SL281-2003 水电站压力钢管设计规范

sistance of buckling

钢管承受外压时维持稳定的最高

为提高抗外压稳定，或为加强钢管制作、安装时的刚度，而 在管外侧设置的环状结构，

2. 1. 22 止推环 thrust colla

体检标准2.1.23管壁等效翼缘宽度equivalent flange width

2. 1. 24软垫层

在钢管外壁与混凝土之间设置的低变形模量材料。

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为适应较大位移，在两节钢管之间设聋

2. 1. 26 正水填料 packing materia

2. 1. 27焊缝系数

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考虑管壁焊接质量、成型误差和热影响，而在计算中采用 大于1.0的允许应力折减系数，

2. I. 29 壁厚裕量 additional thickness

考虑钢管锈蚀、磨损等而在计算厚度之外另行增的管壁

为检验设计、材料、制造、安装等方面质量，消除部分残余 应力，钝化缺陷，保障钢管安全运行，而按规定进行的充水加压 试验，

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3.1.1管道线路应符合枢纽总体布置要求，并考虑地形、地质、 水力学、施工及运行等条件，经技术经济比较后确定。 3.1.2管道条数应根据机组台数、管线长短、地形和地质条件、 机组安装的分期、制作安装和运输条件、电站运行式及其在电 力系统中的地位等因素，经技术经济比较后确定，

3.1.1管道线路应符合枢纽总体布聋要求，并考虑地形、地质、

3.1.5明管、坝内埋管以及水轮机前不设进水阀的地下埋管，在

管道首端须设置快速闸阀和必要的检修设施。地下理管，若自取 水口至钢管道前的引水道较长，或钢管内压较大，而埋深不大应 在首端设事故闻阀，钢管宜设过流保护装置。快速闸阀或事故闸 阀必须有远方（中央控制室）和就地操作装置，操作装置必须有 可靠电源，

3.1.6紧擎快速闸阀和事故闻阀下游必须设置通气孔（#

水阀出水水流不得封堵通气孔口。通气孔上端应设在启闭室 孔口高于该处可能发生的最高水位，孔口通到坝顶时应 设施。

积比应根据布置、结构、进水口流态、水头损失及启闭机规模等 因素，综合比较后确定。

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包.1明管线路应避开可能产生滑坡或崩的地段。个别管段 能避开山洪、坠石等影响时，可作成漏内明管、地下埋管或 混凝土的钢管

3.2.2为避免钢管发生意外事故危及电站设备租人员的安全，应

3.2.4明管宜做成分段式。分段式明管转弯处宜设置镇墩，其间 钢管用支墩支承，两镇墩间设置伸缩节。神缩节宜设在镇墩下 游侧。

3.2.5当直线管段超过150m时，宜在其间加设镇墩。若管道纵

2.5当直线管段超过150m时，宜在其间加设镇墩。若管道 致缓且长度不超过200m，也可以不加镇墩，而将伸缩节布置 段的中部。

钢管穿过子厂房工游墙处，宜设软垫层，

式和地基条件等因素确定。在两相邻镇墩之间，支墩宜等间距布 置；设有伸缔节的一跨，间距宜缩短。

3.2.7支座型式可按管径等因素选择鞍型滑动支座，平面滑动支

3.2.7支座型式可按管径等因素选择鞍型滑动支座、平面滑动支 座、滚动支座、摇摆支座等型式， 若地基可能产生不均匀沉陷，·应采取相应工程结构措施

3.3.1地下理线路应选择地形、地质条件相对优良的地段，且 尽可能避开成洞条件差、活动断层、滑坡、地下水位高和水量 很大的地段。 2 洞非型试(平洞剑共坚共)及坡既应根据布置两或

3.3.1地下埋管线路应选择地形、地质条件相对优良的地段：且

3.3.2洞井型式（平洞、斜并、竖并）及坡度，应根据

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工程地质条件和施工因素等选用。长度和高差过大的斜井和竖井， 呼布置中间平段。 管道埋深宜适中，覆盖岩层厚度要求可按附录B.1.3计算。

3.3.4对于埋置较深的钢管必须研究地下水位与管道的关系。外

3.3.5地下埋管的起始位置应根据内水压力和地质条件，并结合

3.3.5地下理管的起始位置应根据内水压力和地质条件，并结合 工程布置的具体情况确定，

3，4.1坝内理管的平面位置宜位于坝段中央，其布置应考虑钢管

3，4.1坝内理埋管的平面位置宜位于坝段中央，其布置应考虑钢管 对坝体稳定和应力的影响及施工的干扰。 3.4.2坝内埋管在穿越厂坝分缝处应考虑厂坝间不均勾变形等 因素的影响，并来取适当技术措施。

3.5钢衬钢筋混凝土管

3.5.1钢衬钢筋混凝土管适用子布罩在坝居式电站混凝土坝下 游面的管道及引水式电站沿地面布置的管道等。 3.5.2混凝土坝下游面钢衬钢筋混凝土管的平面位置宜位于坝 段的中央，对于拱坝宜沿径向布置。 3.5.3钢衬钢筋混凝土管在下游坝面的位置，应经技术经济论证 确定，可采用如下形我： 1斜直管段紧贴于下游项面，管道外包混凝土的底面与下游 项面一致。 2坝下游面预留管槽，管道可部分或全部布置于坝面以内

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4.1.1钢管（钢衬）所用钢材的性能及技术要求必须符合 行有关标推的规定。

Q545低香金高独度结构钢、35、45优顶碳系结构钢以及ZG70~

1.3用作主要受力构件的钢材，除应符合相应标准的各项要

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4. 2防腐蚀、止水、垫层、钢筋和混凝土材料

4.2.1所有防腐蚀、止水、垫层、钢筋和混凝土材料应符合国家

4.2.1所有防腐蚀、止水、垫层、钢筋和混凝土材料应符 现行的有关标推。

4.2.2防腐蚀材料应根据应用条件、腐蚀介质、结构尺寸

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5.0.1水力计算应包括水头损失计算和水锤计算，计算应符合下 列规定： 1水头损失计算 压力管道和附属设备的水买损失，主要进行以下部分计算 1）摩擦引1起的沿程水头损失； 2）进水口段、渐缩段、渐扩段、弯管、岔管以及阀门等引 起的局部水头损失。 2水锤汗算 水锤计算应与机组转速变化计算配合进行，提供计算成果 如下： 1）正常工沉最高压力线： 2）特殊工记最高压力线： 3）最低压力线。 5.0.2水锤计算工况应根据电站在电力系统的运行情况确定。初 步计算可按下列工况进行： 1正常工况最离压力计算 1）钢管水锤：相应于水库正常蓄水位，由钢管供水的全部 机组突然同时丢弃负。 2）调压室或压力前池最高涌浪：相应于水库正常蓄水位 经由调压室或压力前池供水的全部机组突然同时丢弃 满负荷。 3）钢管水锤与调压室或压力前池涌浪如有重登可能时应 计及相遏效应。 4）经论证分析认为电站运行时不可能同时丢弃全部负荷 时，可按丢弃部分负荷计算。 5）钢管未端压力升高值取值不应小于正常蓄水位静水压

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力的10%。 2 特殊工况最高压力计算 情况同上，但水库水位为最高发电水位

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1）钢智水锤：相应于水库可能出现的最低发电水位，由钢 管供水的全部机组除台外都在满发，未带负荷的一台 机组由空转增荷至满发。 2）如系统有特殊运行要求，可根据具体情况确定增荷 幅度。 对抽水蓄能电站的管道，应结合引水道、调压室和机组特 进行发电，拥水两种运行工况计算在不同负荷变化条件下 值，并应附加一定余裕值

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1按弹性工作状态计算所得应力，不应大于表6.1.1 L。

表6.1.1钢管允许应力

注：1.若钢材屈强比s/大于0.7，应以二0.7办计算允许应力。 2．地下埋管和坝内埋管的管壁和加劲环承受外压力的允许压应力，应按明管 来用。 3.使用新钢种时，应视其机械性能的可靠程度，豹情降低允许应力。 4.铸钢件利主厂房内的明管应按表6.1.1的允许应力降低20%，弯管降低 10%，岔管的充许应力见表7.2.2。 5.地下埋管满足埋深要求（可按附录B.1.3计算）者，才能按表6.1.1第一行 地下理管用充许应力；若埋深不足，可接附录B.1.3处理。 6.坝内埋管膜应力区特殊荷载组合允许应力0.9c。仅适用于按明管校核情况 其他情况都用0.80*，参见本规范6.4.2。 7钢衬钢筋混凝土管中钮衬按钢材的风服点取值，见附录D，

注：1.若钢材屈强比s/外大于0.7，应以二0.7办计算充许应力。 2.地下埋管和坝内埋管的管壁和加劲环承受外压力的允许压应力，应按明管 来用。 3.使用新钢种时，应视其机械性能的可靠程度，豹情降低允许应力。 4.铸钢件利主厂房内的明管应按表6.1.1的允许应力降低20%，弯管降低 10%，岔管的充许应力见表7.2.2。 5.地下埋管满足埋深要求（可按附录B.1.3计算）者，才能按表6.1.1第一行 地下理管用充许应力；若埋深不足，可接附录B.1.3处理。 6.坝内埋管膜应力区特殊荷载组合允许应力0.9g适用于按明管校核情况 其他情况都用0.80*，参见本规范6.4.2。 店

6.1.3各计算点应力应满足以下强度条件：

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注：1.可根据工程情况选用上表中的探方法1或方法2。重要工程钢管的一类焊 缝，用超声波探伤检验时，应使用射线探伤复验，复验长度为该条焊缝长度 的5%；二类焊缝则只在超声波探伤检验有可疑波形，不能准确判断时，才 用射线探伤复验。 2.焊缝分类见本规范8.1.6。 3.高强钢系指6s≥430MPa且b=570MPa的钢材。

6.1.5明管、地下埋管和坝内埋管抗外压强度校

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.1明管结构分析的荷载及计算工况，按表6.2.1确定。

6.2.1明管结构分析的荷载及计算工况，按表 6

患 6. 2. 1明管结构分析的计算工况与荷载组合

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录A。 6.2.3支承环的支承型式，应结合整个管道工程的技术经济条件 选择。可采用侧支承或下支承型式（见附录A中图A.2.1）。支承 环应力分析计算见附录A。

6.2.3支承环的支承型式，应结合整个管道工程的技术经济条件

6. 2. 4 管壁抗外压稳定临界压力计算见附录

加劲环抗外压稳定临界压力和应力分析计算.见附录A.4。 6.2.5镇墩、支墩地基应坚实、稳定，宜设置在岩基上。地基应 力最大值不得超过地基的允许承载力。墩体体形尺寸应有利于基 础应力均匀分布。连续式明管，其镇墩设让时必须计及温度荷载 和轴向荷载对钢管内力的影响，明管镇墩应校核水压试验状态下 的强度和稳定性，

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镇墩、支墩若置于土基、半岩基上，除应满足承载力及稳定 等要求外，还应研究基础沉陷对钢内力的影啊。 6.2.6宜计算钢管的固有频率，使之避开机组等的振动频率，并 对运行提出建议

6.3.1地下埋管结构分析中应由钢管、混凝土衬砌、围岩共同承 受内水压力，并考虑三者之间存在缝隙。结构分析及覆盖岩层厚 度要求可按附录B.1执行。 混凝土衬砌承受山岩压力及传递围岩抗力，结构分析方法可 接照《水工隧洞设计规范》（SD134）执行。承受国岩压力情况与 专递内压情况，可分别计算，不予登加。 地下埋管的外水压力、钢管与混凝土间的接缝灌浆压力、未 疑固混凝土压力及管道放空时产生的负压，应全部由钢管（或智 内设临时支撑）承担。稳定分析可按附录B.2执行。 6.3.2地下埋管结构分析的荷载和计算工况，按表6.3.2确定，

表6.3.2地下埋管结构分析的计算工况与荷载组合

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地下埋管通常不要求做水压试验。如做水压试验，该 列入特殊荷载组合。

6.3.3地下埋管应利用围岩的承载能力。其承载能力应在

地质条件作充分的研究后确定。对复杂地质条件和重要工 采用有限元法进行分析

6.3.4邻近厂房上游钢管未端以及与施工支洞相交的钢智

与钢筋混凝土衬砌段相连的钢管，设计时应分析研究钢筋混 凝土衬砌开裂而增加地下水压力的可能性。

6. 4. 1坝内埋管结构分析应符合下列规定,

全部外压应由钢管承受，钢管稳定分析可按附录C.2热行。

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4. 2坝内埋管结构分析的计其工况

6.4.3坝体渗流水压力可假定沿管轴线直线分布，钢管上游端为 αH，坝下游面处为零。H为上游正常蕾水位时钢管上游的静水 头；α为折减系数，可根据采用的防渗、排水、灌浆等措施取1.0 ~0.5。最小外压不应小于0.2N/mm

6.5钢树钢筋混凝土管

6.5.1钢衬钢筋混凝土管作用荷载及其组合应根据其布置型式 按6.2.1或6.4.2执行。 6.5.2钢衬钢筋混凝土管钢衬和环向钢筋的设计可按附录D进 行。通常环向钢筋的计算面积宜大于钢衬的计算面积。 6.5.3钢衬钢筋混凝土管应按联合承载结构设计，由钢衬与外包 钢筋混凝土共同承受内水压力。在正常工况最高压力作用下，总 安全系数K应不小于2.0；在特殊工况最高压力作用下，总安全 系数K应不小子1.6。经专门论证，总安全系数可的减，但减小值 不应超过10%

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6.5.4钢衬钢筋混凝土管进行强度设计时，可不计及钢衬与管道 混凝土简由于混凝王·干缩、温度等因素引起的缝隙的影响。 6.5.5布置在混凝土坝下游面的钢衬钢筋混凝土管道，在上、下 游水压力、管道内水压力和坝体自重等荷载作用下，大坝及下游 坝面管道作为整体结构，可采用有限元法计算或试验方法分析管 道轴向应力及管、坝结合面的正应力和剪应力，并根据管、坝结 合面上的正应力和剪应力在管、坝间设置键槽、锚筋等。管道轴 向力应由钢衬和钢筋混凝王共同承担

6.5.6管道上弯段应配置锚固钢筋，其数量按上弯段承受

衡水压力、水流离心力等计算确定

6.5.8管道混凝土在施工期应采取温控措施。温控措施可按温度

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7.1.1岔管布置应结合地形地质条件，与王管线路布直、水电站 厂房布置协调一致，布置方案应作技术经济比较，并符合下列 原则： 1结构合理，安全可靠，不产生较大的应力集中和变形。 2水流平顺，水头损失小，藏少涡流和振动。分岔后流速宜 逐步加快。对于重要工程的岔管宜作水力学模型试验。 3制作、运输、安装方便。 4经济合理。 7.1.2岔管形式的选择应进行技术经济比较，影响因素包括制作 和土建费用、水头损失，内水压力的大小岔管尺寸和受力条件、 布置形式、工程经验等。

7. 1. 4 岔管布置有以下形式

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阀门标准水利工程网wwW.SHUIGONG.COM

7.1.5岔管最低部位宜布置排水管。高水头岔管顶部凸出处宜有 置排气管。

7.2.1岔管结构分析的荷载和计算工况应符合表7.2.1的 规定。 7.2.2岔管允许应力的选择应符合下列规定：

轻工业标准7.2.1岔管结构分析的荷载和计算工况应符合表7.2 规定。

7.2.2岔管允许应力的选择应符合下列规定：

1明岔管（包括完全露天的明岔管和埋在露天镇墩中的岔 管），允许应力值按表7.2.2采用