《第三章压力管道总论及明钢管4231.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章压力管道总论及明钢管4231.docx（69页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第八章水电站压力管道第一节压力力管道的功功用、类型型一、功用和和特点压力管道是是从水库、压压力前池或或调压室向向水轮机输输送水量的的水管，一一般为有压压状态。其其特点是集集中了水电电站大部分分或全部的的水头，另另外坡度较较陡，内水水压力大，还还承受动水水压力的冲冲击(水锤压力力)，且靠近近厂房，一一旦破坏会会严重威胁胁厂房的安安全。所以以压力管道道具有特殊殊的重要性性，对其材材料、设计计方法和加加工工艺等等都有特殊殊要求。压力管道的的主要荷载载为内水压压力，管道道的内直径径D(m)和其其承受的水水头H(m)及其其乘积HDD值是标志志压力管道道规模及技技术难度的的重要参数数值。目前前最大直径径的
2、钢管是是巴基斯坦坦的塔贝拉拉水电站第第三期扩建建工程的隧隧洞内明钢钢管，直径径为13.26m。HD值最高高的常见于于抽水蓄能能电站，已已超过5000mm2。二、分类压力管道可可按照布置置型式和所所用的材料料分类，见见表8-1。表8-1 压压力管道类类型按 结 构构 型 式式 分按 材 料料 分明管(露天天式)：布置在在地面上钢管，钢筋筋混凝土管管，木管地下埋管：埋入地下下山岩中不衬砌，锚锚喷或混凝凝土衬砌，钢钢衬混凝土土衬砌，聚聚酯材料管管混凝土坝身身管道：依依附于坝身身，包括：(1) 坝内管道道；(2) 坝上游游面管；(3) 坝坝下游面管管钢筋混凝土土结构，钢钢衬钢筋混混凝土结构构，预应力力
3、钢筋钢衬衬混凝土结结构其中，明管管适用于引引水式地面面厂房，地地下埋管多多为引水式式地面或地地下厂房采采用，混凝凝土坝身管管道则只能能在混凝土土坝式厂房房中使用。由于钢材强强度高，防防渗性能好好，故钢管管或钢衬混混凝土衬砌砌管道主要要用于中、高高水头电站站；而钢筋筋混凝土管管适用于中中小型电站站。图8-1 焊缝布置图(一) 钢钢管钢管按其自自身的结构构又可分为为：(1) 无无缝钢管。其其直径较小小，适用于于高水头小小流量的情情况。(2) 焊焊接钢管。适适用于较大大直径的情情况。焊接接钢管由弯弯成圆弧形形的钢板焊焊接而成，焊焊缝结构如如图8-1所示，一一般相邻两两节管道的的纵缝应错错开一定角角度
4、，以避避免焊缝薄薄弱点在同同一直线上上。(3) 箍箍管。当HHD1000mm2时，钢板板厚度一般般会超过440mm，其其加工比较较困难，因因而在这种种情况下常常采用箍管管。箍管是是在焊接管管或无缝钢钢管外套以以无缝的钢钢环(钢箍，称称为加劲环环)，从而使使管壁和钢钢箍共同承承受内水压压力，以减减小管壁钢钢板的厚度度。钢管所使用用的钢材应应根据钢管管结构型式式、钢管规规模、使用用温度、钢钢材性能、制制作安装工工艺要求以以及经济合合理等因素素参照设计计规范选定定。(二) 钢钢筋混凝土土管钢筋混凝土土管具有造造价低、刚刚度较大、经经久耐用等等优点，通通常用于内内压不高的的中小型水水电站。除除了普通的
5、的钢筋混凝凝土管外，还还有预应力力和自应力力钢筋混凝凝土管、钢钢丝网水泥泥管和预应应力钢丝网网水泥管等等。普通钢钢筋混凝土土管适用于于HD6600m22，=322mm40mmm，不易加加工。当HD较高高时采用116Mn，其其强度高，但但塑性差：强度越高，塑塑性越差。若若采用高强强钢，要有有充分的论论证。2、加工性性能辊轧、冷弯弯、焊接、切切割，要求求焊接性能能好，冷加加工的塑性性变形小，加加工后无残残余应力，焊焊缝和热影影响区不产产生裂纹。3、化学成成份影响钢材的的强度、焊接性性能，含碳碳不要过高高(脆)，含硫量量和含硅量量也不能高高。三、容许应应力钢材的容许许应力一般般用屈服强强度除以安安全
6、系数得得到，即=s/K不同的荷载载、不同的的部位采用用不同的容容许应力。表8-2 钢材的的允许应力力应力区域膜应力区局部应力区区荷载组合基本特殊基本特殊产生应力的的内力轴力轴力轴力和弯矩矩轴力轴力和弯矩矩允许应力明钢管0.55s0.7ss0.67s0.85s0.8ss1.0ss地下埋管0.67s0.9ss坝内埋管0.67s0.8ss0.9ss按明管校核核情况四、管身构构造1、无缝钢钢管：无纵纵缝，横缝缝用焊接、法法兰连接成成整体，强强度高，造造价高，施施工困难。国内：D60cmm；国外：D120ccm。适用用高水头小小流量电站站。2、焊接管管：钢板按按要求的曲曲率辊成弧弧形，焊接接成管段。适适
7、用于各种种直径、水水头，造成成价低。(1) 纵缝：焊焊缝交错排排列，避开开两个中心心轴(2) 相邻管壁壁厚度差2mm，内内部光滑，外外部成台阶阶状。3、箍管：钢管外加加钢箍。4、钢管的的结构要求求：钢管最最小厚度：min(D/8800+44)mm，或或6mm防腐、防锈锈措施：涂涂料、喷镀镀、化学保保护。加防防锈厚度22mm。第四节 敷敷设方式及及附件一、明钢管管的敷设方方式和支承承方式由于明钢管管一般长度度都很大，所所以常分段段敷设，即即在直线段段每隔12201550m或在在钢管轴线线转弯处(包括平面面转弯和立立面转弯)设置镇墩墩，以固定定钢管，防防止钢管发发生位移。在在两镇墩间间设置伸缩缩节
8、，其作作用是当温温度发生变变化时，管管身可以自自由伸缩，从从而减小温温度应力。伸伸缩节一般般放在镇墩墩的下游侧侧。镇墩之之间的管段段用一系列列等间距的的支墩支承承，支墩的的间距由钢钢管应力分分析，并考考虑钢管的的安装条件件、地基条条件和支墩墩型式，经经技术经济济比较确定定。靠近伸伸缩节的一一跨，支墩墩间距可缩缩短一些。管管身离地面面不小于660cm，以以便于维护护和检修。这这种敷设方方式的水管管受力明确确，在自重重和水重作作用下，水水管相当于于一个多跨跨连续梁，镇镇墩将水管管完全固定定，相当于于梁的固定定端，见图图8-4。图8-4 明钢管的的敷设(一) 镇镇墩镇墩的作用用是靠本身身的重量固固定
9、钢管，承承受因水管管改变方向向而产生的的轴向不平平衡力，防防止水管产产生位移。镇镇墩一般由由混凝土浇浇制而成，混混凝土强度度等级一般般不低于CC15。在在寒冷地区区，墩底基基面应深埋埋在冻土线线以下。分分封闭式和和开敞式两两种型式。1封闭式式：如图88-5所示，钢钢管被埋在在封闭的混混凝土体中中。镇墩表表层需布置置温度筋，钢钢管周围设设置环向筋筋和一定数数量锚筋。这这种布置方方式结构简简单，节约约钢材，固固定效果好好，应用较较广泛。2开敞式式：如图88-6所示，利利用锚栓将将钢管固定定在混凝土土基础上。镇镇墩处的管管壁受力不不均匀，锚锚环施工复复杂，其优优点是便于于检查维修修。这种镇镇墩在我国
10、国很少采用用。(二)支墩墩支墩用于承承受水重和和管重的法法向分力。相相当于连续续梁的滚动动支承，允允许水管在在轴向自由由移动(温度变化化时)。按支墩墩上的支座座与管身相相对位移的的特征，有有以下几种种型式：图8-5 封闭式镇镇墩 图88-6 开敞式式镇墩1滑动支支墩。钢管管发生轴向向伸缩时，沿沿支座顶面面滑动。滑滑动式支墩墩又可分为为无支承环环鞍形支墩墩、有支承承环鞍形支支墩和有支支承环滑动动支墩三种种。无支承承环鞍形支支墩，见图图8-7(a)，是是将钢管直直接支承在在一个鞍形形混凝土支支座上，其其包角在90o1200o之间。为为了减少管管壁与支座座之间的摩摩擦力，在在支座上铺铺设钢板并并在接
11、触面面上加润滑滑剂。这种种支墩结构构简单，但但管身受力力不均匀，摩摩擦力大。适适用于管径径1m以下的的钢管。有有支承环滑滑动支墩，见见图8-7(b)，支支承环放在在金属的支支承板上，比比上面两种种支墩的摩摩擦力更小小。适用于于管径13m的钢管管。2滚动支支墩。如图图8-8所示，在支支承环与墩墩座之间加加圆柱形辊辊轴，钢管管发生轴向向伸缩时，辊辊轴滚动，摩摩擦系数约约为0.11，适用于于垂直荷载载较小而管管径大于22m的钢管管。3摆动支支墩。如图图8-9所示，在在支承环与与支承面之之间设置一一摆动短柱柱。短柱下下端与支承承板铰接，上上端以圆弧弧面与支承承环的承板板接触。钢钢管沿轴向向伸缩时，短短
12、柱以铰为为中心前后后摆动。其其摩擦力很很小，能承承受较大的的垂直荷载载，适用于于管径大于于2m的钢管管。图8-7滑滑动式支墩墩(a) 鞍鞍式； (b) 支支承环式图8-8滚滚动式支墩墩 图88-9摆动式支支墩二、钢管上上的闸门和和附件(一)闸门门及阀门在压力水管管的进口处处一般都设设置平板闸闸门，以便便在压力管管道发生事事故或检修修时用以切切断水流。平平板闸门价价格便宜，构构造简单，便便于制造，常常以此代替替阀门。对对于上游有有压力前池池或调压室室的明管，为为了在发生生事故时紧紧急关闭和和检修放空空水管的需需要，在钢钢管进口处处一般也要要设置闸门门，闸门装装在压力前前池或调压压室内。阀门一般设
13、设置在紧靠靠压力管道道末端，即即水轮机蜗蜗壳进口处处的钢管上上。在分组组供水和联联合供水时时，为避免免一台机组组检修影响响其他机组组的正常运运行，或在在调速器、导导水叶发生生故障时紧紧急切断水水流，防止止机组产生生飞逸，在在每台机组组前都应设设置阀门，通通常称为下下阀门。坝坝内埋管长长度较小，只只须在进口口处设置闸闸门，不设设下阀门。有有时虽是单单独供水，但但水头较高高、容量较较大时也要要设下阀门门。水电站站压力水管管的阀门常常见的有三三种。(1) 平平板阀。平平板阀由框框架和板面面构成，阀阀体在门槽槽中的滑动动方式与一一般的平板板闸门相似似，如图9910所示。平平板阀一般般用电动或或液压操作
14、作。这种阀阀门止水严严密，运行行可靠，但但需要很大大的启闭力力，动作缓缓慢，易产产生汽蚀，常常用于直径径较小的水水管。(2) 蝴蝴蝶阀。如如图9111所示，蝴蝴蝶阀由阀阀壳和阀体体组成。阀阀壳为一短短圆筒，阀阀体形似圆圆盘，在阀阀壳内绕水水平或垂直直轴旋转。阀阀门关闭时时，阀体平平面与水流流方向垂直直；开启时时，阀体平平面与水流流方向一致致。蝴蝶阀阀的操作有有电动和液液压两种，前前者用于小小型，后者者用于大型型。这种阀阀门启闭力力小，操作作方便迅速速，体积小小，重量轻轻，造价较较低；但在在开启状态态时由于阀阀门板对水水流的扰动动，造成附附加水头损损失和阀门门内汽蚀现现象；在关关闭状态时时，止水
15、不不严密，不不能部分开开启。适用用于大直径径、水头不不很高的情情况。目前蝴蝶阀阀应用最广广，最大直直径可达88m以上，最最大水头达达200mm。蝴蝶阀阀可在动水水中关闭，但但必须用旁旁通管平压压后在静水水中开启。(3) 球球阀。球阀阀由球形外外壳、可旋旋转的圆筒筒形阀体及及其他附件件组成，如如图8-122所示。阀阀体圆筒的的轴线与水水管轴线一一致时，阀阀门处于开开启状态，若若将阀体旋旋转90o，使圆筒筒一侧的球球面封板挡挡住水流通通路，则阀阀门处于关关闭状态。球阀的优点点是在开启启状态时实实际上没有有水头损失失，止水严严密，结构构上能承受受高压；缺缺点是尺寸寸和重量大大，造价高高。适于作作高水
16、头电电站的水轮轮机前阀门门。球阀是是在动水中中关闭，但但需要用旁旁通阀平压压后在静水水中开启。图8-100 平板阀阀门图8-11 蝴蝶蝶阀图8-122 球阀阀(a) 关关闭状态 (b) 开开启状态(二)附件件(1) 伸伸缩节。露露天式压力力钢管受到到温度变化化或水温变变化的影响响时，为了了使管身能能沿轴线自自由伸缩，以以消除温度度应力，且且适应少量量的不均匀匀沉陷，常常在上镇墩墩的下游侧侧设置伸缩缩节。对伸伸缩界的基基本要求是是：能随温温度变化自自由伸缩，能能适应镇墩墩和支墩的的基础变形形而产生的的线变位和和角变位，并并留有足够够余度。伸伸缩节的型型式较多，较较常见的几几种见图88-13。在阀
17、阀门处的伸伸缩节应便便于阀门拆拆卸，并允允许产生微微小的角位位移。(a)(b) (c)(d)图9133 伸缩节节(a)套筒筒式伸缩节节 (b)压盖式限限拉伸缩节节 (c)波纹管伸伸缩节 (d)波纹纹密封套筒筒式伸缩节节(2) 通通气阀。通通气阀常布布置在阀门门之后。当当阀门紧急急关闭时，水水管中的负负压使通气气阀打开向向管内充气气，以消除除管中负压压；水管充充水时，管管中空气从从通气阀排排出，然后后再关闭阀阀门。(3) 进进人孔。为为了检修方方便，在钢钢管镇墩的的上游侧通通常设置进进人孔。进进人孔间距距一般为1150m，不不宜超过3300m。进进人孔为圆圆形或椭圆圆形，其直直径(或短短轴)一般
18、般不小于445cm。为为保证正常常运行期间间不漏水，进进人孔盖与与外接套管管之间要设设止水盘根根，如图88-14所示。(4) 旁旁通阀。旁旁通阀设在在水轮机进进水阀门处处，与闸门门处的旁通通管作用相相同，使阀阀门前后平平压后开启启，以减小小启闭力。(5) 排排水设施。在在压力水管管的最低点点应设置排排水管，在在检修水管管时用于排排出管中的的积水和渗渗漏水。严寒地区的的明钢管，应应有防止钢钢管本身及及其附件结结冰的保温温措施。图8-144 进人孔孔1-孔盖； 2-垫垫圈； 33-螺栓； 4-接接管第五节作用用在钢管上上的荷载及及其组合一、荷载计计算按荷载的作作用方向可可以将其分分为轴向力力、径向
19、力力和法向力力。各种作作用力计算算公式及作作用方向见见表8-3，但风荷载载、雪荷载载、地震荷荷载等需查查阅水工工建筑物荷荷载设计规规范。二、荷载组组合钢管结构设设计应根据据承载能力力极限状态态的要求，对对不同设计计状况下可可能同时出出现的作用用，进行相相应的作用用效应组合合，对明钢钢管要求的的组合见表表8-4。表8-3 明钢管管荷载计算算公式序号作用力方向向作 用 力力 名 称称计 算 公公 式指向受力部位上段下段管壁支墩镇墩1.1径向内水压力强强度P2.1垂直管轴钢管自重的的分力Qs2.2管内水重的的分力Qw3.1平行管轴钢管自重的的分力A1顺顺3.2关闭的阀门门及闷头上上的力A2顺或逆顺或
20、逆3.3渐缩管上的的内水压力力A3顺顺3.4伸缩节端部部的内水压压力A4顺逆3.5弯管上内水水压力的分分力A5顺逆3.6弯管上水流流离心力的的分力A6顺逆3.7温度作用温变时伸缩缩节止水填填料的摩擦擦力A7顺逆逆顺3.8温变时支座座垫板与钢钢管间或支支座上下垫垫板间的摩摩擦力A8顺逆逆顺逆顺顺逆情 况温升温降温升温降注：1“上段段”和“下段”分别指镇镇墩上游侧侧和下游侧侧管段，管管段从伸缩缩节断开。2“顺”和“逆”分别表示示发电工况况顺水流方方向和逆水水流方向，序序号3.22作用力及及顺水流抬抬高的管段段的其他作作用力指向向应具体判判断。表8-3中中各计算式式种符号的的含义为：P 内水压压力设
21、计值值； 水的重重度；H 计算截截面管轴处处内水压力力作用水头头(包括静静水压力和和水锤压力力)；qs 单位管管长钢管自自重设计值值；qw 单位管管长管内水水重设计值值；L 支墩间间距； 管轴与与水平面夹夹角；D0 钢管内内径；Dmax和Dmin 渐缩管管的最大内内径和最小小内径；DD1和D2 伸缩节节内套管的的外径和内内径；v0 机组满满负荷时钢钢管内水流流流速；gg 重力加加速度；bbp 伸缩节节止水填料料长度；p 伸缩节节止水填料料与钢管间间的摩擦系系数； 支座垫垫板与钢管管间或支座座上下垫板板间的摩擦擦系数。表8-4 明钢管管荷载组合合与计算情情况序号荷载基本荷载组组合特殊荷载组组合正
22、常运行放空特殊运行水压试验施工充水地震(一)(二)1内水压力正常蓄水位位的静水压压力正常工况最最高压力特殊工况最最高压力水压试验内内水压力2钢管结构自自重3钢管内的满满水重4钢管充水、放放水过程中中，管内部部分水重5温度变化引引起的力第六节明钢钢管的结构构分析一、钢管管管壁厚度估估算在进行钢管管设计时，需需要先设定定管壁厚度度。由于内内水压力在在管壁上产产生的环向向应力是其其主要应力力，因此常常用锅炉公公式来初拟拟管壁厚度度。取单位位长度承受受较高水头头的压力钢钢管，将其其沿水平直直径切开，由由力的平衡衡条件可以以得出管壁壁中的环向向拉应力： (88-3)以钢管结构构构件的抗抗力限值代代替，并
23、考考虑焊缝的的强度降低低，引入焊焊缝系数，整理得得： (8-4)上面二式中中： P 内水水压力；DD 钢管管直径； 管壁壁厚度； 水的的比重；HH 钢管管内的水头头。根据规范要要求，焊缝缝系数一般取为为0.90.955。考虑钢钢管运行期期间的锈蚀蚀、磨损及及钢板厚度度误差，管管壁厚度至至少比计算算值加2mmm。另外外，在实际际工程中，考考虑到制造造、运输、安安装等条件件，必须保保持一定的的刚度，因因而需要限限制管壁的的最小厚度度min。min一般般取为D/8000+4(mmm)，且且不宜小于于6 mmm。二、管身的的应力分析析前面已经指指出，明钢钢管敷设在在一系列支支墩上，为为了改善钢钢管的受
24、力力条件及保保持管壁的的外压稳定定，有时需需要在管壁壁上加设支支承环和加加劲环。钢钢管承受的的荷载分为为径向力、轴轴向力、法法向力。可可以利用叠叠加原理对对其进行应应力分析。在在管重和水水重作用下下，钢管相相当于一根根连续梁；在轴向力力作用下钢钢管可用轴轴向受压构构件计算；径向力作作用只会引引起钢管的的环向变形形。根据受受力特点，管管身的应力力分析可选选择四个基基本断面，如如图8-155所示。(11)-(11)断面在在跨中，只只有弯距作作用，且弯弯距最大,剪力为零零，无局部部应力，受受力最简单单；(2)-(2)断面位于于支承环旁旁管壁膜应应力区的边边缘，弯距距和剪力共共同作用，无无局部应力力，
25、受力比比较简单；(3)-(3)断断面是加劲劲环及其旁旁管壁，由由于加劲环环的约束，存存在局部应应力；(44)-(44)断面指指支承环及及其旁管壁壁，应力最最复杂，弯弯距和剪力力(支承反力力)共同作用用，存在局局部应力。在压力钢管的应力分析中，其坐标系规定为：轴向x、径向r、环向，如图8-16所示。(一) 跨跨中段面(1)-(1)的管管壁应力跨中段面属属于膜应力力区，其特特点是弯矩矩最大，剪剪力为零。下下面分别介介绍径向应应力、切向向(环向)应力和轴轴向应力的的计算。图8-155 明钢管管应力分析析的几个断断面图8-16 管管壁应力计计算坐标系系1径向应应力水管的内表表面承受内内水压力，所所以内
26、表面面的径向应应力等于该该处的水压压强，即，“-”表示压应应力。管壁壁外表面的的。由于径径向应力的的数值比较较小，所以以应力计算算中可以忽忽略。2切向(环向)应力设压力水管管中心处的的水头为HH，而水管管轴线与水水平面的夹夹角为，则在管管壁中任意意一点(该点半径径与管顶半半径的夹角角为，见图8-17)的水水头为。在在管壁中取取出一段微微圆弧，其其圆周长为为。沿轴线线方向取单单位长度，则则由力的平平衡(图8-188)，可以以推导出管管壁中的切切向拉力TT和切向应应力为：(8-5)(8-6)式中P 内水压压强；管壁壁计算厚度度；H 计计算水头；管轴轴线倾角；管壁壁中任意一一点半径与与管顶半径径的夹
27、角；r水管管半径。图8-177 管壁上上内水压力力的分布图图8-188 管壁微微圆弧的受受力平衡3轴向应应力跨中段面的的轴向应力力由两部分分组成，即即法向力引引起的轴向向弯曲应力力和轴向作作用力引起起的轴向应应力。(1) 法法向力作用用引起的管管壁轴向应应力。将水水重和管重重的法向分分力视为均均布荷载，则则钢管的受受力与多跨跨连续梁类类似，其变变形以弯曲曲为主，并并在管壁上上产生弯曲曲正应力与与剪应力。在在相邻两镇镇墩之间的的压力钢管管放置于支支墩之上，支支墩相当于于连续梁的的中间辊轴轴支座，最最下端的镇镇墩相当于于固定端，上上端伸缩节节处可近似似认为是自自由端。在在均布荷载载作用下，三三跨连
28、续梁梁的弯矩和和剪力见图图8-199，其他情情况用结构构力学方法法求出，或或查规范计计算。这样样管壁横断断面上任意意一点的轴轴向应力为为 (8-7)式中M水重和管管重的法向向分力作用用下连续梁梁的弯矩，钢钢管底部受受拉为正；W连续续梁(空心圆环环)的断面模模数，。图8-199 三跨连连续梁截面面内力(2) 轴轴向力引起起的轴向应应力。在轴向力合合力A作用下，管管壁中产生生的轴向应应力为，管管壁的断面面积为F，则： (8-8)“-”表示示压应力。一一般情况下下，A为压力，即即为压应力力，D为管道直直径。4剪应力力由于跨中断断面的剪力力为0，所以该该断面的=0。(二)、支支承环旁管管壁膜应力力区边
29、缘(2)-(2)断面面的管壁应应力(2)-(2)断面面虽然靠近近支承环，但但在支承环环的影响范范围之外，即即不考虑支支承环对管管壁的约束束作用。为为了安全起起见，认为为该断面的的弯矩和剪剪力与支承承环断面相相等。对于于连续梁，跨跨中断面和和支承环断断面的管道道弯矩，方方向相反，顾顾可用式(9-7)计算弯曲曲应力。此此外支承环环处存在剪剪力V，在垂直直于管道轴轴线的横断断面上剪应应力的计算算公式为： (8-9)式中V管重和水水重的法向向分力作用用下连续梁梁的剪力；SR计计算点以上上管壁环形形截面积对对重心轴的的静矩，；b受剪剪截面宽度度，；J截面面惯性矩，。图 820 支承环旁管壁应力分布和方向
30、当=0(管道顶部部)和=1800(管道底部部)时，=0；当=90(管道侧面面中点)时，达到到最大值。的分布如图图8-200，该图为为以上各应应力的综合合图。断面(2)-(2)的其其他正应力力r、和x均与断面面(1)-(1)相等等，但符号号不尽相同同。(三) 加加劲环及其其旁管壁，断断面(3)-(3)的管壁应应力1轴向应应力x3。由于加劲环环存在，管管壁在内水水压力作用用下的径向向变形受到到了限制，因因而将产生生局部应力力，变形状状态如图88-21(a)所示示。加劲环环对管壁约约束的影响响范围，每每侧为。又称等效效翼缘宽度度。由弹性性理论分析析可得 (8-10)式中钢材的泊泊松比。对于范围以以外
31、的管壁壁，认为不不受加劲环环的影响，即即不存在局局部应力。在在计算时，加加劲环有效效断面面积积F，等于其其自身净断断面F加上两侧侧各长为00.78的的管壁面积积。在内水压力力作用下，其其变形具有有轴对称特特性，因此此管壁圆周周上各处的的弯矩和剪剪力值都相相等。设想想将加劲环环与管壁切切开，根据据变形相容容条件可以以证明，在在切口处存存在着均布布的径向弯弯矩M和剪力V，如图821(b)所示示。设在内内水压力PP和管壁传传来的剪力力V作用下，加加劲环向外外径向变位位为1；加劲环环影响范围围以外的管管壁向外径径向变位为为2；如果没没有M和V的作用，全全部管壁都都将有相同同的变位2；但是在在M和V作用
32、下，钢钢管与加劲劲环连接处处的变位应应该与加劲劲环的变位位相同，等等于1。我们可可以看作MM和V作用下使使钢管在断断面(3)-(3)处发生一一个变位等等于3。根据变变形连续条条件，同同时管壁在在M和V作用下没没有角变位位(转角)。(1) 求求2。在加劲劲环影响范范围以外的的管壁变位位2，是由均均匀内水压压力产生的的。2为半径的的增加。根根据虎克定定律可得(b)图8211加劲环及及其旁管壁壁变形示意意图(a) 管管壁局部变变形；(bb) 切口口处均布的的径向弯矩矩和剪力 (8-111)式中E钢材弹性性模量。(2) 求求1。用类似似的方法可可以推导出出： (8-112)式中a加劲环宽宽度；F加加劲环净截截面积，不不包括管壁壁翼缘。(3) 求求3。根据弹弹性理论，M与V之间存在关系如下： (8-113)在M与V的的共同作用用下，该处处管壁的径径向变位减减小3 (8-114)式中k等效翼缘缘宽度的倒倒数，即：根据连续条条件，将将式(811)、(812)、(814)代入，得得 (8-115)再将代入上上式，化简简后得 (8-116)代入式(8813)得(8-177)(8-188)式中F加劲环有有效截面积积，包括管管壁的等效效翼缘。最后可得局局部弯矩MM产生的管管壁局部轴轴向应