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1、水电站建筑物结构分析与优化设计有压管道计算分析报告专业：xxxxxxxxxx学号：xxxxx1.概况1.1工程概况该工程总装机容量2.5kw，尾水用于农田灌溉。电站由引水渠道、 压力前池、压力管道、厂房和升压站组成。电站引水系统采用明管， 管道沿山脊蜿蜒而下，全长2670m，具有多个空间和平面转换，共设 27个镇墩。1.2计算容本报告只针对尾部总长285m的管段，采用钢板作为衬的钢筋混 凝土管道方案，断面如下图所示。分析其压力管道部完全冲水时的温 度分布、应力与变形。部水压5MPa，水温15C，外界温度35C。本报告计算时考虑到压力管道轴向长度与管道截面尺寸相差两 个数量级，建模时轴向尺寸太大
2、而影响到截面计算的准确性，且同时 此问题为平面应变问题，故而本报告截取沿垂直于水流方向轴向长度 为5m的有压管道来进行模拟。模拟时管道两端约束其轴向方向的位移，忽略基岩的形变，在管 道与基岩相连接处采用全约束的方式来模拟基岩对管道的影响。鉴于 要求考虑的是管道充水时的温度分布、变形和应力，故而本报告只考 虑了管道部工作压力为5MPa时管道的变形、应力，没有考虑水所受 重力与混凝土所受重力对管道充水时的影响。2. 基本资料2.1几何参数21175钢板衬直径1000mm，钢板厚26mm，外包混凝土厚400mm。2.2材料参数混凝土参数：弹性模量：E = 25.5Gpa密度：p = 2400 kg
3、/ mA3泊松比：e = 0.167温度线膨胀系数1.0*10人-5 /C导热系数：1.28W/( m.K )抗拉强度：抗压强度：钢板参数：弹性模量：E = 210 Gpa密度：p = 7850kg / m a 3泊松比：e = 0.3温度线膨胀系数1.2*10人-5导热系数：14.7W/( m.K )屈服强度：3. 计算结果与结论3.1计算模型网格划分情况截面网格划分情况网格划分采用选角点划分，然后直接对体进行扫掠。3.2热分析3.2.1温度边界其外部温度为35摄氏度，部水温为15摄氏度。3.2.2温度分布iTmi 丁 丽昨一汹93E 44$十kU上AN5Y5ANSYSfiij-d温度分布图
4、由图可知，管道单独部分温度沿径向呈线性分布，整体呈对称分 布。由侧面图可知其沿轴向方向温度分布值无明显变化，表明主视图 可代表各处截面的温度分布。AMSYSJHi Pl Jfrlia 31* 土 wm，CQUljut 1.；JW1ANSYSHI.UAA NT 驻 1* 袒 IPtllU温度梯度矢量由图可知，在管道上半部分，混凝土沿径向由向外呈递减状态， 最大处梯度值为61，最小处梯度值为3.7.由侧面图可知其沿轴向方向 梯度值无明显变化，表明主视图可代表各处截面的温度梯度矢量。6/103.3结构一热耦合分析3.3.1变形AN5Y5g#UB 型 MHw awnua-e-* lQTT-x .2UE
5、-UANSY5fllSAJLN J9 H 原 值心：HX方向位移由图可知，x方向变形最大值为0.283mm,变形呈中心对称分布。 且从侧面图可看出x方向变形沿轴向方向没有明显的变化，故而认为 主视图中变形值可代表各截面段的变形值。snr-LUU-d m -.uq:AN5YShi.dANSYSHI5.0iAJH “ 4JUMiMi3Y方向位移Y方向位移最大值为0.838mm，最上端的变形最大。且从侧面图 可看出y方向变形沿轴向方向没有明显的变化，故而认为主视图中变形值可代表各截面段的变形值。ANI5YSR13.Q心：n ja馈aZ方向位移看图可知，轴向位移随轴向深度的不同而改变，因为本报告采用
6、的是对管道两端约束其z向位移，故而主视图无法代表管道截面处的 轴向位移，所以此处z向位移无实际参考价值。3.3.2应力jrn-i zi E1X-1 11 E IW ,fr-Ei.L * ANSY5LLKflTnK+MTJ1K+J-IBUIE-111UET-ldRItlE-lflIHTir-iBVi IJr-IdlIlFHrilAHV1.E. TCJHTNEl moi 旦奶1rw ,:& nw W frwiE,5.1第一主应力由图可知，第一主应力最大值为61Mpa,出现在钢板上，混凝土 上最大拉应力约在10MPa附近，混凝土会发生拉伸破坏，钢板满足 强度要求。且从侧面图可看出沿轴向方向其应力值无
7、明显变化，故而 认为可由主视图的应力值代表各截面的应力值。ANSYSHlgJW Tl :出1:第三主应力由图可知，第三主应力最大值为51Mpa，出现在钢板上，混凝土上最大压应力约在8MPa附近，均满足强度条件。且从侧面图可看 出沿轴向方向其应力值无明显变化，故而认为可由主视图的应力值可 代表各截面的应力值。4. 结论与建议本报告用ANSYS软件对有压管道进行了模拟，考虑了其受水压力 和外温差的影响下的应力和变形，在静力计算的时候读入温度分布来 间接耦合。结果发现混凝土有部分拉力值超过了其抗拉强度，会发生9/10破坏。故而应该在混凝土部增加环向钢筋来增加其抗拉强度。本报告 只考虑了其水压力与外温差的影响，没考虑水的重力与混凝土重力对 管道的影响。而且在模拟其管道截面时采用约束轴向的方式，对实际 的问题存在误差。
