某水电站压力管道结构设
十三章 水电站的压力管道
第十三章水电站的压力管道第六节明钢管的管身应力分析及结构设计一、明钢管的荷载明钢管的设计荷载应根据运行条件，通过具体分析确定，一般有以下几种：(1)内水压力。
包括各种静水压力和动水压力，水重，水压试验和充、放水时的水压力。
(2)钢管自重。
(3)温度变化引起的力。
(4)镇墩和支墩不均匀沉陷引起的力。
(5)风荷载和雪荷载。
(6)施工荷载。
(7)地震荷载。
(8)管道放空时通气设备造成的负压。
钢管设计的计算工况和荷载组合应根据工程的具体情况参照钢管设计规范采用。
二、管身应力分析和结构设计明钢管的设计包括镇墩、支墩和管身等部分。
前二者在上节中已经讨论过，这里主要讨论管身设计问题。
明钢管一般由直管段和弯管、岔管等异形管段组成。
直管段支承在一系列支墩上，支墩处管身设支承环。
由于抗外压稳定的需要，在支承环之间有时还需设加劲环。
直管段的设计包括管壁、支承环和加劲环、人孔等附件。
支承在一系列支墩上的直管段在法向力的作用下类似一根连续梁。
根据受力特点，管身的应力分析可取如图13-14所示的三个基本断面：跨中断面1-1；支承环附近断面2-2和支承环断面3-3。
以下介绍明钢管计算的结构力学方法。
图13-14 管身计算断面（一）跨中断面（断面1-1)管壁应力采用的坐标系如图13-15所示。
以x表示管道轴向，r表示管道径向，θ表示管道切向，这三个方向的正应力以、、表之，并以拉应力为正。
图中表明了管壁单元体的应力状态，剪应力r下标的第一个符号表此剪应力所在的面（垂直x轴者称x面，余同），第二个符号表示剪应力的方向，如表示在垂直x轴的面上沿e向作用的剪应力。
1.切向（环向）应力。
管壁的切向应力主要由内水压力引起。
对于水平管段，管道横截面上的水压力如图13-16(a),它可看作由图13-16(b)的均匀水压力和图13-16(c)的满水压力组成。
这两部分的水压力在管壁中引起的切向应力为式中D、δ--管道内径和管壁计算厚度，cm；γ--水的容重，0.001；H--管顶以上的计算水头，㎝；θ--管壁的计算点与垂直中线构成的圆心角，如图13-16(c)所示。
长寨水电站压力钢管设计
４ 压 力钢 管设计
４１ 压 力管道 布 置 ．
电站共 布 ３台机 组 ， 总装 机 １ ， 管供 水 方 ５ＭＷ 钢 式 为一 管 三机 ， 设计 流 量 ９ ３ｍ／ ． ３。管 材采 用 １ ， ０ ｓ ６Ｍｎ 主管 内径 １８ｎ ．Ｉ，壁厚 分别 为 １ ｍ 和 ｌ ｍ两种 规 ４ｍ ８ｍ 格 ， 、 管 内径 ０７Ｔ， 厚 １ ｍ。 支 岔 ．Ｉ 壁 Ｉ ４ｍ
程。根据《 水利水 电工程等级划分及洪水标准》 防 和《
洪标 准》 的规定 ， 程 等别 为 Ⅳ等 ， 工 规模 为 小 （ ） 工 一 型 程， 主要建 筑 物按 ４级设 计 ， 要建 筑 物 按 ５级设 计 。 次 正常 蓄水位 ９ ５ 调 节库 容 ｌ＿ ｍ 。 ５ ｍ， ３３万 ３
山 水利鲁 西 警
长 寨 水 电 站 压 力 钢 管 设 计
杨 学宏
（ 西省 水利 水 电勘 测 设 计研 究 院 ， 山 山西 太 原 ００２ ） ３ ０ ４
［ 摘要 ］ 压力钢管作为引水式电站 的一个重要组成部分 ， 其尺寸的选取对电站造价影响很大 ， 因此压 力钢 管的 设计至 关重要。在介绍长寨水电站工程概况和工程 地质情 况的基础上 ， 对其压力钢 管进 行 了设计 ， 旨在 为类
似 工 程 提 供借 鉴 。
［ 关键词 ］ 力钢管 ； 压 设计 ； 长寨水电站 ［ 中图分类号］ Ｖ ３ ． １ Ｔ ７２４ ＋ ［ 文献标识码 ］ ｃ ［ 文章编号 ］０ ４ ７ ４ （０ ０ ０ — ０ ９ ０ １０ — ０ ２ ２ １ ）９ ０ ５ — ２
１ 工程概 况
１ 。； ：２ 三条支 管分 别长 １ １ ３ ０ｍ，０ｍ，８Ｔ， １ １ 内径 ０８１。 Ｉ ． ２ ｃ ｌ 电站 主厂 房 长 ５ 宽 １ 总 高 １． ｎ， 主 ４ｍ， ｍ， ５ ｌ由 ７ 机 间 和安 装 间组 成 ， 装 间地 面高 程 ７ ５１ 发 电机 安 ５ ．ｍ， 层 地 面高 程 ７ ９３ｍ。 副厂 房 布 于 主厂 房 后 右 侧 ， ４＿ 宽 ６ｍ， 呈折 线布 置 。主变压器 及变 电站 均布 置于 厂房后 右 侧 的开挖 平 台上 ， 面高 程均 为 ７５１ｎ 地 ５ ．Ｉ。
镇泉水电站调压井压力管道施工方案
合理利用资源，降低能耗，推 广使用环保材料和设备。
控制施工噪音、粉尘和废弃物 排放，减少对周边环境的影响 。
加强与当地政府和社区居民的 沟通协调，积极履行社会责任
。
07
施工进度计划与保障 措施
施工进度计划编制依据
1 2
工程量清单及施工图纸
根据镇泉水电站调压井压力管道的具体工程量， 结合施工图纸进行详细分析，确定合理的施工顺 序和方法。
预期目标与效果
01
02
03
04
通过实施本施工方案，确保调 压井和压力管道的施工符合设
计要求和相关标准。
实现施工过程中的质量控制和 安全管理，降低质量问题和安
全事故的风险。
提高施工效率，缩短工期，为 水电站的整体建设进度提供有
力保障。
确保调压井和压力管道在投运 后能够安全、稳定、高效地运 行，满足水电站长期运行的需
对检测不合格的焊缝进行返修或重新焊接，直至合格为止。
04
调压井内部结构施工 要点
井壁混凝土浇筑技术
01
02
03
混凝土浇筑前准备
清理井壁基础，检查钢筋 、模板等是否符合设计要 求。
混凝土浇筑方法
采用分层浇筑法，每层浇 筑厚度不超过30cm，振 捣密实，确保混凝土与钢 筋紧密结合。
浇筑后养护
混凝土浇筑完成后，应及 时进行养护，保持适宜的 温度和湿度，防止混凝土 开裂。
施工组织设计及技术规范
遵循施工组织设计的要求，参照相关技术规范， 确保施工进度计划的可行性和科学性。
3
现场条件及环境因素
充分考虑现场地形、地质、水文、气象等条件， 以及周边环境和交通状况对施工的影响。
关键节点工期安排和保障
水电站压力管道布置设计
水电站压力管课程设计学院：水利学院专业：水利水电工程科目：水电站课题：水电站压力管道课程设计姓名：学号： 313174云南农业大学水利学院2017年12月设计说明压力管道的设计步骤一般包括：（1）压力管功能布置；（2）压力管固定方法、设计；（3）压力管应力分析、计算；（4）压力管强度校核；（5）压力管抗外压稳定计算。
一、基本资料及参数1、最大发电流量；2、上游正常水位1000m；3、下游设计尾水水位850m；4、管轴线与水平线夹角；5、上游正常水位至伸缩节水位差7m；6、镇墩与地基摩擦系数；7、支墩与管身摩擦系数；8、伸缩节摩擦系数；9.水轮机调节时间。
二、压力管功能及布置功能：从水库、前池或调压室向水轮机输送水量。
布置：采用明钢管敷设。
布置时要尽可能选择短而直的线路，明钢管敷设在陡峭的山坡上；尽量选择良好的地质条件，明钢管敷设在坚固而稳定的山坡上，支墩和镇墩尽量设在坚固的岩基上，并清除表面覆盖层；尽量减少管道的起伏波折，避免出现反坡，利于管道排空，明钢管底部应高出地表至少0.6米，以便安装和检修；避开可能发生山崩或滑坡的区，明钢管尽量沿山脊布置，避免布置在山水集中的山谷中，若明钢管之上有坠石或可能崩塌的峭壁，要事先清除；首部设事故闸门，并考虑设置事故排水和防冲设施。
三、明钢管的固定、设计1.明钢管的敷设明钢管敷设在一系列支墩上，底部应高出地表0.65米。
明钢管宜做成分段式，在首尾设镇墩，两镇墩之间设伸缩节。
伸缩节布置在管段的上端，靠近上镇墩处。
敷设方式如图：2.明钢管的设计（1）管径的确定采用经验公式——彭德舒公式来初步确定压力钢管的经济直径：式中：为钢管的最大设计流量，；H为设计水头，m。
由基本资料得：所以压力钢管直径进制采用D=50mm为模,所以取D=2.05m。
（2）管长确定上游正常水位1000m，闸门进口水位为993m，上游正常水位至伸缩节水位差7m，下游设计为水位850m。
取进口直管段长5m，出口直管段长5m。
《水电工程设计》第06章 水电站压力钢管设计
第六章水电站压力钢管设计目录第一节概述一、压力钢管在水电工程设计中的作用与地位二、压力钢管的分类三、压力钢管的附件及其他设备第二节材料一、钢材的基本特性二、钢材的设计强度三、结构用材料四、质量监督要点第三节设计基本原则与观测设计一、管道设计特点二、布置形式三、压力钢管选型四、管道的线路五、水力计算六、设计作用(荷载)及作用效应组合七、允许应力法设计八、概率极限状态设计九、一般构造要求十、观测设计十一、水压试验十二、质量监督要点第四节明管一、布置特点二、结构计算三、构造特点四、质量监督要点第五节地下埋管一、布置特点二、结构计算三、构造特点四、质量监督要点第六节坝内埋管一、布置特点二、结构计算三、构造特点四、质量监督要点第七节坝后背管一、布置特点二、结构计算三、构造特点四、质量监督要点第八节岔管一、岔管的种类二、布置特点三、结构计算四、构造特点五、质量监督要点第九节防腐蚀一、水质二、环境三、高速水流的腐蚀或侵蚀四、影响防腐蚀质量的关键因素五、大型钢管除锈工艺六、质量监督要点第六章水电站压力钢管设计第一节概述一、压力钢管在水电工程中的作用与地位压力管道是水电站输水道最常用的形式，特别是在中高水头的水电站中，他将水从水库、前池、或调压室中在承受压力的条件下引入水轮机或其他设备，以满足发电、供水等要求。
管道可用钢材、钢筋混凝土或木材制造。
战前用木板条和钢箍制成的木输水管道，运行情况不坏，在许多电站上，一直到今天，还在运转。
在现代的水电站和水泵站中，已不再使用木管。
钢筋混凝土管，包括预应力钢筋混凝土管，常在水泵站和水电站上作为引水管道和中压（水头60～100m）水轮机管道使用；钢筋混凝土管加钢衬后组成钢衬钢筋混凝土管，承受内压可高达150m～200m，甚至更高。
钢筋混凝土管道和钢管相比耐久性好，运行费用低，造价省，大直径钢筋混凝土管可比钢管节约大量钢材，造价平均低30～40%，但是主要制作工作应在预制厂完成，所以总长度不小于1000m的管道，才划算。
水电站压力管设计标准
水电站压力管道设计标准是指在设计和建造水电站压力管道时，需要遵循的一系列规范和要求。
这些标准主要包括以下几个方面：
1. 材料选择：压力管道的材料应该具有足够的强度、韧性和耐腐蚀性，能够承受高压水流的冲击和腐蚀作用。
常用的材料包括碳钢、不锈钢、合金钢等。
2. 结构设计：压力管道的结构应该合理、稳定，能够承受水流的压力和振动。
常见的结构形式包括直管、弯头、三通、四通等。
3. 尺寸计算：压力管道的尺寸应该根据水流的流量、速度和压力等因素进行计算，确保管道能够正常工作并避免出现堵塞或破裂等问题。
4. 安装要求：压力管道的安装应该符合相关的规范和要求，包括管道的连接方式、支架的设置、管道的固定等。
同时，还需要进行严格的质量检查和测试，确保管道的安全性和可靠性。
5. 维护管理：压力管道的维护管理应该定期进行，包括清洗、检修、更换等工作。
同时，还需要建立完善的档案管理制度，记录管道的使用情况和维护记录等信息。
总之，水电站压力管道设计标准是保证水电站安全运行的重要保障。
只有严格按照相关标准进行设计和建造，并进行有效的维护管理，才能确保水电站的长期稳定运行。
水电站压力管道计算
180
-0.1112066 0.068309886 -389.548539 -77843.1287
轴向应力σx
σx1 -6707.538564
σx3
69175.676
内壁取正值
管外壁取负 值
-m/3.14*r^2* δ
2490.89032
σx2计算表
计算断面θ
σx2(kPa)
0
2490.89032
67
-0.15399601 -204.823963
-0.25 -332.515053
0.25 332.5150528
0.153996008 204.8239633
-0.0443276 -58.9583756
0.182
ZR3
计算断面θ
0 67 90
K3
K4
MR
管内壁
0.11120661 -0.068309886 389.5485394 77843.12866
δ/r
26.75247147
0.007174173
三、钢管受力 分析
参数输入区
数 加劲环间距
8
n2-1 24
泊松比 0.3 是否满足2倍大气压值
满足条件
水容重
钢材容重 平均直径
壁厚
管线与 水 平夹角
9.81 轴力计算
每米水重
192.619 伸缩节内水压 力
97.352 四、管壁应力 分析
78.5
5.018
K1
0
-0.2387324
67
-0.2645964
90
-0.25
90
0.25
113
0.26459637
180
水电站的压力管道明钢管的敷设方式丶镇墩丶支墩和附属设备
水电站的压力管道明钢管的敷设方式丶镇墩丶支墩和附属设备在水电站建设中，压力管道起到了非常重要的作用。
而当涉及到管道敷设时，明钢管的使用是一种非常常见的方式。
本文将介绍水电站的压力管道明钢管的敷设方式以及镇墩、支墩以及附属设备的使用。
压力管道明钢管的敷设方式压力管道明钢管的敷设方式是水电站中常常采用的方法之一。
具体来说，明钢管的敷设可以分为地下敷设和地面敷设。
在地下敷设的情况下，需要建设足够宽度的管道路基，并对路基进行均匀地填筑，以防止管道在使用过程中出现偏斜或破损的情况。
然后，在路基上安装管沟，安装管沟的深度需要达到一定的标准，具体标准可以参照相关规定。
在管沟内铺设石子等基础材料，放置明钢管，并对明钢管进行固定。
其他管道敷设的步骤可以参照明钢管的地下敷设方式进行。
在地面敷设的情况下，首先需要进行地面平整处理。
然后，在平整的地面上设置专门的管道支撑架或碳素此和车用钢支撑，放置明钢管，并对其进行固定。
其他管道敷设的步骤可以参照明钢管的地面敷设方式进行。
需要注意的是，在进行明钢管敷设时要严格遵守相关规定和标准，以保证管道的质量和安全性。
镇墩和支墩镇墩和支墩是水电站压力管道敷设中常用的两种管道支撑方式。
镇墩一般用于跨越河流、湖泊、龙门等地方，起到承托管道和分散管道荷载的作用，同时也可以减小管道对地面或地基的冲击。
支墩则用于支撑在地面敷设的管道，起到承托支撑管道的作用。
在使用镇墩和支墩时，需要根据管道的位置和长度以及地形等因素进行合理的设置，在镇墩和支撑之间的距离和设置比例也需要符合相关规定和标准。
同时，在进行设置之前，也需要进行严密的计算和评估，确保设置的镇墩和支撑可以承载相应的荷载。
附属设备水电站压力管道的附属设备是管道敷设中不可或缺的一部分。
这些设备包括法兰、膨胀节、隔震器和阀门等。
法兰一般用于连接管道和管道或管道和设备之间，起到连接和密封的作用。
膨胀节则用于管道的热胀冷缩，以及降低管道振动和管道变形等问题，保证管道的安全性和可靠性。
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水电站课程设计任务及指导书
一、设计题目
某水电站压力管道结构设计
二、课程设计的目的
巩固加深所学的理论知识，培养学生运用理论知识和技术资料，分析、解决实际问题的能力。
三、课程设计的时间
1周(2014年6月30日~7月4日)
四、基本资料
某水电站地面压力管道布置型式如图所示。
已知设计流量Q设=12.6m3/s，末跨中心断面的计算水头(包括水击压力)为56.25m，支座断面的计算水头为49.08m，伸缩节断面的计算水头为7.89m，支承环间距16m，计算段上下镇墩间距64m，钢管轴线与水平面倾角为44°，伸缩节距上镇墩2m，伸缩节内止水填料长度b=30cm，填料与管壁摩擦系数为0.3，支承环的摩擦系数为0.1，钢管采用A3钢。
下镇墩的上游端管中心的计算水头为63.4m，镇墩下游端和下游伸缩节中心计算水头近似相等，取为66.1m，镇墩下游端伸缩节的水平钢管长度为5.0m ，管内流速为5m/s，镇墩为混凝土结构。
五、设计任务
1.初拟压力钢管内径及确定管壁计算厚度和结构厚度;
2.确定刚性环间距；
3.按正常运行情况基本荷载组合工况，对最后一跨的二个断面进行结构分析；
六、设计步骤及指导
1. 利用经验公式及经济流速初步确定压力管道的内径；
2．确定压力管道厚度(全长采用一个厚度)，要求确定管壁计算厚度和结构厚度；3. 设计压力管道的刚性环的间距
(1) 校核光滑管的稳定性；
(2) 设计刚性环的间距；
4. 对最后一跨的二个断面进行结构分析
(1) 受力分析：按正常运行情况的基本组合计算不同断面径向力、法向力和轴向力；
(2) 应力计算及强度校核；
(3) 抗外压稳定分析(包括管壁和支承环抗外压稳定分析) ；
七、设计成果
1．计算说明书一份；
2. 写一份800字左右的总结。
八、参考资料
1．压力钢管设计规范 2．水电站设计参考资料
课程名称人
数
课程性
质
考核方
式
周学
时
起止
周
教师姓
名
合班意见教室
场地标
识
水电站课程设计54
实践考查 1 19-19 孔鲁志
11水利水电工
程2班博雅楼1334、
1332
多媒体
教室57
11水利水电工
程1班。