直埋压力钢管槽钢形式加劲环设计

直埋压力钢管槽钢形式加劲环设计

刘袁

(奎屯农七师勘测设计研究院(有限公司)，新疆 奎屯833200)

摘要：本文对直埋压力钢管设计中采用槽钢作为加劲环时的抗外压验算公式进行了推导并作了计算，并对不同布置形式的槽钢加劲环方案的优劣进行了分析与说明，为采用槽钢制作的加劲环设计提供了一定的依据。

关键词：直埋压力钢管；加劲环；槽钢；水利水电

中图分类号：TV732.4

Design of Direct Burial Penstock Channel Type Stiffening Ring

LIU Yuan

(KuitunNongqishiSurveyandDesignInstituteCo.,Ltd.,Kuitun833200,China)

Abstract：In the paper, external pressure resistance checking formula in direct burial penstock designed with channel steel as stiffening ring is derived and calculated. Advantages and disadvantages of channel steel stiffening ring plans in different layout forms are analyzed and described, and it provides certain basis for designing stiffening which is ring made of channel steel.

Keywords：direct burial penstock; stiffening ring; channel steel; water resources and hydropower

压力钢管的加劲环一般采用钢板割制而成，加工制作复杂困难，浪费材料，质量也难以保障，同时还需要在加劲环两侧加焊很多加强板以保证加工制造时加劲环能够与管道在垂直和横向的稳定性，焊点多且繁杂。尤其是直埋管道，采用沥青加玻璃丝布外防腐时，采用一般的扁钢加劲环，由于加强板的原因，施工起来非常不便，质量很难保证。

于是采用槽钢代替扁钢的方法被提出以解决上述问题。槽钢可以很方便地弯制成规则、质量稳定的加劲环，且无需担心垂直管道和横向的稳定性。与一般的加劲环不同，槽钢加劲环的计算不能全部按照《水电站压力管道设计规范》(SL 281—2003)的公式进行，需对槽钢加劲环的抗外压设计公式进行一定的调整和推导。

1槽钢加劲环抗外压计算

直埋压力钢管加劲环式钢管的临界外压须进行三个方面的计算：ⓐ加劲环间管壁的临界压力计算；ⓑ加劲环的临界外压计算；ⓒ加劲环的应力计算。

1.1加劲环间管壁的临界压力计算

加劲环间管壁的临界外压可按米赛斯(Miese)公式计算[1]：

加劲环间距可取两个加劲环的形心线的间距，忽略加劲环宽度带来的影响，则从上述公式可知，加劲环的形式和管壁间的临界外压大小无关，计算和采用扁钢的钢管方法一致。

1.2加劲环的临界外压计算

加劲环的临界外压计算公式如下[1]：

式中F为加劲环的有效截面积(包括管壁等效翼缘)，由于截面发生改变，不能再用一般的加劲环等效截面计算公式，但原理一致。以倒扣槽钢做加劲环(见图1)为例，则有

式中A——槽钢截面面积;

h——槽钢高度；

t0——钢管管壁计算厚度(规范不明确，运行期内管道磨损不可避免，为安全起见，宜采用计算厚度)。

图1　倒扣槽钢加劲环处断面特性

1.3加劲环的应力计算

加劲环的应力可采用锅炉公式计算[1]：

式中P0——径向均布外压值，包括真空压力标准值、管顶竖向土压力标准值以及地面荷载；

r——加劲环有效截面重心轴处的半径，为计算简便可取槽钢规格表中的z0和管道外径之和(这样的做法会使计算结果偏保守)。

2槽钢加劲环布置方式的比较

槽钢加劲环布置可分为三种形式：倒扣型、背扣型(见图2)和直立型(见图3)。

图2　背扣槽钢加劲环处断面特性

图3　直立槽钢加劲环处断面特性

假设管道内直径2000mm，管道设计壁厚10mm，加劲环间距均取2m,管顶覆土1.4m，选用同规格的槽钢[10作为加劲环，计算结果见下表(其中加劲环间管壁的临界压力几乎不受加劲环形式影响，不作比较)。

不同形式的槽钢加劲环比较表

由表中可知，在结构上，直立型的加劲环最为合适，这也从侧面证明了加劲环采用直立扁钢的合理性，倒扣型的加劲环结构条件最差，较直立的加劲环临界压力要小9%左右，但与背扣式相当。

在制作上，施工单位普遍偏向使用倒扣型，主要是地下埋管防腐层施工比较方便。直立型加劲环存在上部翼缘处防腐层不易紧贴槽钢的问题。背扣型加劲环在铺设防腐层施工上和倒扣型一样方便，但在管道下埋时两个翼缘受力，施工过程中防腐层容易破损。

3应注意的问题

槽钢一般均为成品，市场上采购非常方便，采用其作为加劲环在施工上会带来较大的便利，可进行一定程度的推广利用。

但寒冷地区明钢管不宜采用这种形式的加劲环，因为加劲环是主要受力构件，理应采用能保证在低温时冲击韧性的要求，一般的槽钢均采用Q235B或Q345B钢材，仅能保证在20℃时的冲击韧性。寒冷地区的埋管采用这种形式的加劲环时，顶部应埋置于冻土层以下。较重要的直埋钢管即便是埋置在冻土层以下也不建议采用这种类型的加劲环。

另外，采用倒扣型槽钢加劲环存在翼缘顶端较薄、受力两边不均衡的问题。由于缺少相关的数据和实验，尚不能估计其影响，从这方面考虑，实际设计中安全系数宜取2.0而不是规范规定埋管的1.8。

实际上，采用传统的扁钢加劲环也不是不能解决问题，可在加劲环处剪破玻璃丝布，再外搭接一层玻璃丝布，只是施工较繁复而已。因此，在工程应用上应权衡利弊，合理采用。

参考文献

SL 281—2003 水电站压力钢管设计规范[S].

三峡年发电量、船闸通过量均创新高

2015年1月1日，中国长江三峡集团公司宣布，截至2014年12月31日24时，三峡电站全年发电量达988亿千瓦时，创单座水电站年发电量新的世界纪录。无独有偶，就在前一日，2014年12月31日，据长江三峡通航管理局透露，2014年度三峡船闸通过量创造了年通过量的新纪录，累计达1.2亿吨。年通过量创造新的纪录，也标志着三峡通航管理水平跃上“新台阶”。

在发电量方面，目前三峡电站总装机容量2250万千瓦，位居世界第一，随着近年设备的全部投运，三峡电站巨大的发电能力充分发挥，继2012年全年发电981亿千瓦时、创历史新高后，2014年三峡电站发电988亿千瓦时，刷新了伊泰普水电站保持的世界纪录，这也是三峡年发电首次居全球首位。

988亿千瓦时的清洁水电，相当于减少4900多万吨原煤消耗，减少近1亿吨二氧化碳排放。如果每千瓦时电能对GDP的贡献按10元计算，三峡电站全年发出的清洁电能，相当于为国家带动创造了近1万亿元财富。这也为国家“稳增长、调结构、惠民生”注入了强大动力。

在船闸年通过量方面，据长江三峡通航管理局统计，2014年三峡船闸运行近1.1万闸次，通过船舶4.4万艘次，旅客52万人次，年通过量达1.2亿吨，其中货运量1.1亿吨，客轮折算1030万吨。货运及客运分别上升12.27%及12.98%。

据悉，三峡船闸是目前世界上连续级数最多、总水头最高、规模最大的内河船闸。自2003年建成通航以来，三峡船闸年通过量逐年攀升。统计数据显示，船闸年通过量已从2004年的3430万吨提高至2014年的1.2亿吨，自2011年以来连续达到了设计水平年单向5000万吨的设计通过能力。三峡船闸的日均运行闸次也由运行初期的16至17闸次提高至32闸次，过闸船舶吨位由运行初期的1040吨提高至目前的3784吨，一次过闸平均吨位已近1.6万吨。

2015年，随着国家长江经济带建设的稳步推进、航道法的正式实施及三峡升船机的试运行，三峡坝区河段年通过量有望进一步刷新。

来源：中国能源报 中国水力发电工程学会网2015年1月14日

http://www.hydropower.org.cn/showNewsDetail.asp?nsId=15388

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