管道的理论研究现状工程力学是压力管道理论研究的基础，随着工程力学基本理论的完善和发展，压力管道的理论研究也经历着由简单到复杂，由近似到精确的发展过程。20世纪50年代前期，由于大量计算工作依赖于手工进行，压力管道结构分析方法和理论仅局限于线弹性范围的解析法，结构模型仍然采用简化的理想模型【36’371。如压力管道经济直径的

2、计算，只是通过对有限的可行性方案进行比较加以确定，或者按简化的经验公式求得【3引。50年代初期电子计算机的发展与应用，使工程力学、结构优化、结构非线性分析、结构动力计算等理论取得了突破性的进展【391。特别是60年代中期有限单元法的出现脚】，使人们可以采用数值计算方法通过计算机模拟复杂结构的受力状剁4卜461，从此对压力管道的理论研究进入了一个新的时期。60年代后期，钢衬钢筋混凝土压力管道这种新型结构的成功应用，给水利水电科技工作者开辟了新的研究领域。首先，苏联专家通过大比尺模型试验和工程应用经验，向人们证明了钢衬钢

3、筋混凝jl：乐力管道的经济性、合理性、安全性及实用性，并根据其受力特点和-T作原理，提出了正交异性多层环的组合结构分析方法和设计理论。自80年代初期以来，我困各科研单位及科技上作者做了大量的工作，为上程设计和施工提供了理论依据，促进了钢衬钢筋混凝土压力管道在我国的发展和应用。特别是针对举世瞩目的三峡工程，更是做了大晕的研究工作，为压力管道的选型、布置、设计提供了科学的依据，同时也大大的推进了压力管道研究的进程。但理论研究往往是超前于实际的工程应用。到目前为止，国内外压力管道的工程设计还主要以弹性理论为基础。如明管按线

4、弹性理论进行设计；地下埋管仍然把钢衬、混凝土及岩体看作弹性组合结构147】；特别是在坝内埋管设计时，往往不考虑坝体对管道的约束和承载作用，按明管设计，安全系数很高，造成一定浪费。近年来，随着研究的深入，人们开始注意到应用弹塑性理论设计水电站压力管道的可能性及经济性，在设计准则上，也开始了应用基于概率统计理论的可靠度设计方法的探索‘4&知J，火有代替传统的安全系数设计方法之势。1．2．2．2压力管道的应用研究现状压力管道是水利水电工程中重要金属结构。它的特点是坡度陡，承受电站的最大水头，且受水锤压力，靠近厂房。因此它的

5、安全性和经济性受到特别重视，对材料、设计方法和工艺等有不同于一般水工建筑物的特殊要求。随着近年来我国水电建设事业的迅猛发展、高水头水电站的兴建和大容量水轮发电机组的应用，压力管道的皿值日趋增加，压力钢管越来越趋向大型化、巨型化。为保证压力钢管能抵抗住内压．就需要增加钢管的壁厚，越来越厚的管壁便给钢管焊接埋下了隐患。为了减少焊接工程量、加快施工进度、节约工程投资，并保证钢管的焊接质量，采用高强钢材以减薄管壁厚度才是最直接有效的方法。各国也纷纷在高强钢材的研制上做了大量的工作。西方国家水电站压力钢管采用高强钢的历史较早[

6、511，而且也形成系列。自70年代初期开始，国外巨型压力钢管或者结构型态比较复杂的钢岔管，大都采用高强度钢。日本常采用sM580Q(crb≥580Mpa)、m'-80(crb≥800Mpa)；美国多采用A517等80kg级(crb≥800Ⅷa)的高强度低合金调质钢；苏联和东欧诸国也采用高强度低合金调质钢，但用量相对较少，因为他们认为高强钢价格昂贵，不如采用钢衬钢筋混凝土压力管道更经济实用【52l；婚欧困家，如法困、意人利等国，多采用50kg级以下的正火钢，管壁厚度一般控制在40mm以下，若实际需要的管壁厚度大．』：4

7、0mm，则采用加箍钢管、加强钢箍采用高强钢制作。美国、日本、德国、法国、意大利等困家，高强度低合会调质钢的生产、加工和焊接【53】，均有较高的技术水平和成功的工程经验，很多巨型压力管道采用了80kg级的高强度低合金调质钢。如英国的底诺维克水电站(皿=5843m·m)、日本的m队Icm水电站(}D=5376m·m)、法国的罗斯兰水电站田D=4840m·m)等。70年代起，美国、日本等国家研制了lOOkg级的高强度低合金钢。这种钢比一般的高强钢价格贵25t‰50％，目前多被航海等部门应用，在压力钢管中的应用很少口41。我

8、国水电站钢管用钢方面广泛而成熟地使用的国产钢种是普通碳素结构钢Q235(原A3)和低合金结构钢Q345(原16Mn)或Q390(原15MnV等)。随着我国水电站钢管参数的提高，上述钢材已不能满足要求。如继续用强度较低的钢材，则钢管厚度势必增加，当钢管超过一定厚度(如32．38mm)时，加工、焊接、运输都会出现困难，造价也会增加。为改善加工条件，