CN112594470B - 月牙肋岔管加强梁的设置方法 - Google Patents

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Abstract

月牙肋岔管新型加固结构，涉及水利水电输水管道技术，具体是一种月牙肋岔管加固方法。本发明的月牙肋岔管加强梁的设置方法，首先拟定月牙肋岔管的基本参数，按照整体膜应力进行控制拟定岔管壁厚，对未设岔管加强梁的常规月牙肋岔管进行有限元计算拟定加强梁的规格，然后再通过有限元计算进行应力分析对参数进行确认。本发明方法进行加强梁的设置，岔管应力改善明显，可以有效减小岔管的管壁厚度，节省钢材用量，降低施工焊接难度，提高施工效率。对类似工程有一定的借鉴作用。

Description

月牙肋岔管加强梁的设置方法
技术领域
本发明涉及水利水电输水管道技术，具体是一种月牙肋岔管加固技术。
背景技术
岔管在输水系统中是用于分流或合流的一种布置形式，是由薄壳和刚度较大的加强梁组成的复杂空间组合结构，主要包括三梁岔管、贴边岔管、月牙肋岔管、球形岔管和无梁岔管等等，其中月牙肋岔管由于水流流态好、结构紧凑等特点在国内外大中型电站中得到了广泛的应用。
月牙肋岔管属于复杂空间组合结构，受力状态比较复杂。在岔管处共有三条相贯线，正对主管的月牙肋作为支管之间相贯线的加强梁，但为了满足水力条件要求，一般不能在主管两侧的另两条相贯线，即主管和分管的相贯线上布置内加固梁。在进行岔管设计时，管壳厚度多由岔管顶部与底部出现的局部应力决定，因此，在传统设计中，往往采用增加钢管板材厚度来满足局部应力要求。这种方案不经济，一是钢板工程量较大，二是厚壁增大造成焊接难度较大，对焊接工艺条件要求较高，施工效率降低。
发明内容
本发明的目的是提出一种月牙肋岔管加固设置方法，能够满足局部应力控制要求，且避免了由于管壁厚度增加而带来一系列问题。
月牙肋岔管加强梁的设置方法，其特征在于设置步骤如下：
S1，拟定月牙肋岔管主管直径、支管直径、公切球直径、分岔角角度、主支锥半锥顶角角度、月牙肋板体型及厚度参数，按照整体膜应力拟定锥管壁厚；
S2，对拟定好的月牙肋岔管进行有限元计算，明确局部应力超出容许局部应力的范围；
S3，初步拟定设置加强梁的高度、长度、厚度以及间距；
加强梁的长度设置范围为局部应力超标范围再加
Figure BDA0002839212830000011
高度为200-300mm；厚度采用与锥管壁厚相同；
加强梁的设置间隔距离至少为300mm，不大于
Figure BDA0002839212830000012
上述中的r为钢管内半径，t为钢管壁厚，单位mm；
S4，初步确认的加强梁的设置高度、长度、厚度以及间距再通过有限元软件进行应力分析，并根据设置加强梁后应力重分布调整情况进行加强梁参数的最终确认。
由于月牙肋岔管的顶板及底板管壳转折位置其外表面和中面的轴向和环向应力均较小，但内表面轴向和环向应力均较大，尤其是顺水流向的变形及应力较大，因此在岔管本体顶板及底板管壳转折位置增设顺水流向的加强梁，从而使岔管顶板及底板的管壳转折位置局部应力明显降低。与传统的靠增加钢衬的厚度以及增加环向加劲环方案来降低局部应力相比，应力改善明显，可以有效减小岔管的管壁厚度，节省钢材用量，降低施工焊接难度，提高施工效率。
附图说明
图1为实施例1月牙肋岔管加强梁平面布置示意图。
图2为实施例1加强梁与主支管连接示意图。
图3为图2剖面图A-A剖视图。
图4为有限元应力计算云图。
图5为设置加强梁后的有限元应力计算云图。
图6为月牙肋立面图。
图中：1为主管；2为支管A；3为支管B；4为月牙肋；5为支管A与支管B相贯线；6为主管与支管A相贯线；7为主管与支管B相贯线；8为公切球；9为加强梁；10为避缝孔；11为岔管内壁；12为主管与支管A或B之间的环缝。
具体实施方式
实施例1：月牙肋岔管加强梁的设置方法，步骤如下：
S1，拟定月牙肋岔管主管直径、支管直径、公切球直径、分岔角角度、主支锥半锥顶角角度、月牙肋板体型及厚度参数，按照整体膜应力拟定锥管壁厚；
本实施例主管1直径为7500mm，支管A2和支管B3的直径为4600mm，公切球8直径为8600mm，分岔角为72°，主锥半锥顶角为10°，支锥半锥顶角为18°；月牙肋板肋板厚度110mm，总高度8820mm，总宽度4970mm，中央截面宽度1800mm；按照整体膜应力拟定锥管壁厚48mm。
S2，对拟定好的月牙肋岔管进行有限元计算，明确局部应力超出容许局部应力的范围；
一般情况下，岔管主支管相贯线位置，尤其是岔管的顶部与底部处于结构不连续，刚度亦有所变化的区域，是容易产生较大局部应力的区域；
本实施例岔管局部应力超标区域位于主支管相贯线位置岔管的顶部与底部，如图4中的橙红色及红色区域。
S3，初步拟定设置加强梁的高度、长度、厚度以及间距；
加强梁的长度设置范围为局部应力超标范围再加
Figure BDA0002839212830000031
高度为200-300mm；厚度采用与锥管壁厚相同；
加强梁的设置间隔距离至少为300mm，不大于
Figure BDA0002839212830000032
上述中的r为钢管内半径，t为锥管壁厚，单位mm；
本实施例中主管与支管相贯线方向应力超标等势线与相贯线交点的距离为1340mm，该交点位置的内半径r＝4350mm，厚度为t＝48mm，则
Figure BDA0002839212830000033
因457+1340＝1797mm，故选择加强梁的设置范围为距离相贯线交点1800mm；
应力超标等势线与相贯线最大距离160mm，两侧增加安全距离200mm，计算所得加强梁的长度160+200x2＝560mm，取加强梁顺水流向长度为600mm；
加强梁的设置间隔距离不小于适宜施焊的距离300mm，不大于
Figure BDA0002839212830000034
因
Figure BDA0002839212830000035
偏安全的加强梁的设置间隔距离取300mm；
加强梁厚度采用与锥管壁厚相同48mm，高度为300mm；
由于加强梁的设置范围为距离相贯线交点1800mm，加强梁的间隔为300mm，厚度为48mm，因此相贯线长度方向上间隔300mm设置7个加强梁。
S4，初步确认的加强梁的设置高度、长度、厚度以及间距再通过有限元软件进行应力分析，并根据设置加强梁后应力重分布调整情况进行加强梁参数的最终确认，计算所得局部应力满足规范要求，初拟的加强梁参数合适，如图5所示。
为避免十字接头焊缝不利的焊接应力场对钢板造成脆性破坏的三向拉应力，同时避免在交汇点出现焊接缺陷，从而使焊接接头的力学性能下降，加强梁遇岔管主支管之间的环缝设置避缝孔，孔径一般为25-80mm。
岔管上形成三条相贯线，分别是支管A2与支管B3相贯线5、主管1与支管A2相贯线6和主管1与支管B3相贯线7。月牙肋4设置在支管A2与支管B3相贯线5上，作为支管之间相贯线的加强梁。加强梁9垂直焊接在相贯线6和相贯线7上。加强梁9为长600mm高300mm厚48mm的钢板，分别在相贯线6和相贯线7上各设置7块，间隔距离为300mm。在加强梁9上，相贯线6和相贯线7的环缝上方位置设置避缝孔10。

Claims (1)

1.月牙肋岔管加强梁的设置方法，其特征在于设置步骤如下：
S1，拟定月牙肋岔管主管直径、支管直径、公切球直径、分岔角角度、主支锥半锥顶角角度、月牙肋板体型及厚度参数，按照整体膜应力拟定锥管壁厚；
S2，对拟定好的月牙肋岔管进行有限元计算，明确局部应力超出容许局部应力的范围；
所述的局部应力超出范围为岔管局部应力超标区域，位于主支管相贯线位置的岔管顶部与底部；
S3，初步拟定设置加强梁的高度、长度、厚度以及间距；
加强梁的长度设置范围为局部应力超出范围再加
Figure FDA0003683876740000011
高度为200-300mm；厚度采用与锥管壁厚相同；
加强梁的设置间隔距离至少为300mm，不大于
Figure FDA0003683876740000012
上述中的r为钢管内半径，t为锥管壁厚，单位mm；
S4，初步确认的加强梁的设置高度、长度、厚度以及间距再通过有限元软件进行应力分析，并根据设置加强梁后应力重分布调整情况进行加强梁参数的最终确认，计算所得局部应力满足规范要求，初拟的加强梁参数合适则进行加强梁的布置，所述加强梁的布置是将加强梁等间距，垂直焊接在主支管相贯线上；
所述的加强梁顶面与焊接点的距离为加强梁高度；
所述的强梁顶面的长度为加强梁长度；
所述的强梁顶面的宽度为加强梁厚度。
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