我国压力钢管设计规范规定管壁最小厚度计算公式为t≥D/800+4(mm),且不应小于6mm,上述计算厚度,已经考虑钢管锈蚀和磨损等因素,增加了必要的厚度裕量。
按设计要求,钢管最小壁厚除考虑钢管的内水压力外,还应该考虑管壁的抗外压稳定性,其临界外压计算值与管壁厚度有直接关系。以σs=340MPa即相当于Q345的材料为例,光面管的临界外压值采用经验公式计算,在钢管半径和厚度比r 1/t=300时,临界外压计算值P cr=0.162MPa;当r 1/t=250或200时,Pcr分别为0.220MPa和0.322MPa。压力钢管埋管段的接触灌浆压力如选择0.2MPa,r 1/t值理论上应小于265。
按我国DL/T5141—2001规范规定,钢管直径φ10m,最小壁厚为18mm、其钢管半径和厚度比r 1/t=278、P cr约0.19MPa,由于设计的接触灌浆压力为0.2MPa,压力钢管存在灌浆失稳的可能性。如果压力钢管制造安装质量不良,或者因未严格控制灌浆施工质量而导致压力钢管已经变形失稳,还存在压力钢管运行失稳破坏的危险性。
对于钢管最小壁厚,美国计算公式为:t=2.5D/1000+1.27(mm);日本计算公式为t=2.5D/1000+2(mm)。直径为φ10m钢管的最小壁厚计算值分别为26.7mm和27mm,实际选取如为28mm、r 1/t=179、P cr=0.444 MPa,上述灌浆压力还可提高到0.3~0.4MPa,将进一步改善压力钢管的安装质量和运行稳定性。(www.daowen.com)
另外,在r 1/t>200时,压力钢管的刚度小,增加卷板制作的难度,而且为满足压力钢管在运输及安装时刚度的要求,还需要大幅度增加内支撑的刚度和支点密度;尤其是洞内埋管,管节运输过程中需要多次翻转,对钢管刚度的要求更高。为此,有的工程压力钢管内支撑工程量达到压力钢管工程量的10%以上。
鉴此,DL/T5141—2001《水电站压力钢管设计规范》第11.1.1条规定“管壁厚度除应满足承载能力要求外,还应根据制造、运输、安装等要求,保证必须的刚度”是正确而需要落实的。
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