【正文】 身受力不均勻，摩擦力大。短柱下端與支承板鉸接，上端以圓弧面與支承環(huán)的承板接觸。壩內埋管長度較小，只須在進口處設置閘門，不設下閥門。如圖9－11所示，蝴蝶閥由閥殼和閥體組成。(3) 球閥。對伸縮界的基本要求是：能隨溫度變化自由伸縮，能適應鎮(zhèn)墩和支墩的基礎變形而產生的線變位和角變位，并留有足夠余度。進人孔間距一般為150m，不宜超過300m。圖814 進人孔1孔蓋； 2墊圈； 3螺栓； 4接管第五節(jié) 作用在鋼管上的荷載及其組合一、荷載計算按荷載的作用方向可以將其分為軸向力、徑向力和法向力。取單位長度承受較高水頭的壓力鋼管，將其沿水平直徑切開，由力的平衡條件可以得出管壁中的環(huán)向拉應力： (83)以鋼管結構構件的抗力限值代替，并考慮焊縫的強度降低，引入焊縫系數(shù)φ，整理得： (84)上面二式中： P —— 內水壓力；D —— 鋼管直徑；δ —— 管壁厚度；γ —— 水的比重；H —— 鋼管內的水頭。在管重和水重作用下，鋼管相當于一根連續(xù)梁；在軸向力作用下鋼管可用軸向受壓構件計算；徑向力作用只會引起鋼管的環(huán)向變形。由于徑向應力的數(shù)值比較小，所以應力計算中可以忽略。在均布荷載作用下，三跨連續(xù)梁的彎矩和剪力見圖819，其他情況用結構力學方法求出，或查規(guī)范計算。對于連續(xù)梁，跨中斷面和支承環(huán)斷面的管道彎矩，方向相反，顧可用式(97)計算彎曲應力。(三) 加勁環(huán)及其旁管壁，斷面(3)(3)的管壁應力1．軸向應力σx3。設想將加勁環(huán)與管壁切開，根據(jù)變形相容條件可以證明，在切口處存在著均布的徑向彎矩M和剪力V，如圖8－21(b)所示。(2) 求Δ1。=aδ, β≈0。隨著支承方式和結構不同，應力狀態(tài)也不同。符號ε的意義見圖8－23(b)。由彈性中心法可以求得 (827) (828)式中 Ms——圓弧上各點的靜定力矩，以順時針方向為正；y——圓弧的縱坐標； ds——弧長的微分。仍用彈性中心法計算內力，計算簡圖如圖8－24(b)。按照第四強度理論(畸變能理論)，各應力計算點的等效應力為 (833)或簡化為 (834)要求： σφ[σ]第七節(jié) 明鋼管的抗外壓穩(wěn)定一、明鋼管外壓失穩(wěn)的原因及失穩(wěn)現(xiàn)象鋼管是一種薄壁結構，可以承受較高的內壓，但承受外壓力的能力較差。經過推導，得出臨界壓力Pcr為 (836)式中 D —— 圓環(huán)直徑； E —— 鋼的彈性模量； μ—— 鋼的泊松比； δ —— 鋼管厚度。用公式(837)和(838)計算臨界壓力非常繁瑣，也可以用查圖表的方法求臨界壓力，圖表是根據(jù)上述公式繪制而成，見圖829。上下游壓力引水道上的分岔管往往尺寸較大，但內壓較低。岔襠角γ和順流轉角θ也宜采用較小值。二、岔管的布置形式岔管的典型布置有以下三種，如圖831所示。我國已建鋼岔管的布置形式中卜形布置居多。三、岔管的結構形式(一) 三梁岔管在壓力鋼管的分岔處，由于管殼相互切割，不再是一個完整的圓形，如圖833所示。另兩個岔管U梁未插入管壁內，～。同時，在內壓的作用下，由于相貫線的垂直變位較小，用于埋管則不能充分利用圍巖的抗力。由于外型規(guī)整，內水壓力也易于通過管殼傳給混凝土襯砌和圍巖，使圍巖的彈性抗力得到更好地發(fā)揮。加強板的寬度應不小于(～)D，其中D為主支管軸線相交處的主管直徑。球殼厚度可按內水壓力作用下球殼的膜應力來確定，并考慮熱加工及銹蝕等余量。圖336 球形岔管 (五) 無梁岔管無梁岔管是在球形岔管的基礎上發(fā)展起來的。 圖837 無梁岔管 圖838 隔壁岔管第九節(jié) 地下埋管一、地下埋管的布置與工作特點地下埋管是埋藏在地下巖層之中的管道，其施工過程是：首先在巖石中開挖隧洞，并清理石渣，進行支護等，然后安裝鋼管，再在鋼管和巖石洞壁之間回填混凝土，最后進行接觸灌漿。在不易修建明鋼管的地方，一般可以布置地下埋管。(3) 運行安全地下埋管的運行不受外界條件影響，維護簡單，圍巖的極限承載能力一般很高，鋼材又有良好的塑性，因此管道的超載能力很大。對管線的地質構造(巖石走向、節(jié)理裂隙)進行認真研究，以防塌方和巖石脫落，地下施工要考慮出碴和澆筑混凝土要求，管道與水平面夾角不宜小于40?。需要在管壁外側進行焊接者。(4) 灌漿灌漿分為回填灌漿，接縫灌漿和固結灌漿。地下埋管的結構分析方法，根據(jù)縫隙條件和覆蓋圍巖厚度，分為鋼管與圍巖共同承受荷載和由鋼管單獨承受荷載兩類情況。在內水壓力P作用下，設已經開裂的混凝士襯圈與圍巖之間的徑向接觸應力為q，則根據(jù)襯圈楔塊的力的平衡條件，鋼襯與襯圈之間的接觸應力： (840)鋼襯在內壓P和外壓Pc作用下的環(huán)向拉應力： (841)鋼襯的徑向位移(離心方向)： (842) 上二式中：E——鋼襯的彈性模量； μ——鋼襯的泊松比。因為巖體中常存在比較軟弱的節(jié)理和裂隙，所以巖體本身并不是線彈性各向同性體，在試驗室中也無法準確地確定巖體的參數(shù)，所以巖體的參數(shù)只有靠大規(guī)?，F(xiàn)場試驗或工程經驗確定。一般情況下，如果管外的混凝土填筑質量很好，并進行了認真的接縫灌漿。(3) 溫度收縮縫隙。 表86 取 值r4/r11235791011Δ’r0圖840 鋼襯外壓失穩(wěn)四、地下埋管的抗外壓穩(wěn)定分析地下埋管的鋼襯也存在外壓作用下失穩(wěn)的問題。(2) 鋼襯與混凝土之間接縫灌漿壓力。埋管鋼襯的臨界壓力與材料的屈服強度和初始縫隙值直接有關。如果采用高強度鋼，若σs(σb為鋼材的極限強度)，則采用σs=。但實際上，加勁環(huán)嵌固在混凝土中，向內變形時約束大，很難像光滑管壁那樣脫離混凝土向內屈曲，所以一般可以不考慮加勁環(huán)的外壓穩(wěn)定性問題，而按強度條件控制，即鋼襯在外壓作用下加勁環(huán)內平均壓應力不超過材料屈服強度的條件來確定臨界壓力： (856)式中： F——加勁環(huán)有效截面； l——加勁環(huán)間距。在高水頭情況下，防滲和承擔內水壓力主要靠圍巖。但對小型工程和在設計的初步階段，由于地質資料不足，原始地應力場難以確定，在這。地下管道的襯砌形式除鋼板襯砌外，尚有混凝土及鋼筋混凝土襯砌、預應力混凝土襯砌和具有防滲薄膜的混凝土襯砌等。有加勁環(huán)的埋藏式鋼管的抗外壓穩(wěn)定計算包括加勁環(huán)間管壁的穩(wěn)定計算和加勁環(huán)斷面的穩(wěn)定計算兩個方面。在被壓屈部分，鋼襯中的最大應力達到了材料的屈服強度σs。埋管鋼襯在周圍巖石的約束下承受外壓力產生變形時，與地面鋼管有很大不同，如圖840所示。同時要分析水庫蓄水和引水系統(tǒng)滲漏等因素對地下水位的影響。其徑向變位為 式中，和分別為圍巖的線脹系數(shù)和巖壁充水前后的溫差，為圍巖破碎區(qū)影響系數(shù)，可按表86查取。對于較破碎的巖體進行固結灌漿，封堵節(jié)理和裂隙，能有效地減小巖體的殘余變形。平洞和坡度較小的斜井在澆筑混凝土時，鋼管兩側易于平倉振搗，回填混凝土的質量較易保證；而頂、底拱部位易于形成較大空隙，故施工縫隙沿管周的分布是不均勻的?？梢奒0值是很重要的。如果縫隙是均勻的，巖石又是各向同性的，那末地下埋管是對稱的組合圓筒結構，在均勻內壓下的位移和應力可按平面應變下的相容條件得出解析解答。灌漿后，全部灌漿孔必須嚴密封閉，以防運行時內水外滲，造成事故?；炷粱靥畹娜毕輰︿撘r外壓穩(wěn)定非常不利。另外，要合理選擇施工支洞的高程和位置，以方便出碴、運輸鋼襯和混凝土澆筑，并考慮作為永久排水洞和觀測洞。相鄰兩管道之間應有足夠的間距，以保證其巖體的強度，防止出現(xiàn)失穩(wěn)情況。當上覆巖石較薄(3D)，巖石質量不好時，設計中往往不考慮巖石的承載能力，但提高鋼襯的允許應力。(1) 布置靈活方便地下埋管由于在山體內部，管線位置選擇較自由，與地面管線相比，一般可以縮短長度。另外，國外的電站還采用了隔壁岔管，由擴散段、隔壁段、變形段組成，各級皆為完整的封閉殼體，除隔壁外，無其它加強構件，受力條件很好，水流流態(tài)較優(yōu)，且不需要大的鍛件，見圖838。為了改善水流條件，常在球殼內設導流板。主、支管的軸向力對球殼應力有很大影響，在結構上應認真對待。在內水壓力作用下，由于補強板剛度較小，有可能發(fā)生較大的向外的位移，因此常用于埋藏式岔管，能把大部分不平衡水壓力傳給圍巖。月牙肋岔管的主管為倒錐管，兩個支管為順錐管，三者有一公切球，使相貫線成為平面曲線。三梁岔管的主要缺點是梁系中的應力以彎曲應力為主，材料的強度未得到充分利用，三個曲梁(特別是U梁)常常需要高大的截面，不但浪費了材料，還加大了岔管的輪廓尺寸，而且可能需要鍛造，焊接后還需要進行熱處理。根據(jù)我國已建7個三梁岔管的結構試驗證明，在管壁上實測的應力集中系數(shù)(實測圖333 三梁岔管1腰梁； 2主管； 3公切球； 4支管； 5U型梁應力與主管理論膜應力之比)～?？梢栽趲缀紊献C明，相貫線是平面曲線的必要和充分條件是主支管有一公切球，如圖832所示。用于主管直接分成三個相同的支管。例如分岔角越小對水流有利，但此時主支管相互切割的破口也越大，對結構不利，而且會增加岔襠處的焊接困難。試驗研究說明，當水流通過岔管各斷面的平均流速接近相等，或水流緩慢加速(分岔前斷面積大于分岔后面積之和)時，可避免渦流，減少水頭損失。有時，一條壓力引水道需要分成二根以上的壓力管道，也是分岔管，通常位于調壓井底部或調壓井下游。屈曲波數(shù)n應為整數(shù)，但求出的n不一定是整數(shù)，需對其取整。當外壓力P增加到臨界壓力Pcr時，鋼管管壁就喪失穩(wěn)定。表86 明鋼管應力計算公式匯總表斷面應 力計 算 公 式(1)(1)(2)(2)(3)(3)(4)(4)縱斷面(支承環(huán)腹板)橫斷面(管壁內緣+，外緣)三、強度驗算鋼管為三維受力狀態(tài)，計算出各個應力分量后，應按強度理論進行驗算。 (2) 下支承式支承環(huán)的內力計算。利用結構力學中的彈性中心法，將圓環(huán)頂部切開加上內力TG和MG；由于圓環(huán)是對稱圖形，該處沒有剪力。根據(jù)分析，在設計時取b=，可使環(huán)上最大正彎矩與最大負彎矩接近相等，則鋼材性能得到最充分的發(fā)揮。(四) 支承環(huán)及其旁管壁，斷面(4)－(4)的管壁應力支承環(huán)與加勁環(huán)從形式上看都是一個套焊在管壁外緣的鋼環(huán)，因此斷面(4)(4)的管壁應力的計算均與斷面(3)(3)相同。由于，當F39。Δ2為半徑的增加。在計算時，加勁環(huán)有效斷面面積F，等于其自身凈斷面F180。的分布如圖820，該圖為以上各應力的綜合圖。(二)、支承環(huán)旁管壁膜應力區(qū)邊緣(2)(2)斷面的管壁應力(2)(2)斷面雖然靠近支承環(huán)，但在支承環(huán)的影響范圍之外，即不考慮支承環(huán)對管壁的約束作用。將水重和管重的法向分力視為均布荷載，則鋼管的受力與多跨連續(xù)梁類似，其變形以彎曲為主，并在管壁上產生彎曲正應力與剪應力。 圖815 明鋼管應力分析的幾個斷面 圖816 管壁應力計算坐標系1．徑向應力水管的內表面承受內水壓力，所以內表面的徑向應力等于該處的水壓強，即，“”表示壓應力。鋼管承受的荷載分為徑向力、軸向力、法向力。表84 明鋼管荷載組合與計算情況序號荷載基本荷載組合特殊荷載組合正常運行放空特殊運行水壓試驗施工充水地震(一)(二)1內水壓力正常蓄水位的靜水壓力√√正常工況最高壓力√特殊工況最高壓力√水壓試驗內水壓力√2鋼管結構自重√√√√√√√3鋼管內的滿水重√√√√√4鋼管充水、放水過程中，管內部分水重√5溫度變化引起的力√√√√√第六節(jié) 明鋼管的結構分析一、鋼管管壁厚度估算在進行鋼管設計時，需要先設定管壁厚度。在壓力水管的最低點應設置排水管，在檢修水管時用于排出管中的積水和滲漏水。(3) 進人孔。 圖810 平板閥門 圖811 蝴蝶閥圖812 球閥(a) 關閉狀態(tài) (b) 開啟狀態(tài)(二) 附件(1) 伸縮節(jié)。目前蝴蝶閥應用最廣，最大直徑可達8m以上，最