何晓萌 孙其臣 孙向东 丁佳峰

在水工输水工程中，钢岔管是输水系统的重要组成部分，由于在管道分岔处，支管将圆柱主管剖切开，使得膜应力为主的柱壳结构转化为存在显著局部应力的复杂受力系统，需设置厚重肋梁联合壳体结构承载[1]。因此，岔管系统及镇墩应力配筋计算与结构安全评估一直是工程中非常重要的研究课题。

1 工程实例简介

某水电站工程压力钢管随压力变化分段设计，按07MnMoVR钢材选取；弹性模量E钢=2.06×105MPa，泊松比μ钢=0.3。镇墩混凝土标号：C25，容重γ混凝土=24 kN/m3，弹性模量 E混凝土=2.8×104MPa，泊松比 μ混凝土=0.167。采用ANSYS三维计算模型假定铅垂向上为z方向，水流方向为x方向。岔管与镇墩整体系统计算模型及岔管系统单元图如图1所示。岔管设计有2种工况：正常运行工况和水压试验工况。两种工况下内水压力及钢材允许应力见表1。

图1 岔管计算单元图

表1 两种工况下内水压力及钢材允许应力

2 1#、2#岔管应力计算结果

按明岔管分别计算正常工况和水压试验工况，1#、2#岔管段的最大Mises应力见表2。计算结果均满足07MnMoVR钢允许应力。考虑到钢材的锈蚀，在计算时钢材厚度相应地减去2 mm。

表2 1#、2#岔管段最大Mises应力

3 岔管系统及镇墩应力、配筋计算结果

本次计算只对正常运行工况进行计算，压力钢管内水压力2.805 MPa。钢管和镇墩钢筋混凝土按线弹性考虑，镇墩钢筋混凝土与钢管之间的初始环向缝隙按荷载分解的方法来解决，即总内水压力为p，其中部分内水压力pr1只作用在压力钢管上，以弥合混凝土与钢管之间的缝隙，剩余部分内水压力pr2=p-pr1继续作用在压力钢管上，由钢管、混凝土及钢筋共同承担。……