埋藏式月牙肋钢岔管的合理布置及承载参数分析

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埋藏式月牙肋钢岔管应力控制标准的比较研究

摘要：通过三维有限元结构分析，对目前常用的几种钢岔管应力控制标准进行了比较研究。在相同围岩参数及缝
隙条件下，按不同应力控制标准设计的钢岔管管壁厚度和肋板尺寸差别较大，说明不同应力控制标准之间差别是较大的。此外，在满足明管校核准则和适当围岩承载比的条件下，按ＤＬ／Ｔ５１４１－２００１《水电站压力钢管设计规范》
ＺＨＯＵＣａｉｒｏｎｇ．ＷＵＨｅｇａｏ．ＳＨＩＣｈａｎｇｚｈｅｎｇ
（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７２，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）
水力发电
第４Ｏ卷第４期
２０ Байду номын сангаас ４年４月
埋藏式月牙肋钢岔管应力
控｛｝；＝＝『标准的巴较研究
周彩荣，伍鹤皋，石长征
（武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉４３００７２）
坝内埋管的结构系数增加１０％的应力控制标准对地下埋藏式钢岔管进行设计是比较合理的。关键词：水工结构；埋藏式月牙肋钢岔管；应力控制标准；管壁厚度；三维有限元法

山口水电站工程埋藏式钢岔管管材比较分析

表１
钢材
Ｑ３５４Ｃ
级来减少钢板厚度。
从表２中钢岔管壁厚计算值可知，虽然钢岔管的管径大，但压力水头不高。岔管采用Ｑ９Ｃ钢材的有限元３０结构优化计算的壁厚虽大于８０ａ０ＭＰ的钢岔管，但两方案计算厚度均未超过规范规定范围，满足设计要求．无需提高钢材等级。
净水头（考虑调压井最高涌浪水位）２设计内水压９ｍ，力（加水锤压力）１．水压试验压力１０ｍ１８ｍ，４３．。３
表２
岔管
管壁和肋板厚度
管壁厚度方案一方案二
３０
２８
单位：ｍｍ
肋板厚度方案一
４６
４０
２岔管管材比较分析
管，通过三次分岔，将一根主管分为４根支管接入主厂房内。钢岔管均为地下埋管，厂房附近的支管为明管。１３～
号岔管型式采用 “卜形月牙肋岔管； ” 岔管前接主管内径９ｍ；管为两大两小共４根，中，号、．支０其１２号支管内径３ｍ，号、号支管内径５ｍ见下图）．３４２．（２。
二长片麻岩，围岩分类为Ⅲ类，局部稳定性差。围岩弹性
模量＝６Ｇａ单位弹性抗力Ｋ＝５４Ｍａｍ，４．Ｐ，２ｏ３ — ０Ｐ／膨胀ｃ
系数Ｏ＝．ｌ－￣，ｚ１ｘ０６泊松ｔｇ＝．。ｄ０／ＣＬａ０５２
李
捷等／４，口水电站工程埋藏式钢岔管管材比较分析１
无损探伤检验工作外，更为重要的是必须对焊接线能

埋藏式内加强月牙肋岔管已建工程围岩分担内水压力分析

埋藏式内加强月牙肋岔管已建工程围岩分担内水压力分析-水文＆水资源简介：埋藏式岔管国内外基本按明管设计，围岩分担内水压力仅作为一种安全储备。

以往有些工程也不同程度地考虑围岩分担内水压力的潜力，但仅处于经验阶段。

本文通过对我国已建的十三陵、日本的奥美浓、奥矢作第一等抽水蓄能电站的内加强月牙肋岔管原型观测资料分析，探讨岔管围岩分担力水压力的规律。

关键字：埋藏式内加强月牙肋岔管原型观测围岩分担内水压力埋藏式岔管通常是按明管设计，不考虑围岩的约束作用，围岩分担内水压力仅作为一种安全储备，以往我国有些工程也不同程度地考虑围岩分担内水压力的潜力，如以礼河三级电站斜井式调压井的分岔结构、渔子溪一级电站三梁岔管等。

由于日本大型抽水蓄能电站比较多，80年代末开始研究大PD值岔管围岩分担内水压力的设计。

首先是在奥美浓电站的内加强月牙肋岔管进行尝试，奥美浓电站的1#岔管最大PD=4108.5m2，主管内径5.5m。

这种尝试在世界上也属首例。

由于是首次尝试，缺乏经验，设计时围岩分担率限制在15%以下，而原型观测结果远大于15%。

在实际运行中，围岩与岔管是联合受力的。

埋藏式岔管围岩作用主要体现在两方面：一是在受到内水压力作用时，同地下埋藏式园管一样，围岩分担部分内水压力，减少钢岔管所承担的荷载；二是由于岔管结构变形是不均匀的，受到围岩的约束作用，限制了岔管变位，使其变形均匀化，消减岔管折角点的峰值应力，使岔管应力分布均匀化，便于材料强度的充分发挥。

为进一步分析实际工程中，岔管与围岩联合作用的规律，对我国的十三陵抽水蓄能电站的内加强月牙肋岔管原形观测资料进行了分析，并通过三维有限元模拟岔管实际工况与观测成果进行对比分析，同时也对日本的奥美浓抽水蓄能电站、奥矢作第一电站岔管观测成果进行分析，探讨岔管围岩分担内水压力的规律。

1十三陵抽水蓄能电站岔管观测资料分析1.1工程概况十三陵抽水蓄能电站位于北京著名的十三陵风景区，十三陵水库的左岸，电站最大水头481m，安装4台200MW单级混流可逆式水泵水轮机组，总装机容量为800MW。

埋藏式钢岔管结构及应力应变分析

管长９５０７ｍ，５．９内径为５８ｍ；．电站为地面式厂
在对岔管进行结构计算时，仍将该工程埋藏
式岔管按明岔管设计。根据水电站压力钢管设计规范的规定，当埋藏式岔管具有足够埋深时，不若
房，装机容量２１０Ｍ × ３Ｗ。工程于２０年２月开０３工，预计２００６年ｌ月建成发电。１
见图２。
４３应力、变计算分析．应
维普资讯
Ｙ
０
图ｌ岔管体型设计结果示意图
管变形越小，这也是埋藏式岔管优于明岔管的一
个重要方面。在主锥管靠近相贯线交汇点处及两
个支锥段靠近相贯线交汇点处局部变形较大，其
四
川水
力发
电
Ｖｏ．５。Ｎｏ３１２．Ｊｎ，ｕ．２００６
ＳｃｕｎＷａｅＰｗｒｉｈａｔｒｏｅ
埋藏式钢岔管结构及应力应变分析
杜
摘
鹏
陈建康
（四川大学水利水电学院，四川成都６０６）１５０
有限元模型建立在笛卡尔直角坐标系坐标（Ｙ，），ＸＹ面为水平面，直方向为ｚｘ，ｚ下Ｏ竖轴，向上为正，坐标系成右手螺旋，标原点位于坐主锥管与支锥管公切球球心处。钢岔管计算网格
分别进行了明钢岔管和埋藏式岔管两种方案
的计算，将钢岔管应力成果以最大主应力和Ｖｎｏ

地下埋藏式月牙肋岔管设计导则

地下埋藏式月牙肋岔管设计导则Design guide for underground crescent-rib reinforced branch pipe4.0.1 钢岔管steel branch pipe压力钢管分岔处的管段，包括岔管主体及部分主管和支管。

4.0.2 月牙肋岔管crescent-rib reinforced branch pipe分岔处用插入管内的月牙形肋板加强的岔管。

4.0.3 明管状态exposed branch pipe state地下埋藏式钢岔管由钢岔管单独承担内水压力的受力状态。

4.0.4 埋管状态underground branch pipe state地下埋藏式钢岔管由钢岔管与围岩共同承担内水压力的受力状态。

4.0.5 抗外压稳定临界压力critical external compressive resistance of buckling钢管设计计算中，抵抗外压仍能保持钢管稳定的最大压力值。

4.0.6 膜应力membrane stress是沿截面厚度均匀分布的应力成分，它等于沿所考虑截面厚度的应力平均值。

4.0.7 整体膜应力integral membrane stress在内水压力作用下，为满足基本力的平衡条件而产生的沿截面厚度均匀分布的应力，其值等于沿截面厚度的应力平均值。

4.0.8 局部膜应力local membrane stress在内水压力作用下，因管壳不同锥体连接处母线的不连续，造成总体结构不连续。

为满足变形协调关系而产生的，沿截面厚度均匀分布的应力。

4.0.9 弯曲应力bending stress弯曲应力是法向应力的变化分量，沿厚度上的变化可以是线性的，也可以不是线性的。

其最大值发生在管壁的表面处，设计时取最大值。

4.0.10 岔管规模scale岔管的规模是指岔管主管直径（D）与岔管设计水头（H）的乘积，简称HD。

4.0.11 半锥顶角half-cone-apex angle圆锥的轴与任意一条母线之间的夹角。

埋藏式月牙肋钢岔管肋板受力特性和体型优化方法

埋藏式月牙肋钢岔管肋板受力特性和体型优化方法苏凯;李聪安;胡馨之;伍鹤皋【摘要】A three dimensional finite element numerical model for steel bifurcation pipe of hydropower diversion system is established according to the engineering practice of embedded crescent-rib steel bifurcation pipe in a hydropower station.And this work is focused on the study of mechanical characteristics and shape optimization method of rib.The results indicate that the distribution of axial stress and z-direction stress in the thickness direction of rib is uniform,and the values of z-direction stress are significantly smaller than the counterpart of axial stress.Therefore,the z-direction property of the steel needs to be ensured to avoid the tearing in the thickness direction of the crescentrib.In this study,the inner edge of the crescent-rib is optimized by the resultant action percentile point,which is proposed based on the distribution characteristics of axial stress of crescent-rib cross sections.And the objective function is used to recheck the computation of the optimized shape crescent-rib,which can be recommended as a method to optimize the shape of the rib.%结合某水电站埋藏式月牙肋钢岔管的工程实际,建立其引水系统钢岔管的三维有限元数值模型,重点研究了月牙形肋板的受力特性与体型优化方法.计算结果表明:肋板轴向应力和z 向应力在厚度方向上的分布一致性较好,z向应力尽管数值上明显小于其轴向应力,但为使钢材沿厚度方向不出现撕裂破坏而需要保证满足肋板的z向性能要求;根据肋板横截面上轴向应力的分布特征,提出了合力作用分位点的概念,依据合力作用分位点轨迹线修正肋板内缘轮廓,由优化目标函数进行肋板体型优化计算,并建议此方法作为肋板体型优化的方法.【期刊名称】《天津大学学报》【年(卷),期】2018(051)003【总页数】9页(P232-240)【关键词】月牙肋钢岔管;肋板;z向应力;体型优化;合力作用分位点;内缘曲线;目标函数【作者】苏凯;李聪安;胡馨之;伍鹤皋【作者单位】武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,武汉430072;武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,武汉430072;武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,武汉430072;武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,武汉430072【正文语种】中文【中图分类】TV732.4在中高水头引水式水电站中，多采用“一管两机”或“一管多机”的供水方式，常需设置分岔管．岔管是指输水管道分岔处的压力钢管管道，是由锥管、柱管、肋板焊接而成的板壳组合结构，其中月牙肋钢岔管具有受力合理、设计方便、水流流态好、水头损失小、结构可靠、制作安装容易等特点，是目前国内外采用最多的岔管型式[1-2]．月牙肋钢岔管的结构特点是：用一块完全嵌入管体的月牙形肋板从岔管的内部加强两个支管相贯线处的管壁，并承受由内水压力作用产生的两个支管相贯线处的不平衡力，让管壁所受到的水压力作用在肋板的形心上，按轴心受拉构件确定肋板的轮廓尺寸，这样可以充分利用钢材的抗拉强度[3]．而在实际内水压力的作用下，肋板的水流情况和受力状态都较为复杂，其各截面并非处于轴心受拉状态．目前，国内对肋板的研究主要集中在肋板的整体受力特征方面，如冯华[4]针对甘肃杂木河神树水电站钢岔管，对其肋板的合位移和 Mises应力进行了研究；辜晓原等[5]在设计江苏溧阳抽水蓄能电站月牙肋钢岔管时，分析了肋板的整体Mises 应力和肋板厚度方向的应力；郭雪[6]在研究张河湾抽水蓄能电站埋藏式钢岔管时发现，相比明管，埋管时肋板应力集中有十分显著的下降．可以看出以上研究多针对肋板整体受力展开，缺少对肋板轴向以及z向受力特征细致深入的研究．同时，对于肋板体型(肋板内缘曲线)，目前的工程实践多按抛物线方程确定，也有采用椭圆曲线进行设计的，如马鹿塘水电站一期工程钢岔管肋板内缘曲线即是采用了椭圆曲线，但是目前针对肋板体型的研究多集中在肋板的初步设计阶段，未对肋板的实际受力状态和体型进行复核，如张红梅[7]在研究西龙池抽水蓄能电站月牙肋钢岔管时，发现肋板最大横截面处应力分布不够均匀，认为主要原因在于肋板最大横截面的形心点与其合力作用点不重合．因此，本文结合某水电站埋藏式月牙肋钢岔管工程实际，建立钢岔管的三维有限元数值分析模型，针对肋板的受力特性，特别是对肋板轴向应力的分布特征以及z向应力的分布规律展开研究，并结合肋板各典型横截面上的轴向受力特征探讨肋板体型优化设计方法，提出优化目标函数，计算结果可为肋板体型的优化设计提供重要的参考依据．1 基本理论1.1 Mises屈服理论月牙肋钢岔管采用Mises屈服准则，具体规定如下：在一定的变形条件下，当受力物体内一点的等效应力达到某一定值时，该点就开始进入塑性状态，其表达式详见式(1)．Mises屈服准则的物理意义为：当材料的单位体积形状改变的弹性能达到某一常数时，质点就发生屈服，故 Mises屈服准则又称为能量准则．Mises应力是基于剪切应变能的一种等效应力，遵循材料力学第4强度理论，它是一个综合考虑了第1主应力、第2主应力和第3主应力的概念，可以用来对材料的疲劳、破坏等进行评价[8-10]．式中：1σ为第1主应力；2σ为第2主应力；3σ为第3主应力；J为常数，可根据简单拉伸试验求得或纯剪切试验来确定．1.2 点/点接触单元与围岩联合受力是埋藏式钢岔管的重要承载特性，数值模拟分析过程中往往需要考虑外围围岩的支撑作用．但是由于施工工艺、混凝土冷缩、温度降低等原因，在钢管与外包混凝土和围岩之间会出现一定大小的初始缝隙，即便通过回填或者接缝灌浆也是不能完全消除的，因此在内水压力作用下，岔管与围岩间具有典型的接触力学行为特征．有限元方法在分析模拟接触问题时较为成熟，其解决接触问题的基本思路是：通过有限元离散，建立支配方程，根据初始接触状态利用约束变分原理形成刚度矩阵(其中，接触单元的法向刚度由式(2)计算)，根据支配方程求出接触力，并由计算所得外力和位移再次检验接触状态，若与假定的接触状态不符，则重新假定接触状态，更改刚度矩阵重新迭代计算，如此循环，直至迭代计算的接触状态稳定为止，最后进行迭代计算的收敛性检查．式中：β为接触刚度系数；E为附着层单元的弹性模量；Tmax为允许最大穿透，与穿透公差系数及特征接触长度有关．在接触分析时接触刚度的取值是决定接触算法的收敛性以及接触穿透特征的关键因素．一般来说，应该选取足够大的接触刚度以保证接触穿透小到可以接受，但同时应保证不会引起总刚度矩阵的病态问题而保证接触算法的收敛性．ANSYS平台中提供的接触模型有 3种：点/点接触、点/面接触和面/面接触．由于点/点接触单元只需要构建接触面和目标上的对应点点接触对即可，不需要形成外围岩体单元，建模较为方便，得到广泛应用[11-12]．点/点接触单元如图1所示，当接触单元发生正位移时钢衬与围岩间的缝隙脱离接触，单元法向力为零，不传递荷载；当接触单元发生负位移时缝隙保持接触，单元传递与位移呈线性关系的负值法向力，此时接触单元表现为线性弹簧，则其对钢衬节点的反向作用就相当于围岩对钢衬的作用力．在一般计算过程中，假定外围围岩为弹性介质，采用围岩的弹性抗力系数反映围岩的支撑作用，具体点/点接触单元的法向刚度可按式(3)进行计算．图1 点/点接触单元示意Fig.1 Point-to-point contact element式中：K为外围围岩的弹性抗力系数；A为接触面积；N为点/点接触单元的数量．2 计算模型2.1 基本资料某水电站装机容量246,MW，水库总库容1.325亿 m3，工程等别为二等，工程规模为大(2)型．输水发电系统采用一洞两机布置方式，输水线路长6,540.76,m，其中引水隧洞长 5,984.88,m，压力管道长353.61,m．压力管道采用一管两机布置型式，立面采用斜井布置，斜井倾角55°，在厂房上游边墙外布置对称 Y型内加强月牙肋钢岔管，岔管中心距厂房上游边墙的垂直距离约为 77.5,m，引水主管直径5.8,m，引水支管管径 4.1,m．已知设计内水压力为3.0,MPa．根据《水电站压力钢管设计规范》(NB/T 35056—2015)[13]可以确定月牙肋钢岔管的体型和肋板尺寸，如图2所示．肋板材料采用07,MnMoVR型调质钢板，钢材弹性模量 E＝206.0,GPa，泊松比μ＝0.30，钢材设计强度均按《水电站压力钢管设计规范》进行取值．图2 月牙肋钢岔管及肋板体型图Fig.2 Shape and size of crescent-rib steel bifurcation pipe and rib2.2 计算模型按照《水电站压力钢管设计规范》(NB/T 35056—2015)[13]的规定，模型在主管和支管端部均取固端全约束．模型计算范围的确定按不影响钢岔管单元应力、应变分布和满足足够的精度要求进行考虑，主、支管段轴线长度从公切球球心向上下游分别取最大公切球直径的1.5倍左右．有限元模型建立在笛卡尔直角坐标系坐标下，Oxz面为水平面，x轴为顺水流方向，竖直方向为 y轴，向上为正，坐标系成右手螺旋，坐标原点位于主锥管与之锥管公切球球心处．岔管管壳全部采用 ANSYS 4节点板壳单元SHELL63，肋板较厚则采用 8节点实体单元SOLID45，厚度方向网格划分为 4等份．针对埋藏式月牙肋钢岔管，采用点/点接触单元CONTAC52模拟钢衬与围岩的接触力学行为[2,14]．岔管整体模型及肋板模型网格划分如图3所示．图3 岔管整体模型及肋板模型网格Fig.3 Grid of bifurcation pipe and rib models2.3 计算条件有限元计算按埋藏式岔管联合承载进行，对围岩及回填混凝土进行了一定的简化[15-18]，采用的基本假定有：①围岩为均质各向同性，且应力状态处于线弹性范围以内；②不考虑围岩的初始应力状态及开挖后的二次应力状态影响，钢衬和混凝土不承受来自围岩的初应力；③在内水压力作用下，混凝土径向均匀开裂，钢衬所承受的内水压力部分通过径向开裂后的混凝土传递到岩石上，混凝土只起传递荷载作用；④将混凝土与钢岔管之间的缝隙及混凝土与围岩之间的缝隙合并为一层缝隙，在考虑围岩联合承载计算时，钢衬与围岩之间的初始缝隙假定取为6×10-4倍主管半径，本工程初始缝隙值为 1.74,mm；⑤围岩与回填混凝土只对钢岔管管壁正的法向位移起约束作用，围岩的单位弹性抗力系数为40,MPa/cm．3 肋板受力特性分析鉴于肋板构造和受力特征的对称性，本文取肋板Oxz平面上半部分各横截面进行应力结果分析，对各横截面进行编号详见图 4(a)．横截面局部坐标系的定义为：以肋板中面内缘为坐标原点O′，z′方向为肋板厚度方向，y′轴方向沿横截面外法向，坐标系成右手螺旋，其中横截面 1-1、5-5和 10-10处的平面局部坐标系定义如图4(b)所示．图4 截面编号及局部坐标系示意Fig.4 Number of cross sections and local coordinate system3.1 肋板整体Mises应力根据有限元计算结果，绘制了肋板整体Mises应力等值线，见图 5，应力以拉为正，压为负．肋板最大Mises应力为 168.446,MPa，出现在肋板最大截面的内缘处，小于肋板相应抗力限值266,MPa．3.2 肋板z向应力在月牙肋钢岔管制造过程中，肋板与左右两侧支锥管采用角焊缝连接，如果肋板选材没有考虑z向性能的要求，由于接头拘束度较大，在焊缝的冷却收缩过程中，将使近缝区肋板母材发生层状撕裂[19-20]；同时在内水压力循环作用下，除了产生肋板平面内的作用力以外，还会产生沿厚度方向(z向)的拉应力，将导致肋板发生撕裂破坏．图5 肋板整体Mises应力等值线(单位：MPa)Fig.5 Contour of Mises stress of rib(unit：MPa)从有限元数值计算结果可以看出：肋板的z向应力在厚度方向上分布较为均匀，且绝大部分区域z向应力都为较小的压应力，但在肋板与管壳相连的局部区域出现了较明显的拉应力集中现象，对于横截面1-1、3-3、5-5和 7-7处的 z向应力，最大值分别为：24.12,MPa、27.11,MPa、35.29,MPa 和 54.96,MPa，肋板 z向拉应力最大值为 89.56,MPa，出现在管顶部位的横截面 10-10处，整体数值不是很大，各横截面的最大 z向应力值随着截面编号增大呈现出增大的趋势，最大值均出现在肋板与管壳相连处，见图6．但是，目前我国《厚度方向性能钢板》(GB/T5313—2010)[21]规定对于 z向性能级别按钢材的含硫量及z向的断面收缩率确定，而有关肋板钢材z向性能级别的选择，现行的《水电站压力钢管设计规范》等有关规范没有给出明确规定．王志国[19,,22]初步提出以肋板厚度为参数进行肋板 z向性能级别选择的方法，以供设计人员参考，但对肋板的 z向受力限值依然没有涉及．图6 肋板z向应力三维分布Fig.6 3D distribution of z-direction stress of rib 3.3 肋板轴向应力图7 肋板轴向应力三维分布Fig.7 3D distribution of axial stress of rib在进行肋板体型设计时，通常依据肋板承受轴向拉力为基本要求，即要求肋板横截面内法向为轴向受拉状态，且分布均匀．从图 7可以看出：肋板的轴向应力在厚度方向上分布较为均匀，各横截面的轴向应力都呈现出内侧大外侧小的基本规律，且在肋板与管壳相连的区域出现局部应力峰值现象，对于埋藏式月牙肋钢岔管，横截面 1-1、3-3、5-5和 7-7处最大轴向应力值分别为：168.68,MPa、146.16,MPa、106.87,MPa和 67.41,MPa，各横截面的最大轴向应力值随着截面编号的增大而呈现出减小的趋势，且最大值出现的位置由肋板内缘处向肋板与管壳相连处转变．4 肋板体型优化鉴于沿肋板厚度方向的轴向应力分布较为均匀，本文以肋板中面各横截面的轴向应力值作为基准值来分析肋板的内力分布特征．根据各典型横截面的位置特征，采用分位点αi定义各横截面上的合力作用点，即合力作用点位置距横截面局部坐标系原点O'的距离ci与横截面宽度wi＝bt＋d 之比，即αi＝ci/wi，具体如图8所示．图8 肋板体形及横截面坐标系示意Fig.8 Shape of rib and coordinate systemof cross section由计算结果可以看出：当肋板采用抛物线的内缘曲线时，在靠近管道腰部位置的几个横截面，即1-1～6-6截面，分位点αi值均在0.45左右，最大值为0.477,3，最小值为 0.434,8，而对于 7-7～10-10截面，αi值都超过 0.50，最大值达到0.631,6，说明肋板各横截面的轴向受拉特性并不突出，不符合设计预期，计算结果详见表 1，表中弯矩值以肋板内缘侧受拉为正，反之为负．肋板各横截面的轴力和弯矩值随着截面编号的增大而减小，肋板横截面的轴力和弯矩最大值均出现在1-1截面处，见图9．肋板在初步设计时一般假定为轴心受拉构件，即在确定肋板中央截面宽度后，肋板的外缘曲线以相贯线为基础向管壳外适当加宽 50～100,mm，以满足管壳与肋板焊接缝的位置要求，而对于肋板其余截面的宽度，则按内缘抛物线轮廓确定．从肋板的内力分布特征可以看出，当肋板的内缘曲线采用抛物线时，各横截面位置的轴向受拉特性并不突出，因而，有必要对肋板内缘曲线进行优化修正以满足其轴向受拉特性．表1 肋板横截面合力作用分位点计算Tab.1 Computation of resultant action percentile points at cross sections of rib截面编号横截面宽度wi/mm横截面轴力N/MN横截面弯矩M/(MN·m)合力作用点距离ci/mm合力作用分位点αi 1-1 1,210.00 14.06 1.08 528.54 0.436,8 2-2 1,195.55 13.09 1.02 519.870.434,8 3-3 1,152.17 12.63 0.90 505.38 0.438,6 4-4 1,081.39 10.89 0.67 478.78 0.442,7 5-5 1,984.70 18.65 0.40 446.03 0.453,0 6-6 1,864.90 16.140.12 412.81 0.477,3 7-7 1,724.22 13.70 -0.071 380.60 0.525,5 8-81,561.77 11.84 -0.071 321.08 0.571,5 9-9 1,365.79 10.75 -0.011 196.55 0.537,3 10-10 1,112.00 10.12 0 170.74 0.631,6图9 肋板各横截面内力Fig.9 Internal forces at cross sections of rib本文以合力作用分位点αi为中心，按肋板外缘曲线至合力作用分位点轨迹线间距的两倍值确定肋板各横截面宽度，以此对肋板内缘轮廓曲线进行修正，从而使合力作用分位点与横截面中心重合，则肋板处于轴心受拉状态．从肋板内缘曲线优化后的轮廓可以看出，在管道腰部位置附近(截面 1-1～6-6)的肋板轮廓需要加宽，但对于管顶和管底位置的肋板上下端部，肋板截面宽则需要减小，见图10(a)．对于优化修正后的肋板体型，需要修改相应的肋板有限元模型，并按同样的方法进行合力作用分位点的复核计算，本文对肋板体型进行两次优化复核计算，结果见表2．同时，经两次优化后的肋板体型，见图10(b)和(c)，图中方案YH-0表示肋板体型未进行优化时的计算结果，而方案YH-1和方案YH-2则分别对应肋板体型第1次优化和第 2次优化的计算结果．图10 肋板内缘曲线优化示意Fig.10 Optimization of inner edges of rib表2 肋板体型优化后各截面合力作用分位点复核计算表Tab.2 Recheck computation of resultant action percentile points at cross sections of optimized rib截面编号 YH-1 YH-2 YH-1 YH-2 YH-1 YH-2 YH-1 YH-2 YH-1 YH-2横截面宽度wi/mm 横截面轴力N/MN 横截面弯矩M/(MN·m) 合力作用点距离ci/mm 合力作用分位点αi 1-1 1,362.32 1,471.16 14.13 14.15 0.77 0.46 626.74 702.78 0.460,1 0.477,7 2-2 1,351.31 1,465.97 14.01 14.03 0.80 0.50 618.32 697.13 0.457,6 0.475,5 3-3 1,293.59 1,398.04 12.72 12.71 0.66 0.42 594.61 666.20 0.459,7 0.476,5 4-4 1,205.161,304.89 11.01 11.03 0.55 0.38 552.70 618.22 0.458,6 0.473,8 5-51,077.42 1,165.32 18.83 18.87 0.39 0.30 494.79 548.92 0.459,2 0.471,0 6-6 1,904.42 1,967.44 16.35 16.44 0.20 0.20 420.53 453.44 0.465,1 0.468,7 7-7 1,687.14 1,707.55 13.78 13.86 0.04 0.07 333.31 334.790.485,1 0.473,2 8-8 1,481.49 1,470.39 11.79 11.78 -0.011 0.01 246.35 227.60 0.511,6 0.483,9 9-9 1,338.49 1,329.44 10.71 10.69 0 0 173.78 162.00 0.513,4 0.491,7 10-10 1,082.52 1,081.28 10.07 10.02 0 0 141.88 140.26 0.507,5 0.495,3岔管肋板是一个整体受力构件，体型优化工作并不能保证各横截面均呈现理想的轴向受拉特性，由此本文提出如式(4)的优化目标函数，即以肋板截面合力作用分位点平均相对误差不超过误差限值为优化目标，同时要求各截面合力作用分位点的相对误差iω不超过最大允许偏心率误差当优化计算结果满足式(4)时，可认为肋板处于理想的轴心受拉状态，体型优化工作即告完成．针对误差限值[]ω以及最大允许偏心率误差的取值，本文从结构和经济方面考虑建议取则由表3可以看出，本工程第2次优化结果满足肋板理想轴向受拉特性的要求．式中n为肋板划分的横截面份数，本工程中n＝10．表3 肋板各截面合力作用分位点相对误差计算Tab.3 Computation of relative error of resultant action percentile points at cross sections of rib方案 1-1 2-2 3-3 4-4 5-5 6-6 7-7 8-8 9-9 10-10各横截面合力作用分位点的相对误差iω/%,合力作用分位点平均相对误差ω/%,YH-0 12.64 13.04 12.28 11.46 9.40 4.54 5.10 14.30 7.46 26.32 11.65 YH-1 07.98 08.48 08.06 08.28 8.16 6.98 2.98 02.32 2.68 01.50 05.74 YH-2 04.46 04.90 04.70 05.24 5.80 6.26 5.36 03.22 1.66 00.94 04.255 结语本文结合某水电站工程实际，采用有限元法研究分析了埋藏式月牙肋钢岔管肋板的受力特性，着重分析了肋板在厚度和宽度方向上的应力分布特征，计算结果表明：肋板z向应力和轴向应力沿厚度方向变化均不大，可认为沿厚度方向应力均匀分布；肋板 z向拉应力整体数值不大，但与管壳相连区域受拉明显，在内水压力的循环作用下和焊缝的冷却收缩过程中肋板有可能沿厚度方向出现撕裂破坏，建议在现有指标的基础上完善肋板的 z向性能要求；同时，肋板横截面的轴向应力呈现出由内到外递减的基本规律，最大轴向应力值出现在肋板横截面内缘处；最后，当肋板采用抛物线的内缘轮廓曲线时，各横截面的轴向受拉特性并不突出．由此，本文提出了依据合力作用分位点的肋板内缘曲线修正方法，并给出了相应的体型优化目标函数，对肋板体型进行复核计算，结果表明优化后的肋板受力特性有明显的改善，说明这样的体型优化方法是有效的，具有一定的实际意义和工程应用价值．【相关文献】［1］王志国. 高水头大 PD值内加强月牙肋岔管布置与设计[J]. 水力发电，2001，10：56-59.Wang Zhiguo. 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Research and Practice on the Technology of Underground Crescent-。

月牙肋钢岔管的有限元分析

ＺＵＨｎ —ｗｉＲＮＤ — ｉＧＯＹｎ —ｆｎ，Ｉｕｎ —ｍｎＨｏｇｅ，Ｅｅｊ，ＡａｇｅｇＬａｇｉＧ
（ｌｇｉｌＨｄｅｔｃｎｉｅｒｇＣｉｈｅｏｅｎｅｉ，ｉａｇ４３０，ｕｅ，ｈａｏｅｏＣｉＣｌｅｆｖ＆ｙｒｌｒｇｅｎ，ｈａＴｒＧｒｓｉｒｔＹｃｎ０２ＨｂｉＣｉ）ｏｅｉＥｎｉｃｎｅｇＵｖｓｙｈ４ｎ
优化设计以及工程成。其中进水口底板高程２５５ｍ；水６引隧洞长６１ｍ，．８ｋ洞径５３调压井采用阻抗式，．６ｍ；圆形断面，内径１．ｍ，高６．５ｍ；压管道主管长约１６ｍ，００井２６高８
月牙肋型结构。
２计算模型
２１岔管体型参数．
［关键词】月牙肋钢岔管；壳体；有限元分析；水电站
［中图分类号】Ｔ７ｖ２［文献标识码】Ａ［文章编号】１６７７（０）２０１ — ０ — １５２８０ — １０００３２
ＦｎｔｌｍｅｔＡｎｌｓｓｏｅＳｅｌ —ｐｐｔｅｃｎｂｉｉＥｅｎａｙｉｆｔｔｅｅｈＹｉｅｗｉｌＣｒｓｅｔＲｉｌ
岔管是指输水管道分岔处的压力钢管管道，其在输水建筑物中扮演着重要角色，在承受压力的条件下，将它水从水库、前池或调压室中引入水轮机或其它设备，以满足发电、供水等要求。岔管的结构型式有许多种，而其中的月牙肋岔管是目前国内采用最多的岔管形式，其具有受力明确合理、设计方便、水流流态好、水头损失小、结构可靠、制作安装容易等特点，国内外大中型常规和抽水在蓄能电站地下埋管中得到广泛的应用。近年来，随着我国西部水电开发和大型抽水蓄能电站的建设，岔管向高水头、Ｈ）的方向发展，大Ｉ值这导致了材料耗费大，焊接工艺复杂，困难等新问题的出现。如何减少钢板厚度，施工降低制造和安装难度，技术可行性，增加成为比突出的较问题。因此，究岔管结构在受作用时的应力应变情况研和对高压钢岔管的受力破坏特性进行探讨，于岔管的对

水电站工程埋藏式钢岔管壁厚分析探讨

此来限制管壁及肋板的最小厚度，保证埋藏式岔管的
安全性。
埋藏式岔管的应力状态主要取决于围岩变形参数及
缝隙值的大小，合理确定围岩变形参数及缝隙值是埋藏
式岔管设计的关键。
山口水利枢纽工程岔管最大的ＨＤ值为１６ｍ，０５２与
近年来通过钢岔管原型观测试验资料分析发现岔管
的变位及应力状态呈非线性关系。围岩分担率随着围岩单位弹性抗力增加而增大，但随着围岩单位弹性抗力的
增加围岩分担率增幅减少。岔管缝隙大小对埋藏式岔管应力状态的影响十分敏感，围岩分担率则随缝隙值增加而下降明显。如果要使得围岩分担率控制在２％～００３％范
围，缝隙值应限制在１２ｍ范围内。－ｍ当缝隙值较大时，埋藏式岔管的应力状态接近明管。为确保因回填混凝土、灌浆质量出现严重质量问题时，岔管还能安全正常工作，明管条件” 以“ 限制埋藏式岔管围岩分担率，也就是说，即使不考虑围岩分担内水
（肋板）９５０（肋板）７４０肋板应力
４０９
２７９
６０１
３１７
注表中应力已考虑焊缝系数的影响。
充分发挥。对埋藏式岔管的设计，可采用不同的应力控制标准进行受力分析。应力控制标准可采用埋藏式条件下、明岔管原则、明岔管条件下岔管结构计算。
岔管钢材允许应力
应力类型运行工况
单位：ＰＭａ
试验工况
整体膜应力局部膜应力（管壳）１６０
６０ａ０ＭＰ
１２９２７５
３７０
２９６．３７０

埋藏式月牙肋钢岔管结构三维有限元分析

埋藏式月牙肋钢岔管结构三维有限元分析田静1，楚万强1，许新勇2，李颖1（1．黄河水利职业技术学院，河南，开封，475001；2．华北水利水电学院水利学院，河南郑州450011）摘要：采用三维有限元方法，应用自行编写的弹簧单元加载程序和商用ANSYS软件，考虑钢岔管与围岩间的缝隙值，按照岔管与围岩联合承载，对某水电站的埋藏式月牙肋钢岔管进行结构计算，分析钢衬、混凝土衬砌与围岩联合承载结构特性，进行了围岩性能和初始缝隙值的敏感性分析。

结果表明：钢岔管与围岩联合承载时，钢衬及肋板应力变化梯度趋平缓；围岩约束钢衬的位移，使得钢衬结构的位移分布趋于均匀；采用弹簧单元来模拟回填混凝土和围岩，是正确可行的。

所得结论可为埋藏式钢岔管的设计提供参考。

关键词：月牙肋钢岔管；有限元分析；水电站；混凝土衬砌Three-dimentional finite element analysis of embedded crescent-rib reinforced bifurcation structureTian Jing, Chu Wanqiang, Xu Xinyong, Li Ying(1.Yellow river conservancy technical institute, henan, kaifeng, 475001;2. water conservancy institute ofNorth China University of Water Resources and Electric Power,henan, zhengzhou,450011) Abstract:adopting three-dimentional finite element method, Using the procedure written by oneself and commercial ANSYS software , considering the gap between embedded crescent-rib reinforced bifurcated pipe and surrounding rock, in charge of jointly bearing the load with the surrounding rock, Structure characteristic of embedded crescent-rib reinforced bifurcation pipe is analyzed, sensitivity of the surrounding rock mass and initial gap value is alse analyzed. The results showed that stress gradient of the steel liner and crescent-rib panel change gentlely considering of the combining effects of surrounding rock mass and steel bifurcation. The surrounding rock mass restrained displacement of the steel liner and displacement of the steel liner tended towards uniform. It is correct and feasible to adopt the unit of the spring to imitate backfill concrete and surrounding rock mass. The result is satisfactory, can provide reference for practical design of embedded steel bifurcation struture.Key words: crescent-rib reinforced bifurcation structure；finite element analysis；hydropower station;concrete lining一般来说，岔管位于压力管道的末端，属于复杂的空间组合结构，当承受内、外水压力作用时，水流情况和受力情况都很复杂。

埋藏式月牙肋钢岔管的合理布置及承载参数分析

埋藏式月牙肋钢岔管的合理布置及承载参数分析近年来，我国常规水电和抽水蓄能电站工程得到快速的发展，各种施工技术、设备不断创新，建筑物的设计水平也在不断的提升。

埋藏式月牙肋钢岔管是常规引水式水电工程和抽水蓄能电站中应用广泛的建筑物，其承载力和体型设计直接影响着整个常规水电工程和抽水蓄能电站的工程质量和投资。

而在其设计过程中，埋藏式月牙肋钢岔管的体型设计布置和承载参数的计算又是非常重要的工作内容，为此文章针对埋藏式月牙肋钢岔管的合理体型设计及承载参数计算等相关的内容进行分析研究。

标签：埋藏式月牙肋钢岔管；合理体型设计；承载参数引言随着我国常规水电工程和抽水蓄能电站工程的快速发展，施工和设计水平都在不断提升，埋藏式月牙肋钢岔管做为一重要的建筑物，其结构、性能与传统的钢岔管相比有着受力明确、水头损失小和施工方便等显著的优势。

在埋藏式月牙肋钢岔管的设计中，其合理的布置以及承载参数的计算和设定是关键，影响着月牙肋钢管的整体设计质量。

为了保证埋藏式月牙肋钢岔管可以满足不同环境的需求，文章针对埋藏式月牙肋钢岔管的合理布置及承载参数等内容进行分析。

1 埋藏式月牙肋钢岔管的合理布置分析随着我国经济不断的发展，我国能源需求量逐年攀升，使得有着绿色能源的水电工程和抽水蓄能电站工程近几年得到大力的开发。

与此同时引水管道设计也伴随着地质条件差、高水头、大PD值等不利影响因素。

钢岔管作为引水式多机组电站中的关键设备，其综合这几年钢岔管的设计工作，月牙肋钢岔管应用最为广泛。

在具体的设计时，需要充分的考虑施工条件，例如岩层内的水压力等，通过对月牙肋钢岔管的参数、结构等的合理设计和布置，降低其安装和生产制造的难度，并保障工程的施工质量[1]。

从近几年的水电工程和抽水蓄能电站工程的现状来分析，有着PD值越来越大，围岩条件愈来愈复杂的趋势，从目前的围岩承载需求分析，围岩条件好时，管道在设计的过程中，管壁厚度会偏大。

为了满足实际工作中围岩的承载需求，管道的管壁厚度往往会超过设计的厚度，进而保证管道可以根据不同的围岩条件，对其承载比进行调整和控制。

埋藏式月牙肋岔管辅助设计系统开发与应用

设计施工
２０１９年第１２期
水利规划与设计
ＤＯＩ: １０３９６９ / ｊｉｓｓｎ１６７２￣２４６９２０１９１２０２５
埋藏式月牙肋岔管辅助设计系统开发与应用
申显柱ꎬ 李水生ꎬ 鲍伟ꎬ 张凯
( 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司ꎬ 贵州贵阳５５００８１)
摘要: 依托埋藏式月牙肋岔管设计经验ꎬ 紧扣规范ꎬ 经研究论证后形成基于Ｃａｔｉａ￣Ｖ５的岔管结构计算软件程序、
数化三维模板制作及二维图绘制功能主要依托Ｃａｔ￣
ｉａ￣Ｖ５软件ꎬ 围岩和岔管联合承载有限元计算方法
功能主要依托Ａｎｓｙｓ和Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ等软件进行开
按结构力学法ꎬ 以ＳＬ２８１—２００３
作者简介: 申显柱(１９８０年—) ꎬ 男ꎬ 高级工程师ꎮ
２１２模板制作内容
月牙肋岔管三维模板制作以约束造型为核心ꎬ
以尺寸驱动为特征ꎬ 实现参数化、标准化及模板化
设计ꎬ 包括体形设计和管节展开ꎮ 模板文件分别为
有限元计算模型和管节展开模型ꎮ
结构ꎬ 如图５所示ꎮ
２１３模板制作思路
地实现结构计算ꎬ 并且还可以生成相应的标准化计
能ꎬ 建模时将相关的设计参数提取出来ꎬ 放在模型
析ꎻ ⑤最后采用ＡｕｔｏＣＡＤ绘制二维图和采用Ｗｏｒｄ
编写结构计算书ꎮ
实践表明ꎬ 因为月牙肋岔管结构较复杂ꎬ 传统
设计过程以人工为主ꎬ 设计过程时间长、易出错、
步骤多、内容繁琐ꎬ 所以体型参数设计、结构计算
分析和二维施工图绘制一直是设计工作中最耗工时
的ꎮ 虽然结构设计、有限元计算等有相关的计算软
肋岔管传统的设计流程: ①结合主支管参数ꎬ 依据

月牙肋岔管三维参数化设计方法研究

月牙肋岔管三维参数化设计方法研究张伟;齐一鹤;刘姝麟;杨绿峰【摘要】In order to overcome the problems of complexity and indeterminacy of preliminary scheme in present design methods for crescent-rib reinforced branch pipe, a 3D parametric design method is proposed. The FORTRAN language is utilized to generate the preliminary scheme according to the Design Specifications for Steel Penstocks of Hydroelectirc Stations ( SL 281-2003 ) . The design pa-rameters are then imported into the CATIA for conducting parametric design. The finite element a-nalysis software is then used to perform structural analysis and optimization. Moreover, the influence factors of structural response and its law are investigated. In order to improve the accuracy of struc-tural response, and to provide a structural scheme with good security and economy, suggestions are given as follows:( a) Axial restraint could be utilized to the ends of pipes, and a range of at least 5 times of radius of public sphere need to be employed for the calculation model;and ( b) bifurcati on angle of 75 ° to 80 ° is a satisfactory selection and a thickness below 2 times of that of pipe can be ac-cepted for crescent-rib.%针对目前月牙肋岔管设计过程较复杂繁琐和初始设计方案不明确等问题，提出了高效的月牙肋岔管三维参数化设计方法，采用FORTRAN程序语言依据《水电站压力钢管设计规范》( SL 281-2003)形成岔管初始设计方案，据此将岔管相关设计参数导入CATIA设计平台中，进行三维参数化设计，结合有限元分析平台进行结构分析和优化，并开展了结构响应影响因素及其规律研究。

月牙肋岔管制造安装工法

月牙肋岔管制造安装工法月牙肋岔管制造安装工法是一种用于建筑结构中的重要工法，它采用了特殊的设计理念和施工方法，以提高建筑物的承载能力和抗震能力。

本文将详细介绍月牙肋岔管制造安装工法的原理、步骤和应用，并讨论其优缺点。

一、原理介绍月牙肋岔管制造安装工法是一种基于月牙肋岔管的结构设计方法。

它通过在建筑结构中添加月牙肋岔管，将原本单一承载的结构改造成多肢承载，从而提高结构的稳定性和抗震能力。

月牙肋岔管的设计理念源于自然界中的月牙形状，其特点是能够承受多个方向的力，使建筑结构具备更强的抗震性能。

二、工法步骤月牙肋岔管制造安装工法的施工步骤如下：1. 结构设计：根据建筑物的结构要求和使用功能，进行月牙肋岔管的设计和计算。

确定月牙肋岔管的尺寸、数量和布置方式。

2. 材料准备：准备月牙肋岔管制造所需的材料，包括钢材、焊条、螺栓等。

3. 构件制造：根据设计要求，进行月牙肋岔管的制造。

通常采用焊接工艺，将各个构件进行焊接组装，形成月牙肋岔管。

4. 施工现场准备：在施工现场进行地基处理和基础的浇筑，为月牙肋岔管的安装做好准备。

5. 安装月牙肋岔管：将制造好的月牙肋岔管安装到建筑结构中。

通常采用吊装的方式进行，确保月牙肋岔管的准确安装。

6. 结构加固：根据需求，对月牙肋岔管的连接节点进行加固，以确保结构的稳定性和安全性。

7. 检测和验收：对安装完成的月牙肋岔管进行检测和验收，确保其符合设计要求和相关标准。

三、应用领域月牙肋岔管制造安装工法广泛应用于各类建筑结构中，尤其适用于那些要求较高的抗震性能的建筑物。

其主要应用领域包括：1. 高层建筑：在高层建筑中，月牙肋岔管的应用可以提高建筑物的整体抗震能力、抗侧风能力和水平刚度，增加建筑物的稳定性。

2. 桥梁工程：在大跨度桥梁的设计中，月牙肋岔管可以有效应对振动和荷载的影响，提高桥梁的抗震和抗风性能。

3. 风电场工程：风电场的风机塔架是非常重要的结构，采用月牙肋岔管制造安装工法可以提高其抗震能力和稳定性，减少倾覆风险。

月牙肋岔管结构分析

月牙肋岔管结构分析
李生庆;黄涛
【期刊名称】《四川水力发电》
【年(卷),期】2013(032)004
【摘要】某电站支锥管腰线转折角略超规范要求,分岔角偏大,于结构特性和水力特性均不利.通过解析法和有限元法分析认为原设计方案不能满足钢材抗力限值的要求.采用在适当位置加设加强板和两道紧箍板的措施,有效地改善了岔管的应力状态.【总页数】5页(P120-124)
【作者】李生庆;黄涛
【作者单位】云南鲁布革顾问有限公司,云南昆明 650051;中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院,云南昆明 650051
【正文语种】中文
【中图分类】TV732.4;TV222
【相关文献】
1.水电站多锥节平底月牙肋钢岔管设计 [J], 韩晓凤
2.基于欧盟压力容器规范的月牙肋钢岔管三维设计 [J], 韩晓凤
3.埋藏式月牙肋岔管内压分担比研究 [J], 汪碧飞;李勇泉;陈美娟;熊绍钧
4.球形岔管与月牙肋岔管结构比较分析 [J], 石长征;伍鹤皋
5.钝角区腰线折角为零的月牙肋岔管研究 [J], 汪碧飞;熊绍钧;王启行;李月伟
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月牙肋钢岔管的体型设计程序开发及弹塑性受力分析

月牙肋钢岔管的体型设计程序开发及弹塑性受力分析有压引水式水电站和抽水蓄能电站输水管线较长,多采用“一管多机”的布置方案,由主管到支管的分岔处需要设置岔管过渡。

月牙肋钢岔管具有结构尺寸较小、外表较为光滑的特点,在国内外大中型常规电站及抽水蓄能电站的地下埋管中应用广泛。

为提高设计效率,本文开发了月牙肋钢岔管体型设计及有限元建模程序。

并结合实际工程,进行了对称Y型和非对称Y型月牙肋钢岔管的弹塑性受力分析。

选题具有重要的实际应用价值。

通过对对称Y型、非对称Y型和异型月牙肋岔管的体型进行分析,梳理出了各类岔管独立的体型设计输入参数。

采用Java语言,开发了用于月牙肋钢岔管体型设计的CAD绘图及有限元建模一体化程序。

执行程序即可生成月牙肋钢岔管的CAD绘图命令流和有限元模型命令流,将命令流分别导入CAD和ANSYS中,即可自动生成月牙肋钢岔管有限元模型和3D体型图、平面体型图、各管节展开图及月牙板施工图。

本文以两个水电站月牙肋钢岔管实际工程项目为例,利用上述自编程序,建立了不同体型月牙肋钢岔管的ANSYS有限元模型,开展了水压试验工况下正常内水压及超载内水压的静力弹塑性分析,探讨了约束条件对应力应变分布的影响,对比分析了不同计算方案的塑性区域、第一主塑性应变和Mises应力结果。

论文主要研究成果及结论如下:(1)完成了钢岔管体型设计程序的开发,程序可辅助月牙肋钢岔管体型设计,生成CAD体型图、管节展开图、月牙板施工图以及有限元模型。

(2)水压试验工况,在内水压力作用下,塑性区域集中出现在管壳与月牙肋板相贯线附近主岔管最高点内壁处,肋板与岔管接缝处附近出现小部分塑性区域。

对于实际工程,在进行月牙肋钢岔管的加肋补强及钢筋混凝土外包设计时,应重点考虑易发生塑性变形的区域。

(3)在内水压力作用下,有闷头的情况,管壳与月牙肋板相贯线附近主岔管最高点内壁处首先进入塑性,随着内水压力的增大,肋板与岔管接缝处附近出现小部分塑性区域;无闷头的情况,月牙肋板与岔管接缝处附近首先进入塑性,随着内水压力的增大,管壳与肋板相贯线附近主岔管最高点内壁处出现部分塑性区域。

应用CAD提高月牙肋岔管设计效率

应用CAD提高月牙肋岔管设计效率——结合锦潭水电站岔管设计张剑，陆伟（中水珠江规划勘测设计公司，广东广州 510610）摘要：针对月牙肋岔管的体型特点，结合锦潭水电站岔管的设计，首次采用CAD作图法，对岔管的外部体型和月牙肋肋板体型进行设计。

比解析法提高了设计准确性、精度和设计效率。

关键词：月牙肋岔管 CAD设计1 概述压力钢管是水利水电工程中输水建筑物的组成部分。

它将水从水库、前池或者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。

当一根钢管需要供应多台机组，或者从钢管中引走一部分流量供其他用途时，便需要设置岔管，所以岔管的设计是钢管设计中的重要内容之一。

根据加强方式不同可分为以下几种常见的岔管型式：三梁岔管、月牙形内加强肋岔管、贴边岔管、球型岔管和无梁岔管。

设计岔管时，为了满足结构上妥善解决不平衡内外水压力问题，使岔管有足够的安全度，并使材料节约、尺寸缩小、施工方便，还要满足水力学上水流平稳、水头损失小等要求，其体型设计和结构计算十分复杂。

本文将对月牙肋型钢岔管的CAD体型设计及计算中遇到的一些问题做进一步的探讨。

锦潭水电站位于广东省英德市西北部，是以发电为主，同时兼顾灌溉，减免洪涝灾害并促进地方经济发展的综合利用工程。

枢纽主要建筑物有混凝土双曲拱坝和引水式电站厂房。

引水隧洞总长360m，由上、下平段和上、下弯段及斜井段组成，上平段、上弯段、斜井段及下弯段为钢筋混凝土衬砌，下平段为钢管衬砌，主管管径3m，经岔管分出三条支管与三台水轮机前蝶阀相接。

经方案比较，考虑到内加强月牙肋岔管，具有结构合理，水头损失小，要求洞室开挖断面小，制造简单，便于整体运输等优点，且适用于HD值较大的情况，较适合本工程，故给予选用。

受工程各方面限制设置为双卜型岔管，见图1。

图12.月牙型内加强肋岔管的体型CAD设计过程现今的各种关于月牙型内加强肋岔管的设计资料，包括《水电站压力钢管设计规范》（DL/T 5141-2001）中对月牙型内加强肋岔管的体型设计方法，几乎都采用的是数解法，即通过已经定型的公式来计算岔管各点坐标、参数等，从而最后绘出岔管几何体型。

月牙肋钢岔管的优化设计

月牙肋钢岔管的优化设计
杨海霞;李哲斐
【期刊名称】《固体力学学报》
【年(卷),期】2006()S1
【摘要】建立了通用的月牙肋钢岔管优化设计模型,编制了相应的程序.实例计算结果表明,不依赖设计者的个人经验,可以用本程序设计出满足设计要求的最佳方案.所得设计既快又好,研究成果有实际应用意义.
【总页数】4页(P180-183)
【关键词】月牙肋钢岔管;压力钢管;结构优化设计;钢岔管
【作者】杨海霞;李哲斐
【作者单位】河海大学工程力学系
【正文语种】中文
【中图分类】TV72
【相关文献】
1.龙背湾水电站月牙肋钢岔管优化设计 [J], 丛景春;罗华;伍鹤皋
2.新疆XSX水电站月牙肋钢岔管三维有限元优化分析 [J], 陈刚
3.埋藏式月牙肋钢岔管肋板受力特性和体型优化方法 [J], 苏凯;李聪安;胡馨之;伍鹤皋
4.水电站多锥节平底月牙肋钢岔管设计 [J], 韩晓凤
5.月牙肋钢岔管结构优化及联合承载机理研究 [J], 申艳;李晓;邵艳妮;赵择野
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抽水蓄能电站引水钢岔管设计及施工技术要点分析

抽水蓄能电站引水钢岔管设计及施工技术要点分析摘要：近年来，我国在水电工程方面投入的力度较大，很多地区都在积极的修建抽水蓄能电站，并且取得了较好的成就。

从客观的角度来分析，抽水蓄能电站的修建过程中，钢岔管的设计，是一个非常重要的组成部分，这不仅关系到抽水蓄能电站的运行效果，同时对日后的维护，也具有较大的影响。

因此，在今后的钢岔管设计过程中，必须根据当地的条件限制来决定，同时在施工技术要点方面，要充分的掌握，不能出现任何的安全隐患。

关键词：抽水蓄能电站；钢岔管；设计；技术面对国内电力需求的攀升，抽水蓄能电站的修建速度和修建数量，均有一定的提升，这对国内供电的情况有了一定的缓解，但也在某些程度上，提高了施工的要求。

我们在抽水蓄能电站的施工过程中，质量是最重要的指标，其次才能追求速度的提升。

供水系统及废水处理系统当中，钢岔管的设计和施工，是业界近年来讨论的重要内容，提出的设计方法和施工技术，也在不断的进行优化处理，很多方面都实现了技术的进步。

在此，本文主要针对抽水蓄能电站，讨论钢岔管的设计及施工要点。

一、工程概况抽水蓄能电站钢岔管的设计和施工，需结合具体工程来进行讨论和分析。

本次研究中，选择某地区抽水蓄能电站为例，该电站具体情况如下：工程总装机规模1500 MW，单机容量250 MW，共安装6台机组，额定水头259.000m，单机发电时最大引用流量110.9 m3/s，单机抽水时最大引用流量101.6m3/s。

上水库正常蓄水位291.00 m，死水位254.00m；下水库正常蓄水位19.00m，死水位0.00m。

引水系统采用1洞3机布置方式，由上水库进（出）水口、2条引水主洞、4个“Y”形钢岔管、6条引水支管组成。

尾水系统由6条尾水支洞、4个“Y”形钢岔管、2条尾水主洞、2个阻抗式尾水调压室及下水库出（进）水口等建筑物组成。

引水钢岔管为地下埋藏式内加强月牙肋岔管，布置区山体雄厚，最小埋深约300m，岩体自重与内水压力之比为2.0～2.2，岔管部位具有足够的埋置深度。