卜形岔管的有限元分析与配筋计算

【摘要】钢筋混凝土岔管是一种重要的输水结构，特别是在城市供水管网中常常用到岔管结构。

文章以某钢筋混凝土岔管结构为例，采用有限单元法建立了钢筋混凝土岔管结构计算模型，对岔管结构施工和运行中的工况组合进行了计算，分析了岔管主要分析断面的应力分布规律。

分析结果为城市供水管网中设计钢筋混凝土岔管结构提供参考依据。

【关键词】供水管网；钢筋混凝土岔管；有限元法；分析断面【中图分类号】TV332【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）11-0054-031工程概况我国水资源分布不均衡，具有南多北少的的特点，近年来随着经济社会的发展，华北地区的水资源短缺问题越来越突出，南水北调工程的完成极大地缓解了这一问题。

当将南水北调的主渠道的水资源向各个城市引进时，就要用到建设输水渠道和管道，钢筋混凝土岔管是一种重要的输水结构。

某输水岔管由输水主管、岔管、支管3部分组成，主管内径为6.20m 、支管内径为3.80m ，岔管形式为卜形，支管分2支，2支管分别由岔管的直岔管连通右支管，由分岔管连通左支管。

主管、岔管、支管均采用钢筋混凝土结构。

钢筋混凝土岔管厚度为0.60m ，钢筋混凝土主管厚度为0.45m ，钢筋混凝土支管厚度为0.40m 。

2计算模型2.1模型参数该钢筋混凝土岔管结构采用强度为C30的混凝土，弹性模量E 1=30GPa ，泊松比μ1=0.167[1]，容重γ1=24kN/m 3。

岔管穿越地区岩体为中厚层灰岩，岩体属层状结构，围岩类别为Ⅲ类围岩，成洞条件良好[2]，岩体弹性模量E 1＝33GPa ，泊松比μ1＝0.28，容重γ1＝27kN/m 3。

2.2计算模型采用有限元计算软件建立钢筋混凝土岔管结构的计算模型，在计算模型中采用20节点等参块体单元模拟钢筋混凝土岔管[3]，采用8节点等参块体单元模拟岔管周围岩体及土体[4]。

岔管及岩体结构单元剖分如图1所示。

2.3计算工况在对岔管结构进行受力分析时，结合工程的实际情况[5]，考虑了以下4种计算工况：工况1，考虑岔管结构承受最大水压力0.32MPa ，并承受岩体对岔管的约束及压力作用；工况2，考虑施工过程中，岔管结构承受灌浆外压力0.6MPa 的作用；工况3，考虑岩体的覆盖厚度对岔管结构产生的外压力作用；工况4，考虑岔管结构承受最大水压力0.32MPa ，并承受岩体对岔管的约束作用。

三河口水利枢纽电站岔管的有限元计算及分析摘要：以三河口水利枢纽电站厂房后的卜型岔管为计算模型，利用catia软件对未贴边岔管进行了有限元计算，并对其计算结果做了分析。

为了改进未贴边岔管在设计中的不足，继而对贴边岔管进行了有限元计算分析，并最终从计算、结构设计及造价等方面进行比较，确定电站厂房后的岔管采用贴边岔管是合理可靠的。

关键词：三河口电站厂房 catia 岔管应力应变1 工程概况陕西省引汉济渭工程为Ⅰ等大（一）型工程，三河口水利枢纽为引汉济渭工程的两个水源工程之一，枢纽位于佛坪县大河坝乡上游约 3.9km 处的子午河峡谷下游段，枢纽水库总库容为 7.1 亿 m³，调节库容 6.5 亿 m³，主要由大坝、坝身泄洪放空系统、坝后引水系统等组成[1]。

压力钢管制造包括坝内钢管、“S”弯管、坝后钢管，末端岔支管等组成。

在地面厂房临河侧约9m处设有6个卜型钢岔管，岔管共分3种规格，主管接可逆机组支管的2个岔管（主管内径Φ4500mm/支管内径Φ1600mm）、主管接常规机组支管的2个岔管（主管内径Φ3800mm/支管内径Φ2600mm）、主管接供水阀支管的2个岔管（主管内径Φ3000mm/支管内径Φ2000mm）。

2 卜型岔管的有限元计算及分析Catia软件做为三维建模的主要手段，功能非常强大，几乎涉及到设计用的所有方面[2]，具有建模时间短，参数化功能强，操作便捷等优点，极大提高了建模效率，其自带的有限元计算功能对线弹性模型的计算有较高的准确性。

卜型岔管是连接主管与机组、阀室之间的重要纽带，其结构安全性影响着整个发电系统是否能够正常运转，因此对于卜型岔管有一个合理、可靠及安全的设计就显得尤为重要了。

以可逆机组的卜型岔管（主管内径Φ4500mm/支管内径Φ1600mm）为计算模型，利用CatiaV5R20软件进行模型建立，并得出了相应结果。

2.1 未贴边卜型岔管的有限元计算未贴边卜型岔管的参数见表1，平面图见图1。

新疆JBK水电站岔管有限元分析计算陈刚【摘要】以新疆JBK水电站工程中的卜型钢岔管为例,建立三维有限元模型,通过三维有限元法验证设计体型是否满足钢岔管在运行及试验工况下的允许应力要求.结果表明,用传统规范法设计的钢岔管体型管壳表面大部分控制点的应力基本满足规范要求,但对于复杂的焊缝处来说,这里的应力集中值无法采用传统方法计算,所以原设计体型在运行工况以及试验工况钢岔管管壁应力不满足规范要求.因此,有必要对此类钢岔管进行有限元优化分析,为今后水利工程中钢岔管优化设计提供参考与借鉴.【期刊名称】《水利科技与经济》【年(卷),期】2018(024)006【总页数】4页(P80-83)【关键词】钢岔管;传统规范法;三维有限元法;管壁应力【作者】陈刚【作者单位】新疆水利水电勘测设计研究院,乌鲁木齐 830000【正文语种】中文【中图分类】TV74水力发电是将高水位的势能转化为转子的机械能，根据磁生电原理由转子的机械能转化为电能。

由于一台发电机组无法满足水电站配电需求，而需要多台机组同时发电，但修建发电洞成本很高，不建议一台机一条洞。

目前，水电站一般是采用1洞2～5机的形式进行发电，很明显出洞口分岔处是关键部位。

如果设计不合理将会导致局部应力集中，钢岔管受力不均匀，最终导致水头损失。

若局部漏水严重时，甚至可能爆管，这将对下游发电厂房机组人员安全造成严重威胁。

因此，对该分岔处的钢岔管结构进行优化设计非常必要。

1 工程概况JBK水电站工程由拦河大坝、泄洪、引水建筑物及地面厂房等主要建筑物组成；大坝为砼面板堆石坝，拦河坝为1级建筑物，溢洪洞、深孔泄洪洞为2级建筑物，发电洞及电站厂房为3级建筑物。

拦河大坝设计洪水标准为100年一遇，洪峰流量为1 184.89 m3/s；校核洪水标准2000年一遇，洪峰流量为2 164.51 m3/s。

厂房设计洪水标准为50年一遇，洪峰流量为1 047.70 m3/s；校核洪水标准为200年一遇，洪峰流量为1 321.54 m3/s。