《水電工程設計》第06章 水電站壓力鋼管設計

第六章水電站壓力鋼管設計一、一、第六章水電站壓力鋼管設計壓力管道是水電站輸水道最常用的形式，特別是在中高水頭的水電站中，他將水從水中壓（水頭60～100m）水輪機管道使用；鋼筋混凝土管加鋼襯后組成鋼襯鋼筋混凝土管，低，造價省，大直徑鋼筋混凝土管可比鋼管節(jié)約壓力鋼管是發(fā)電引水管道的必不可少的重要結(jié)構(gòu)。隨著水電建設的發(fā)展，水電站裝機規(guī)模不斷增大，相應壓力鋼管的管徑越來越大，水經(jīng)變得較為重要。有些工程，甚至影響到樞紐布置，壩型的選擇等。（一）按結(jié)構(gòu)形式分類—高架橋、橋上，或在地下——溝塹、平洞、隧洞、廊道中，架設在獨立的支墩上。在管道外面應設通道，以便觀察、檢查和修理。與其他管型相比，這種管道最便于檢修。明管是典通常將其直接鋪設在土上或碎石墊層上，有時放在連續(xù)混凝土條形底座上。（二）按布置形式分類布置在混凝土壩中，有設墊層和不設墊層兩種；有明管和地面鋼襯鋼筋混凝土管兩種。（三）按結(jié)構(gòu)及材料分類早期，由于焊接技術落后，鋼管用鉚接方式連接；（四）按管壁是否受預應力分類預應力可以用套剛性箍的方式施加，即用密排的無縫鋼箍套在管殼上，鋼箍的材料強不現(xiàn)實的情況中。在我國，還沒有修建多層管和箍管的經(jīng)驗。（五）按管道的連續(xù)性來分類設有伸縮節(jié)，溫度應力較小，結(jié)構(gòu)作用較明確。但是，伸縮節(jié)結(jié)構(gòu)復雜，易漏水，增不設伸縮節(jié)，在承受溫度作用或支座變位時，將產(chǎn)生較大的超靜定應力，對安裝、拼一般在明管中常采用分段式結(jié)構(gòu)，在埋管中采用連續(xù)式結(jié)構(gòu)。壓力鋼管的附件和其他設備包括伸縮節(jié)、人孔、閘閥、悶頭、充排氣裝置、旁通管或充水閥、放空管和過流保護裝置等，現(xiàn)分別簡單介紹如下：伸縮節(jié)設置在分段式管道的直段上，其作用是消除因溫度變化和管道支座不均勻沉陷形而產(chǎn)生的線變位和角變位。套筒式伸縮節(jié)可由廠家制造，也可在工地加工。而其他三種伸縮節(jié)則要靠專業(yè)廠家提也在一些小型電站上采用。為了管道安裝方便，明管的伸縮節(jié)一般布置在鎮(zhèn)墩的下游側(cè)，當管線坡度較緩時，也可布置在兩個鎮(zhèn)墩中間部位。許多工程的伸縮節(jié)都存在一定程度的漏水現(xiàn)象，有些情況比較嚴重。近年來，國內(nèi)外對伸縮節(jié)變位的研究不斷深入，我國主要以對已建工程運行中伸縮節(jié)變位的長期觀測研究為要采取相應的工程措施，如李家峽取消伸縮節(jié)后用8m長的墊層伸縮管代替。人孔可供運行人員進入管道去檢查、清掃、修理和涂刷鋼管內(nèi)表面。一般布置在接近檢查和修理管道的必需品。在明管上，人孔間距一般不超過200m，在地下埋管和回填管上，人孔間距和設置地點則要根據(jù)管線具體條件具體選擇。壩內(nèi)埋管和壩后背管的人孔則通常設在漸變段。人孔按照結(jié)構(gòu)形式可分為三類1）內(nèi)水壓力使頂蓋壓緊2）頂蓋用雙頭螺栓或螺設人孔的麻煩，運行效果良好。在水電站引水管道上安裝閘閥是為了在必要時中斷管道供水。如發(fā)生事故、檢查和維按其功用，分為主要閘閥、事故（事故檢修）閘閥和檢修閘閥三種。主要閘閥要靈活地調(diào)節(jié)流量。它應能在水壓力作用下啟閉。當必須精確調(diào)節(jié)時，應對事故閘閥供事故時快速關閉孔口之用，如水輪機飛逸、管道爆破、主要閘閥發(fā)生事故檢修閘閥要有隔水性、經(jīng)濟性并且操作簡單。檢修閘閥一般在靜水中啟閉，也有些檢事故檢修閘閥兼有事故和檢修閘閥兩種功能。在水電站管道上，調(diào)節(jié)進入水輪機的流量的主閥門是反擊式水輪機的導葉或沖擊式水輪機的噴嘴。設置在管道上的全部閘閥都是事故（事故檢修）或檢修閘閥。管道進口——設在壓力前池擋水墻或水電站進水口中；調(diào)壓室之后；緊接水輪機渦殼之前。（四）悶頭悶頭用于堵蓋管道系統(tǒng)中留作下一施工階段用的支管、供水管等等。此外，悶頭還設管節(jié)上，在工廠試壓。此外，預壓渦殼和鋼管，也要設悶頭，如長江三峽水電站預壓渦殼，大苦力水電站預壓鋼管。按其結(jié)構(gòu)，可將悶頭分為1）用厚鋼板制成的平面悶頭2）具有承重梁格的平面速閘門和事故閘門的下游必須設置通氣孔（井）或通氣閥（對于所有的水電站必不可少以免形成真空而使管殼失穩(wěn)或?qū)⒖諝鈳胨啓C危及機組安全。可能出現(xiàn)負壓的管段宜設置緊靠閘門后的進氣孔，既降低閘門后面的真空度，又可在閘門事故關閉時使其工作更為平穩(wěn)。通氣主要靠穿過混凝土建筑物的通氣孔或通氣槽，有時也利用閘門井。若流量小而壓力高，可采用雙重作用的空氣閥——自動排氣閥。水等條件確定。（五）放空管放空管應布置在須放空管段的最低點。放空管多布置在水輪機上游或水泵下游的閘閥旁；如果不設閘閥則緊靠水輪機上游布置。此外，放空管也可布置在水輪機管道的上段，調(diào)之后。有不少情況，在管道的最低點設置專門的排水設施。在放空管始端，靠近主管的地方，應設置閘閥，只在泄水時開啟。如必須在高壓下放攔污柵，以防止放空管堵塞。（六）過流保護裝置管道破壞的原因可能是：因機組正常工況被破壞而引起的管道急劇超壓、管殼銹蝕磨損（多泥沙河流）、管殼材料質(zhì)量缺陷、支座不均勻沉陷、焊縫缺陷等。管道發(fā)生事故，不這些儀器通常稱為過流保護裝置。除了鋼板和鋼鑄件材料以外，壓力鋼管在設計中還要采用止水、墊層、混凝土和鋼筋（1）伸縮節(jié)止水材料可選用：橡膠、石棉、聚四氟乙烯、碳纖維、油浸麻等；（2）法蘭及人孔止水材料可選用：橡膠、夾布型止水橡膠、石棉、鉛等；（3）鋼管外包墊層材料可選用：聚胺脂軟木、聚苯乙烯泡沫板、聚乙烯塑料板等。墊層材料穩(wěn)定變形模量適宜的范圍為（0.5～5.0）N/mm2。墊層厚度常用范圍為（4～50）mm。墊層材料應具有材料穩(wěn)定性、設計要求的物理力學特性、耐久性、防腐性、可粘貼性（4）壓力管道中所采用的混凝土和鋼筋混凝土材料，其力學性能和質(zhì)量要求，應按或多或少與鋼板材質(zhì)存在缺陷有關。故制作鋼管的鋼材不僅要有良好的機械性能（如強度、抗沖擊韌性和塑性還要有良好的焊接性能，抗腐蝕性能和低的時效敏感性。隨著我國壓力鋼管的建設規(guī)模日益擴大，鋼材冶煉技術水平的不斷提高，鋼管所用鋼材的強度等級也由鋼材的特性取決于鋼材的化學成分、生產(chǎn)過程及熱處理等幾個因素。（一）化學成分為了使所生產(chǎn)的鋼材成品達到規(guī)定的特性和性能，需按不同的比例添加或減少上述有關元碳是影響鋼材硬度的主要元素，添加碳可以提高鋼材的硬度和抗拉強度，但是，碳含量太大則會降低鋼材的延性、韌性和可焊性。錳能提高鋼材的硬度和強度，但比碳略差。但是，錳和硫一起生成硫化物后，可以降低硫的危害性。硫除了在機械加工業(yè)中比較重要外，一般被認為是有害物質(zhì)。硫?qū)Ρ砻尜|(zhì)量有不利的影響，極易造成分層，并且還會使鋼材的的延性、韌性和可焊性降低。硅和鋁在生產(chǎn)碳素鋼和合金鋼過程中主要用作脫氧劑。鋁常常用來控制和精練晶體粒傳統(tǒng)的鋼材制造過程是鐵水注入一系列的鑄模從而形成常見的錠鐵，從鑄模中取出這生產(chǎn)出常見的鋼錠、鋼板或鋼坯。由于鑄模中的鐵水冷卻和凝固的內(nèi)在特性，所以，所有錠鐵的化學成分都存在一定程連續(xù)鑄造是從鐵水到板坯的直接鑄造過程。這一鋼材的制造過程省去了從鐵水到半成產(chǎn)的鋼材的化學組成的均勻性較好，性能比錠鐵好得多。（三）鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼過加入硅和鋁或兩者都加可以排除開始用作起化學反應的氧和抑制氣態(tài)氧的逸出，即對鐵水鋼而言，低合金鋼則全為鎮(zhèn)靜鋼。（四）鋼材的熱處理鋼材的性能與熱處理有關，通過熱處理可以使鋼材達到預期的性能。這些熱處理措施可以分為緩慢冷卻和快速冷卻。如退火、正火和應力消除這樣的緩慢冷卻的熱處理措施可降低鋼材的硬度和改善材質(zhì)結(jié)構(gòu)的均勻性。而淬火和回火這樣的快速冷卻的熱處理措施則可提率以及金屬在規(guī)定的溫度下持續(xù)的時間，都與將要進行熱處理的鋼材的化學組成、外形和尺正火是指先將鋼材加熱到900℃~927℃之間，然后在空氣中緩慢冷卻的過程。這種熱碳素鋼的應力消除是指將鋼材加熱并保持在540℃~650℃之間，以使各程。這種方法不能明顯地改變其力學性能方面的微觀結(jié)構(gòu)。淬火與回火是對鋼材加熱，并保持在合適的奧氏體化溫度（大約900℃)以下，以便重新加熱回火至大約430℃~650℃之間的溫度。并保持在某一特定的溫度下，然后在合適的環(huán)境下冷卻。即可生產(chǎn)出滿足預期性能的鋼材。淬火與回火提高了鋼材的強度并改善了鋼（五）力學性能用標準試件做拉伸試驗，并繪制出應力σ~應變ε曲線，可以確定力學特征：抗拉強度屈服點σ被當作材料強度的標準值，用來計算材料的強度設計值。應力達到屈服點并s不意味著破壞，材料還是完好的，還有工作能力。所以，應力達到屈服點，只意味著達到某形，可以更加充分地利用材料的承載能力。抗拉強度σb對應于試件斷裂前的最大荷載，標志著材料承載能力已完全耗盡。如果材料的屈服點與抗拉強度的比值（屈強比）超過0.7，則材料的彈塑性階段過短，其計算承載能力太接近破壞荷載。所以，對于高強鋼，除了用屈服點確定鋼材的強度設計值外，還必須通過拉伸試驗獲得的兩個延性度量指標分別是：試件斷裂時的總伸長率和面積縮減一個重要的材料性能指標。韌性是指斷裂前材料吸收能量的能力，他與應力應變曲線下所包圍的面積有關，曲線下包圍的面積越大，則材料的韌性越好。（六）沖擊韌性大多數(shù)鋼材破壞的形式都表現(xiàn)為延性破壞或脆性破壞。破壞形式與斷裂時的溫度、加載速率及抑制塑性變形的約束數(shù)量有關。一般地沖擊韌性隨著溫度的增加、加載速率的減慢和約束數(shù)量的減少而提高。沖擊韌性是材料一個重要的參數(shù)。沖擊試驗的方法很多，目前常沖擊試驗有U型缺口和V型缺口之分。目前國內(nèi)外多數(shù)國家已采用夏比V型缺口試樣。我過渡到夏比V型缺口試樣，因為采用U型缺口難于體現(xiàn)缺口敏感程度問題。我國現(xiàn)行的鋼我國現(xiàn)行的鋼材沖擊韌性試驗標準有兩本：一本是GB/T229-199（七）應變時效敏感系數(shù)鋼材經(jīng)冷加工塑性變形或達到規(guī)定的塑性應變后，在室溫或較高溫度下經(jīng)過一段時間，其強度與硬度升高而塑性與韌性下降的現(xiàn)象，稱為應變時效。鋼材的應變時效與沖擊韌性有密切的關系。發(fā)生應變時效的鋼材，其沖擊韌性明顯降低。應變時效敏感系數(shù)C定義為鋼材經(jīng)應變時效前后的沖擊功平均值之差與未經(jīng)應變時效的沖擊功平均值之比。應變時效敏感系數(shù)對于焊接結(jié)構(gòu)和要求冷塑性成形的鋼材是一項重要求。碳素結(jié)構(gòu)鋼的應變時效敏感性系數(shù)一般要求小于50%，低合金鋼的應變時效敏感系數(shù)實際設計，總是只能用一種強度條件作限制，或者用，或者用，根據(jù)鋼材拉伸的應安全系數(shù)與對鋼材抗拉強度的安全系數(shù)的比值。b站壓力鋼管設計規(guī)范》，考慮到明管與其他埋藏式管道的不同，分別列出了明管和埋藏式鋼條件下，原則上，鋼材可以在屈服點以上工作，屈服點不應該作為達到極限狀態(tài)的指標。所低了埋藏式鋼管所用鋼材對抗拉強度的安全系數(shù)。鋼材的強度設計值f=f/Y，式中，f為強度標準值，ks（一）壓力鋼管設計規(guī)范中提出的結(jié)構(gòu)用鋼材修訂后的《水電站壓力鋼管設計規(guī)范》中明確提出，鋼管所用鋼材應根據(jù)鋼管結(jié)構(gòu)型式、鋼管規(guī)模、使用溫度、鋼材性能、制作安裝工藝要求以及經(jīng)濟合理等因素選定。鋼管所鋼管的管壁、支承環(huán)、加勁環(huán)和岔管的加強構(gòu)件等主要受力構(gòu)件可采用下列鋼種：07MnCrMoVR、07MnNiCrMo如果需要采用其他鋼種，應該研究其性能，確定相應的焊接方式、熱處理工藝等。明管支座輥輪可采用下列鋼種：支座支承板可采用與管材、支承環(huán)相同的材料。支座墊板可采用上列鋼板或鑄件。鋼管主要受力構(gòu)件所用鋼材的保證條件，除應滿足鋼材國家標準規(guī)定的化學成分和力學性能等技術要求外，還應滿足下列條件：冷彎的構(gòu)件，應作冷彎試驗。焊接的構(gòu)件應保證焊接性及焊接接頭部位的韌性，包括所用的焊條、焊絲、焊劑應與母材及焊接方法相匹配（常用焊接材料可參照《壓力鋼管制造后熱處理方式等。焊后強度不應低于母材強度。各工程亦可根據(jù)具體運行條件另提補充要求。各工程根據(jù)具體運行條件，經(jīng)論證后對用于鋼管主要受力構(gòu)件的鋼材的應變時效敏感對調(diào)質(zhì)狀態(tài)供貨的07MnCrMoVR、07MnNiCrMoVDR等高強度壓力容器鋼板，其技對沿鋼板厚度方向受拉的構(gòu)件，鋼材的技術要求應符合現(xiàn)行國家標準《厚度方向性能上述均為國產(chǎn)鋼材。經(jīng)過有關方面的努力，我國生產(chǎn)的鎮(zhèn)靜鋼和普低鋼，在材質(zhì)方面證鋼材質(zhì)量，最好要求在正火狀態(tài)下供應?？梢?，我國16MnR鋼材其標準要求和國外同級別鋼材基本相同。表6.2.3-1碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼新舊鋼號對 A級(不做沖擊試驗)（二）國外高強鋼1.我國壓力鋼管使用國外高強鋼的情況隨著我國高水頭大容量電站建設的日益增多，規(guī)范所列鋼材的強度等級已經(jīng)不能滿足2.國外壓力鋼管使用高強鋼的情況（一）水電站壓力鋼管鋼材選用及性能指標要求壓力鋼管是水利水電工程中的重要建筑物之一，它是一種薄殼結(jié)構(gòu)，長期承部分、人孔、伸縮節(jié)、通氣設備、閘閥、土建部分——鎮(zhèn)墩和支墩基礎。管道上設有各種保護系統(tǒng)，以預防管殼破裂時事故擴大。管道結(jié)構(gòu)還有一些相鄰建筑物如防護墻、調(diào)壓室、水輪機渦殼等。因此，事先的周密考慮和妥善設計至為重要。壓力鋼管設計時，除了從工程的總體設計中了解鋼管的基本任務和主要參數(shù)（例如需通過的流量、承受的水頭、管道的總長度等）外，要充分調(diào)查了解當?shù)氐淖匀粭l件，特別是管道通過地區(qū)的地形、地質(zhì)條件（包括地震、滑坡、能力等都會影響到鋼管型式和結(jié)構(gòu)的選擇。（一）壓力鋼管設計時需要遵循的基本原則6采用定型結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，力求結(jié)構(gòu)通用；7盡量采用運輸限界以內(nèi)的結(jié)構(gòu)，以便使主要制作工作量可在專業(yè)化工廠中完成；（二）壓力鋼管設計的一般步驟1確定鋼管的總布置，即確定鋼管的直徑和根數(shù)；鋼管定線和選型（明管或埋管2進行管道的水力計算，如水頭損失和水錘分析；3選擇鋼管的材料、結(jié)構(gòu)型式，初定管殼厚度；5進行具體設備的細部布置和設計；7制定鋼管的制作、安裝、試驗和維修的技術要求。（一）壓力管道根數(shù)確定水電站水輪機可采用下列方式供水：時，單獨的水輪機管道也是最經(jīng)濟。靈活性，在管道之間設置帶閘閥的連通管（圖6.3.2（b。采用聯(lián)合供水方案，管道檢修時必須全廠停止運行。這種布置在高水頭、小流量的電采用。采用分組供水或聯(lián)合供水時，每臺水輪機前，都應設置閥門。管道根數(shù)的選擇應該進行技術經(jīng)濟比較，并考慮到運行的可靠程度。但是，減少水輪機管道根數(shù)的趨向，受到制造能力的限制。向數(shù)臺大型水輪機供水的（二）壓力鋼管的經(jīng)濟直徑壓力鋼管的根數(shù)確定后，每根鋼管所通過的流量也隨之確定。接著就要選擇鋼管的直前蘇聯(lián)采用“抵償年限”的概念，一些歐洲國家及日本根據(jù)“由于增加管徑所增加的一個公式來精確確定。因為不確定影響因素很多，所以經(jīng)濟直徑的公式（6.3.2-1）的計算成果只能是一個參考值。7HH——水頭（m求出直徑。一般經(jīng)驗，明管和地下埋管，作用水頭為（100～300）m，流速約為（4～6）m/s；水頭提高，流速可適當加大。壩內(nèi)埋管與壩后背管較短，流速可略大于引水式電站，QQV（一）地下埋管與明管的選擇相比，各有其優(yōu)缺點，而且一種管型的優(yōu)點往往就是另一種管型的缺點。明管的主要優(yōu)點是：在運行中可以方便地進行檢查維護，必要時可更換。其次，它受力明確，結(jié)構(gòu)分析成果較可靠。鋼管系連續(xù)支承在介質(zhì)中，對應力分布有利，利用圍巖承載，可減薄鋼管壁厚。萬一發(fā)生破裂事故，其后果較輕，但檢查維修困難，要十分重視外壓失穩(wěn)問題。為了克服明管的缺點，有些工程采用了鋼襯鋼筋混凝土管代替明管，可以防止發(fā)生爆管事故，但其施工要比明管復雜。（3）管道沿線地質(zhì)條件好，基巖新鮮完整，可提供較大抗力。（二）壩內(nèi)埋管與壩后背管的選擇壩后背管在我國發(fā)展較快，這種管型具有以下優(yōu)點：（1）背管最突出的優(yōu)點是顯著提高了管道的安全度，根據(jù)模型試驗研究成果，結(jié)構(gòu)具有足夠的可靠性，可以避免發(fā)生類似明管的脆性破壞；（2）和明管相比，不需考慮廠房的防沖問題，因而不需要修建事故溢洪道；（3）可采用容易加工，塑性好，厚度小的鋼板；（5）對于壩體斷面布置管道受限，如管徑太大，有裂穿壩體的可能，或壩體采用碾壓混凝土等，背管將是一種可行的選擇；（6）對于一些超級高壩，可以設置臨時進水口，在施工期發(fā)電，提前創(chuàng)造經(jīng)濟效益，接問題。交叉多，施工復雜，工程量也有所增加，管腰混凝土開裂問題尚在探討中等等。常要進行比較，其優(yōu)缺點見表6.3.3。五強溪對壩后背管和壩內(nèi)埋管進行的技術經(jīng)濟比較表明，壩后背管沒有壩內(nèi)埋管經(jīng)濟。所以，對壩后背管應該有一個客觀的評價，過分夸大其優(yōu)點和過分強調(diào)其缺點都是不對的。在工程設計中要根據(jù)工程的具體條件，選用適宜的管型。國際上，除前蘇聯(lián)和中國外，其他西方國家很少使用，還有待工程實踐的進一步檢驗。壩后背管技術尚在發(fā)展之中，有許多問題還需要進一步研究。序號123456789管線布置樞紐布置管道直徑對壩體的影響上彎段結(jié)構(gòu)對總施工進度施工技術差異工程量差異投資差異壩內(nèi)埋管和背管比較表管線較長，水頭損失較大布置靈活，管線較短水頭損失較小比較適合于拱壩，但使樞紐布置順比較適合于重力壩，布置較為緊湊對大直徑管道比較適應對大直徑管道比較適應影響拱壩基本體型;開孔高程拱壩削弱壩體，有避免裂穿壩體的限制斷開,削弱壩體上平段較長,占用壩體上升時間亦下彎段下部安裝要占用壩體上升較較多;且拉長了鋼管安裝時間,將造多的時間;管道空腔減少的混凝土成后期人力設備緊張,降低了工效施工工期可彌補安裝占用的時間管壩接縫面施工復雜,要設置鍵槽隨壩體上升,利用混凝土待凝、散熱和大量過縫鋼筋;每條鋼管的安裝以及模板拆除與架立的時間，盡量不能連續(xù)進行,增加施工項目和工減少與壩體施工的相互干擾種交替、反復進場和退場,增設較高腳手架;溫控要求較高;上彎段施工復雜；模板增多且體型復雜鋼板用量相差不多，但鋼筋用量大鋼板用量相差不多，鋼筋用量較少,量增加，混凝土(單價提高)用量增減少混凝土用量,不增加開挖量和加,開挖量和地基處理量增加地基處理量減少前期投資積壓,但因工程量增前期投資積壓增加利息,但因工程加,總投資可能增加,機組臺數(shù)眾多量減少,總投資不一定增加較為有利管道的線路選擇是水電站設計中的一個重要階段。線路總是力求短而直，以便減小水倍管徑的轉(zhuǎn)彎半徑。選擇管線時，應使其縱剖面在所有管段，在任何工況下都不會形成真空。鋼管頂部至少應在最低壓力線以下2m。壓力鋼管的水力計算包括鋼管的水頭損失計算和水錘壓力計算。計算成果應包括（1）正常運行情況最高壓力線2）特殊運行情況最高壓力線3）最低壓力線。（一）壓力鋼管鋼管的水頭損失水流通過壓力鋼管時的水頭損失ΔH由沿程摩阻損失ΔH和局部損失ΣΔH組成。ΔH=f——（6.3.5-1）D——管道內(nèi)徑（m所以鋼管內(nèi)表面的勤加維護、除銹、刷漆很為重要，不僅可延長鋼管的壽命，而且可以減少水頭損失。在設計時，如摩阻力對計算成果有不利影響，可取較大的值，反之，應取局部損失指水流局部變化（轉(zhuǎn)彎、收縮、擴大、出流、分岔內(nèi)阻力等）引起的局部水管道局部特征管道局部特征具有漸變段的進水口開啟的蝶形閥針形閥Y形岔管ζ（二）水錘計算管道中水流流速急劇變化所引起的管道壓力升高或降低，稱為水錘。壓力變化的原因是運動水體的慣性力。壓力變化過程具有波動性，它的參數(shù)取決于流量隨時間的變化規(guī)律和葉或沖擊式水輪機的噴嘴的性能，決定了流量隨時間的變化規(guī)律。調(diào)速機構(gòu)不是瞬時關閉或傳播。設管長為L，則在L/a時間后，升壓波到達具有自由水面的蓄水池（壓力前池、水庫、調(diào)壓室作為壓力管道的始端。從自由水面反射回來的降壓波（負波）又以相同的速度a超著相反的方向運動。直接波傳到蓄水池，反射波再返到閥門處往返一次的時間水錘計算可以確定壓力管道沿線的最大、最小壓力值，給出管道的設計荷載，并找出水錘計算是調(diào)節(jié)保證計算的一部分，應與機組轉(zhuǎn)速變化計算配合進行，按《水電站調(diào)水錘壓力的初步計算可按下列工況進行：（1）相應于水庫或壓力前池正常蓄水位，經(jīng)由本鋼管供水的全部機組突然丟棄全部（2）調(diào)壓室或壓力前池最高涌浪壓力計算，相應于水庫正常蓄水位，經(jīng)由本調(diào)壓室或壓力前池供水的全部機組突然丟棄全部負荷。鋼管水錘最高壓力與調(diào)壓室或壓力前池最高涌浪如可能重疊，尚應考慮其相遇效應。（3）對電站運行情況研究后，認為不可能同時丟棄全部負荷，則可按丟棄部分負荷2.特殊運行情況最高壓力計算丟棄負荷條件同上，相應于水庫或壓力前池最高發(fā)電水位。（1）鋼管水錘壓力計算，相應于水庫或壓力前池死水位，經(jīng)由本鋼管供水的全部機（2）如電力系統(tǒng)有特殊運行要求，可根據(jù)具體情況，確定增荷幅度。（3）抽水蓄能電站應計算上庫水位為最低水位，水泵水輪機在最低揚程做抽水運行，電源中斷，同時導水葉拒動動的工況。最低壓力線，應該考慮管道的摩阻。（一）設計作用修訂后的《水電站壓力鋼管設計規(guī)范》完全按照《水工統(tǒng)標》的要求，按可靠度理論進行套改。將壓力管道常用的作用（荷載）分為三大類：在設計基準期內(nèi)其量值不變化或變化可忽略的作用。在設計基準期內(nèi)出現(xiàn)概率很小，一旦出現(xiàn)其量值很大且持續(xù)時間很短的作用?！靶乱?guī)范”將壓力鋼管設計中的作用（荷載）及其分項系數(shù)按照管型列表，供設計時（二）作用效應組合鋼管結(jié)構(gòu)設計應根據(jù)承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的要求，對不同設計狀況]]設計狀況（一種偶然作用效應）持久狀況組合類型基本組合偶然組合短期組合長期組合短期組合極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)持久狀況短暫狀況偶然狀況短暫狀況“新規(guī)范”中，也將各種管型作用效應組合與計算情況列表，供設計時查用。目前，西方國家的壓力鋼管設計規(guī)范采用的是允許應力法設計，我國老規(guī)范（SD144-85）也是按允許應力法進行設計，即要求在各種荷載組合下鋼管內(nèi)的最大應力不應力是個復雜的問題，而且?guī)в幸欢ǖ募夹g政策性。各國規(guī)范所采用的值及其做法也各不相合（基本和特殊）采用不同的允許應力。一次總體膜應力是滿足平衡條件所必須的應力（沿厚度方向的平均值如壓力鋼管形。這一應力具有二次應力的特性，但是，保守的做法是將這一應力按局部膜應力考慮。一次應力超過屈服點時，會導致結(jié)構(gòu)破壞或發(fā)生大范圍的變形，所以允許應力最低。為結(jié)構(gòu)大范圍變形的因素。各計算點應力應滿足下列強度條件：xSxSxSxSτxS產(chǎn)生應力的內(nèi)力產(chǎn)生應力的內(nèi)力地下埋管壩內(nèi)埋管加強構(gòu)件承受彎矩的外加強梁軸力軸力和彎矩軸力軸力和彎矩ss膜應力區(qū)的管壁及小偏心受拉的應力軸力（6）壩內(nèi)埋管膜應力區(qū)特殊荷載組合允許應力0.9σ僅適用于按明管校核情況，其他情況都用ss超聲波探超聲波探射線照相抽查率%重要工程用超聲波檢驗時應使用射線探傷復驗，復驗長度為該條焊縫在超聲波檢驗有可疑波形，不能準確判斷時，采用射線復驗單面對接探傷方法鋼管抗外壓穩(wěn)定的計算公式見原規(guī)范（SD144-85）附明管、地下埋管和壩內(nèi)埋管抗外壓強度校核可采用鍋爐公式。修訂后的《水電站壓力鋼管設計規(guī)范》采用概率極限狀態(tài)設計原則，按分項系數(shù)設計表達式進行設計。鋼管結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩類。鋼管的主要結(jié)能力計算。應按正常使用極限狀態(tài)的要求，進行壩后背管外包混凝土裂縫寬度演算。按承載能力極限狀態(tài)設計，各計算點的應力應符合下列要求：Rxx2SSxSxRYΨYσ——鋼管結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力限值（N/mm2R0dfσSσxτSx結(jié)構(gòu)系數(shù)結(jié)構(gòu)系數(shù)Ydd整體膜應力局部局部膜應力應力局部膜應力+彎曲應力整體膜應力整體膜應力局部膜應力+彎曲應力整體膜應力ddd地下埋管壩內(nèi)埋管壩后背管軸力軸力軸力+彎矩軸力軸力+彎矩軸力聯(lián)合承載單獨校核軸力d焊縫系數(shù)取值與允許應力法基本相同，只是增加了對高強鋼的探傷要求。當采用超聲波探傷時，一、二類焊縫的抽查率均為100%。當采用射線探傷時，一、二類焊縫的抽查率鋼管結(jié)構(gòu)吊裝演算時自重作用應計入動力系數(shù)，動力系數(shù)可取為1.2，也可根據(jù)實際情況適當增減。（一）管壁厚度最小壁厚鋼管壁厚變化處，明管可保持外徑不變，地下埋管、壩內(nèi)埋管和壩后背管宜保持內(nèi)徑考慮銹蝕、磨損、及鋼板厚度負偏差，鋼管的壁厚裕量一般取為損較為嚴重的鋼管，以及因管徑過小而無法進人的鋼管，壁厚裕量應作專門論證。（二）焊縫布置環(huán)向焊縫間距直管不宜小于500mm；岔管和彎管等結(jié)構(gòu)不宜小于下列各項之大值：縱向焊縫不應布置在鋼管橫斷面的水平軸線和垂直軸線上，與上述軸線間夾角應大于有下列情況之一者，應進行消除應力處理：3.岔管等形狀特殊的構(gòu)件。采用其它鋼種，消除應力的要求應作專門研究。（四）伸縮節(jié)、預留環(huán)縫和湊合節(jié)這些特殊的構(gòu)造措施和管節(jié)，是鋼管設計中的重要問題之一。預留環(huán)縫和湊合節(jié)最后一道施焊的環(huán)縫，應采取措施，降低施焊應力，根據(jù)實測，焊接應力較大。在建筑物永久縫處或管段上，若存在軸向、橫向變位和角變位，宜將鋼管斷開并設置伸縮節(jié)。經(jīng)論證后，可以采取其它措施代替伸縮節(jié)或取消伸縮節(jié)。若施工縫處變位較大，或為避免在渦殼外包混凝土施焊合攏環(huán)縫而拉動渦殼，應設置若鋼管分區(qū)段安裝，分區(qū)段之間最后安裝的管節(jié)應設置為湊合節(jié)。湊合節(jié)宜設置在直此情況，而壩后背管幾乎難以避免。（五）其他要求4.鋼管管節(jié)可采用瓦片組焊，若條件具備，也可采用整卷工藝，如李家峽水電站壩后裝。不宜在安裝現(xiàn)場焊接縱縫，若需要在安裝現(xiàn)場焊接縱縫，必須要有相應的工藝措施。根據(jù)“新規(guī)范”的要求，下列情況應作原形觀測：（二）觀測內(nèi)容鋼管原型觀測工作應納入工程安全監(jiān)測系統(tǒng)。原形觀測內(nèi)容應包括：6.定期提出觀測與分析報告。4.溫度觀測，包括（1）水溫2）氣溫3）管溫4）混凝土溫度5）地溫等；5.水壓力觀測，包括（1）內(nèi)水壓力2）外水壓力；總體水壓試驗，不僅是對鋼管制作安裝和材料質(zhì)量的檢驗。實際上是對勘測設計、和施工（含土建、制作安裝等）的較全面的檢驗，地質(zhì)資料、計算參數(shù)和成果、零部件設計選下列結(jié)構(gòu)應作水壓試驗：如經(jīng)充分論證，也可不作水壓試驗。（2）采用新工藝或特殊工藝制作的管節(jié)。（3）新型結(jié)構(gòu)，如新管型和用新設計理論或方法設計的管節(jié)。上述結(jié)構(gòu)如經(jīng)充分論證，也可不作水壓試驗。因為，某些管道無法作水壓試驗，如高水頭地下埋管和大直徑管道。此外，水壓試驗要付出經(jīng)濟代價，且占用一定的工期。所以，決定是否作水壓試驗要慎重。水壓試驗可在現(xiàn)場或工廠進行，水壓試驗方式分為：分節(jié)式（或單體式）、分段式和線很長的鋼管，如采用整體一次加壓，當管段末端達到最高內(nèi)壓1.25倍時，首端鋼管結(jié)構(gòu)滿足不了要求，則必須采用分段式水壓試驗。壓試驗要求而增大堵頭下游鎮(zhèn)墩體積。缺點是堵頭拆除比較困難。用外堵頭將管段分開，待試驗管段試驗完畢后，拆除外堵頭再接通上部管段，依次自明管宜作整體式水壓試驗，如不可能時，亦可在工廠作分節(jié)式（四）注意事項倍，且不小于特殊工作情況最高內(nèi)水壓力標準值。倍。當試驗段較長時，管端壓力差較大，如首端承壓值大于設計最高內(nèi)壓的1.25倍，其結(jié)構(gòu)應力值將超過結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力限值，則可適當降低末端壓力，存在此問題的已建工程多采用1.15倍設計最高內(nèi)壓，試壓太低則失去了水壓試驗的意義。岔管體型比較復雜，相應的應力計算方法和制作也比較復雜，為了保證安全，避免安題，可以及時補救。人員傷亡和財產(chǎn)的重大損失。（一）壓力鋼管選型要點（二）允許應力法設計（三）概率極限狀態(tài)設計（四）壓力鋼管一般構(gòu)造要求（五）壓力鋼管水壓試驗（一）地形、地質(zhì)條件明管線路布置宜選擇在地形、地質(zhì)條件優(yōu)越的地段，并與進水口（大壩、調(diào)壓室或壓力前池等）和主廠房等建筑物相協(xié)調(diào)。宜避開可能發(fā)生滑坡、崩塌、沉降量很大的地段和村鎮(zhèn)居民區(qū)及交通線路等。若不能避開村鎮(zhèn)居民區(qū)，應考慮工程對環(huán)境的影響。部分管段若避不開山洪、墜石等的影響，應采取其他管型（如洞內(nèi)埋管、地下埋管或鋼襯鋼筋混凝土管）通過。若遇有河溝，可采用倒虹吸管或管橋等石流對這些建筑物的影響。水頭高、線路長的管線，還應滿足鋼管運輸為避免鋼管一旦發(fā)生意外事故時，危及電站設備和人員安全，應設置事故溢洪道和工在明管軸線轉(zhuǎn)折處要設置鎮(zhèn)墩。在長度超過150必須把管道布置在滑坡區(qū)或沉陷性地基上，為了保證建筑物能安全運行，應在鎮(zhèn)墩間設置伸支墩間距應通過鋼管應力分析，并考慮安裝條件、支座型式、地基條件等因素，經(jīng)技術經(jīng)濟比較確定。（四）其他要求沿管線應布置交通道路，并宜設置照明設施。沿管線應設置排水溝。有倒虹吸管道的鋼管，在該段的最低處必須設置放空（兼排沙）管。倒虹吸管末端必壓的管段，宜設置真空破壞閥。明管的結(jié)構(gòu)計算包括管殼的應力分析（膜應力分析、加勁環(huán)引起的局部應力分析及支承環(huán)應力分析）和抗外壓穩(wěn)定分析（管壁抗外壓和加勁環(huán)抗外壓）。詳細的計算公式見規(guī)范（一）鎮(zhèn)、支墩鎮(zhèn)墩、支墩混凝土強度等級不應低于C15，并應滿足抗凍要求，混凝土外圈要求配有鋼筋。在寒冷地區(qū)，墩底基面要求深埋在凍土線以下。因鎮(zhèn)墩承受的彎管或直管傳來的管線軸向力很大，為了防止管道從混凝土中脫出，除了混凝土應有足夠長度外，還應在管壁外設若干剛性環(huán)插入其中，起止推和加勁作用。彎管置于混凝土內(nèi)，相當于大體積混凝土內(nèi)有一個大孔口，應力比較復雜。上凸彎管靠近主廠房的分岔管處鎮(zhèn)墩與主廠房基礎間宜用沉降縫分開。（二）伸縮節(jié)伸縮節(jié)應具有足夠的剛度防止因變形而停止運行。伸縮節(jié)的型式應根據(jù)管徑和內(nèi)壓大小以及變位要求等因素選用。應能保證自由伸縮。并應留有裕量。（三）其他要求1.為了工地焊接和從管道一側(cè)到達另一側(cè)方便，實踐經(jīng)驗證明明管距地面、管槽所需2.分段式明管的支座應采取構(gòu)造措施，保證鋼管能適應溫度變化時沿軸向自由伸縮，并能防止橫向滑脫?？赡馨l(fā)生較大沉降的地基上的支座，為便于調(diào)整鋼管高程，應在支座及支承環(huán)兩側(cè)預留千斤頂?shù)捻斖形恢谩τ诓宦袢腈?zhèn)墩混凝土的支座，還應滿足適應橫向變形及微量轉(zhuǎn)動的要求。支座宜設置可裝卸的活動防塵罩。（一）明管布置要點（二）明管構(gòu)造特點（一）地形地質(zhì)條件地下埋管線路的進出口位置應選擇地形地質(zhì)條件相對優(yōu)良的地段，具備成洞條件，避開活動斷層、滑坡、地下水壓力和涌水量很大等不良地段。計入圍巖抗力的地下埋管，其頂部和側(cè)向覆蓋圍巖應有足夠厚度。最小覆蓋厚度要求按規(guī)范附錄B中的有關公式計算。垂直于管軸的最小圍巖覆蓋厚度，不應計入全風化層和強風化層。（二）管線布置地下埋管宜采用一管多機引水方式。若管道較短，或工程地質(zhì)條件不宜開挖大斷面洞應避免出現(xiàn)一管已運行而鄰管尚在開挖爆破的情況。條件等因素，經(jīng)技術經(jīng)濟比較確定。管道坡度：目前國內(nèi)開挖,向上出渣采用不超過30°~35°;向下出渣各工程采用的有所不同,或為溜渣方便取45°以上，或為方便工人上下，取長度和高差過大的斜井與豎井，宜布置中間平段，以方便開挖施工和鋼管安裝。（三）排水系統(tǒng)在地下水富集，外水壓力（即地下水位）荷載明確的地區(qū)，應布置排水系統(tǒng)，并結(jié)合灌漿帷幕等措施，減小鋼管的外水壓力。防滲排水設施必須可靠，且便于檢修。厚度（16～26）mm，加強措施為錨筋環(huán)。高壓管段2/3管段圍巖巖性較軟的凝灰?guī)r巖層斜穿洞線，其附近圍巖破碎，鋼管安裝期間，地下水滲漏量較大。為下彎段起，失穩(wěn)段長達330m。近幾十年內(nèi)，國內(nèi)外已有數(shù)起地下埋管失穩(wěn)的實例，應該引起設計者的高度重視。地下埋管的結(jié)構(gòu)計算包括承受內(nèi)壓的結(jié)構(gòu)分析和抗外壓穩(wěn)定分析兩大部分。（一）鋼管承受內(nèi)壓結(jié)構(gòu)分析1.地下埋管承受內(nèi)水壓力計算方法的原則（1）鋼襯與管外混凝土之間以及混凝土與巖石之間有縫隙δ。δ是由于混凝土冷卻和（2）縫隙的存在，使鋼襯的工作分為兩個階段。第一階段，內(nèi)水壓力由鋼襯單獨承內(nèi)水壓力進一步增大，鋼襯與圍巖共同承載。（3）認為鋼襯與圍巖之間的混凝土已經(jīng)出現(xiàn)徑向裂縫。所以，它不承擔任何環(huán)向力性材料。地下埋管承受內(nèi)水壓力的結(jié)構(gòu)分析方法，根據(jù)縫隙判別條件和覆蓋圍巖厚度條件，劃分為兩類情況：（1）由鋼管和圍巖共同承擔；（2）由鋼管單獨承受。有關計算公式詳見規(guī)范附錄B。（二）抗外壓穩(wěn)定分析采用經(jīng)驗公式和阿姆斯特茲公式，詳見規(guī)范附錄B。2.加勁環(huán)式鋼管的計算（1）加勁環(huán)間管壁的穩(wěn)定采用明管相應公式計算，見規(guī)范附錄A。（2）加勁環(huán)的穩(wěn)定計算公式見規(guī)范附錄B。地下埋管灌漿包括回填灌漿、接觸灌漿和固結(jié)灌漿，可在同一孔中分序進行，但在進程中，應進行檢測，防止鋼管發(fā)生失穩(wěn)事故。灌漿后，全部灌漿孔均應嚴密封堵?；炷烈r圈頂拱與圍巖間存在較大空腔，必須采用水灰比較低的稠漿（水泥砂漿或水管路系統(tǒng)進行，但應有可靠的質(zhì)量保證措施?；靥罟酀{應在襯圈混凝土強度達到設計強度的70%回填灌漿壓力不應小于0.2MPa，也不得大于鋼管抗外壓臨界壓力。固結(jié)灌漿應根據(jù)圍巖地質(zhì)情況、內(nèi)水壓力、設計假定、開挖爆破方式等，經(jīng)研究后進若不進行固結(jié)灌漿，地下埋管頂拱部位在回填灌漿后宜進行混凝土襯圈與圍巖間的接MPa鋼管與混凝土襯圈間若存在超過設計允許的縫隙，應進行接觸灌漿。接觸灌漿壓力不宜大于0.2MPa，必須保證鋼管在接觸灌漿中的變形不超過設計允許值。接觸灌漿宜安（二）加勁環(huán)與阻水環(huán)與混凝土段連接的鋼管（鋼襯）始端必須設置阻水環(huán)。若圍巖滲透性較強，宜在鋼管始端布置防滲帷幕和排水幕，并應在其后設置排水設施，以減小鋼管的外水壓力。鋼管抗外壓穩(wěn)定可設置加勁環(huán)。若為光面管，彎管處必須設置加勁環(huán)，其它管段則要求每隔10m～20m應設置一道加勁環(huán)，防止光面管在發(fā)生外壓失穩(wěn)事故時擴大范圍。宜在在地下埋管上設置加勁環(huán)是不利的，因為管外空間混凝土的澆筑非常困難，而且還要求增大開挖直徑。如果實在必須設置加勁環(huán)，應盡可能限制其尺寸，而且可不必驗算環(huán)下管殼的局部應力。1.鋼管與圍巖間襯圈混凝土強度等級不應低于C15，混凝土應施工縫隙。經(jīng)研究，可采用膨脹性摻和料或干縮較小的混凝土。2.鋼管管壁與圍巖間的徑向凈空尺寸視施工方法和結(jié)構(gòu)布置（開挖回填、焊接、有無鋼筋和錨固加勁構(gòu)件等）而定。凡鋼管就位后需要在管外進行焊接作業(yè)者，兩側(cè)和頂部不應（一）地下埋管抗外壓措施（二）灌漿種類及要求壓力鋼管的平面位置宜位于壩段中央，其管徑不宜大于壩段寬度的三分之一，不應大于壩段寬度的二分之一。管線在壩體鉛垂面中的布置應進行方案比較。比較的因素包括鋼管對壩體穩(wěn)定和應力及它們之間的相互干擾。（一）承受內(nèi)水壓力計算（1）壩內(nèi)埋管由鋼管與外圍混凝土聯(lián)合承受內(nèi)水壓力。在最大內(nèi)水壓力作用下，不允許外圍混凝土出現(xiàn)貫穿性裂縫。結(jié)構(gòu)分析中考慮鋼管與外圍混凝土之間存在縫隙。若外圍混凝土最小厚度為（0.5～0.8）D，在最大內(nèi)水壓力作用下，不允許外圍混凝土大內(nèi)水壓力作用下不允許混凝土出現(xiàn)貫穿性裂縫。如果不能滿足，則要考慮在管外設置墊層或采用其他管型，如壩后背管等。（2）設有墊層的壩內(nèi)埋管，可按內(nèi)水壓力僅由鋼管單獨承受計算，這時的結(jié)構(gòu)抗力（3）外圍混凝土最小厚度小于D或設有墊層的情況，均應滿足由鋼管單獨承受內(nèi)水壓力的校核要求。2.混凝土開裂情況的判別按照彈性力學厚壁圓筒多層管法計算，鋼管外圍混凝土開裂情況分為未開裂、內(nèi)圈部分開裂和裂穿三種情況。判別公式見規(guī)范附錄C。（1）混凝土未開裂情況是壩內(nèi)埋管允許的情況。（2）混凝土內(nèi)緣部分開裂情況是外圍混凝土最小厚度超過0.8D條件下壩內(nèi)埋管允許（3）混凝土裂穿情況是壩內(nèi)埋管不允許的情況。（二）承受外水壓力計算光面管和加勁環(huán)式鋼管抗外壓穩(wěn)定計算與地下埋管相同。錨筋式鋼管抗外壓穩(wěn)定計算公式見規(guī)范附錄C。（一）壩內(nèi)埋管安裝1.坡度較陡的管段可采用摞節(jié)法，摞節(jié)法已在烏江渡、龍羊峽、李家峽等工程得到運全埋式安裝槽，或淺埋式安裝臺。預留槽臺的尺寸應滿足鋼管安裝和回填混凝土的要求，兩打毛槽面（或臺面宜可提出進行接縫灌漿的要求。鋼管始端必須設置阻水環(huán)，并應在其后設置排水設施。（三）接觸灌漿（一）壩內(nèi)埋管承受內(nèi)水壓力結(jié)構(gòu)計算的基本原則（二）壩內(nèi)埋管構(gòu)造要求（三）保證緩坡段及水平段管底混凝土澆筑質(zhì)量及接觸灌漿質(zhì)量管道平面布置宜位于壩段中央，對于拱壩應沿徑向布置。上彎段和下彎段的轉(zhuǎn)彎半徑距離，亦可將管道局部嵌入壩體，如長江三峽。（一）壩后背管結(jié)構(gòu)分析原則厚度及最小環(huán)向鋼筋截面積。3.上彎段與壩體的連接處受力復雜，大型工程宜進行三維有限元分析或試驗研究，應考慮彎道不平衡水壓力、水流離心力和壩體變位作用。根據(jù)工程具體條件，下彎段可按壩后4.壩后背管與壩體應連接為整體結(jié)構(gòu)。其接縫面的應力可采用三維有限元法進行分（二）鋼管壁厚及環(huán)向配筋計算規(guī)范附錄D中的D1式是按可靠度套改的要求式表示的是一種承載能力的極限狀態(tài)，即鋼管和鋼筋同時達到屈服狀態(tài)。按新規(guī)范設計時，（三）壩后背管結(jié)構(gòu)應力計算已建壩后背管工程設計中常用的結(jié)構(gòu)計算方法有彈性力學多層管法和有限元法。前者具有概念清楚、計算簡便，可直接求出解析解的優(yōu)點。但是其軸對稱假定與壩后背管結(jié)構(gòu)的單軸對稱性不符，所以計算結(jié)果也不能解釋管腰混凝土首先開裂的現(xiàn)象，各層管材的應力分壩后背管結(jié)構(gòu)力學彈性中心法是在研究了有關背管模型試驗研究成果、壩后背管原觀成果、彈性力學多層管法、鋼筋混凝土管計算方法、李家峽背管“七五”攻關研究成果和有限元計算成果的基礎上提出的?，F(xiàn)將基本原理介紹如下：（1）壩后背管的截面為單軸對稱結(jié)構(gòu)，按平面應變問題計算；圓拱，整個結(jié)構(gòu)為變截面固端超靜定拱結(jié)構(gòu)。計算簡圖見圖6.7.2。（3）計算截面為鋼板、鋼筋和鋼筋混凝土組合截面，將環(huán)向鋼筋按截面積折算為等厚度鋼板，再按鋼材和混凝土彈模比，將鋼材（鋼管和鋼'a圖6.7.2背管結(jié)構(gòu)彈性中心法計算簡圖（4）組合截面所承受的內(nèi)壓為實際內(nèi)壓扣除彌合鋼管與混凝土間縫隙值所需初始內(nèi)（2）管道結(jié)構(gòu)自重；（1）內(nèi)力計算：用結(jié)構(gòu)力學彈性中心法進行計算，計算時將拱軸線分成若干小段，剪力以使微元體順時針轉(zhuǎn)動為正；溫差以外側(cè)高于內(nèi)側(cè)為正。用材料力學組合截面曲梁應力公式計算。判別混凝土開裂的拉應力取值見規(guī)范附ctct（四）抗外壓穩(wěn)定分析壩后背管的的抗外壓穩(wěn)定分析同壩內(nèi)埋管。（一）外包混凝土混凝土強度等級不應低于C20，不宜高于C30，抗凍等級要求按《水工建筑物抗冰凍橫截面外輪廓應宜用方圓形，優(yōu)點是環(huán)向受力較好，而且可節(jié)約混凝土用量。若采用混凝土預制模板澆筑外包混凝土，體形常為多邊形。一般可采用1～2m。根據(jù)壩后背管工程實例統(tǒng)確定外包混凝土厚度應考慮以下因素：（1）滿足布筋和混凝土施工要求，內(nèi)外圈鋼筋之間應有適當?shù)木嚯x。裂縫寬度增大。因此，在綜合分析基礎上，應選用較小厚度。（二）管壩接縫面梯形鍵槽。重力壩管壩接縫面可采用臺階連接。（三）鋼筋布置2.鋼筋接頭根據(jù)結(jié)構(gòu)力學法計算成果管腰混凝土開裂后，裂縫處外圈鋼筋應