水电站压力钢管设计规范中外技术标准对照研究宣讲课52

1、08/2021水电站压力钢管设计规范中外技术规范对照研讨成果宣讲 2021-11-17DL/T 5141-2001 中外技术规范对照研讨成果宣讲 1. 对照规范选取简介2. 中外规范对照研讨成果2022/8/2223. 运用规范需关注的主要问题4. 对标任务领会.1. 对照规范选取简介2022/8/223.1.对照规范选取简介2022/8/2241对标所用中国规范2001版.1.对照规范选取简介2022/8/2252对标所用外国规范 对标研讨主要涉及的外国规范有：美国土木工程师协会的2021版本日本闸门钢管协会的2007版欧洲CECT的1984版.2022/8/2263对标所用规范情况中国规范

2、DL/T5141-2001共分为13章，9篇附录。美国土木工程师协会的2021版本共分为18章。日本闸门钢管协会的共分为2章。欧洲CECT的1984共分为7章，6个附录。.2. 中外规范对照研讨成果2022/8/227.1适用范围2022/8/228 中外规范均对其适用范围做了规定： 中国规范适用于水电站发电引水钢管的设计。 美国规范主要适用于压力钢管的设计、制造、安装、实验、运转和维护等。 日本规范主要适用于水电站压力钢管的设计与施工。 欧洲CECT规范主要适用于水电站压力钢管的设计、制造和安装 。 .2构外型式2022/8/229 中外规范发电引水钢管的构外型式都包括明管和埋管 。 中国规

3、范中有坝后背管型式；美、日、欧规范没有坝后背管的型式。 中国规范中地下埋管是指隧洞钢衬，美国规范是指土中埋管或者回填管。 中国规范对回填管等没有规定；美、日规范有专门章节论述土中埋管和回填管。.3援用规范2022/8/2210 中国规范将援用的规范全部列出，给出了明确的援用法规或规范。 日本规范给出了明确的援用法规或规范。 美国规范只给出了两个最常用的规范，其它的包含在规范各章节中。 欧洲CECT规范没有给出援用的规范。.4总那么2022/8/2211中国规范是一本行业规范，其中的强迫性条文必需遵守；美国设计手册是引见压力钢管的设计程序，没有强迫性要求，是供缺乏阅历的设计者参考；欧洲CECT主

4、要引见压力钢管的计算、设计和施工，没有强迫性要求，是供业主在压力钢管招标和评标时参考。日本规范主要强调钢管设计应思索平安、经济和技术等要素。.5术语、符号2022/8/2212中国规范DL/T 5141对规范中的术语及其定义、符号及其含义均给出了明确定义和规定。美、日、欧洲规范没查到相关汇总的定义和规定，而分述在各章节中。.6普通管段布置2022/8/2213 1中、美、日、欧规范对压力钢管布置要求根本是一致的，压力钢管的布置应根据地质条件、线路、构外型式、引水方式、施工等条件确定。 2中国规范规定明管、坝内埋管、坝后背管以及水轮机前不设进水阀的地下埋管必需在管道首端设快速闸门和必要的检修闸门

5、；水轮机前设进水阀的地下埋管，必需设检修闸门。 美国规范规定对于输水系统必需在取水建筑物设事故闸门。 可以看出：中美规范对压力钢管设置首部闸门的要求根本一致，仅对地下埋管设置闸门的规定略有区别。 .6普通管段布置2022/8/2214 3对于弯管的转弯半径： 中国规范规定为23倍管径； 美国规范规定必需等于或大于1 倍的管径，但不用大于3 倍管径，当转弯半径小于2.5倍管径时必需复核钢管应力； 日本规范规定为3倍管径以上。 4对于异型管： 中国规范规定进口渐变段长度不宜短于1倍管径；美国规范中规定方变圆渐变段长度为1.52倍管径。中美规范规定根本一致。 .6普通管段布置2022/8/2215

6、5中、美、日规范对镇墩的布置要求根本一致，相应的都规定了伸缩节的设置条件。 中国规范建议将伸缩节设置在镇墩的下游侧；美、日规范没有详细规定，但规范中限制伸缩节至镇墩的间隔，美国规范更加明确提出了两者的最大间距不能超越500英尺约150m。 中国规范中规定直管段长度超越150m，可以在其间设镇墩和伸缩节，直管段纵坡很缓且不超越200m，可不设中间镇墩，但要在管段中部设置伸缩节；日本规范中规定直管段较长时，应思索在中间设镇墩，镇墩的最大间距可取为120m150m。 .6普通管段布置2022/8/2216 6中、美、日规范对支座型式的划分根本一致。 中国规范将支座的型式分为：鞍形滑动支座、平面滑动支

7、座、滚动支座、摇摆支座。 美、日规范对支座型式的划分完全一致，先将支座方式分为鞍形支座和环形支座，然后又将环形支座分为：滑动支座、滚动支座及摇摆支座。.6普通管段布置2022/8/2217 7中、美、日、欧规范均规定压力钢管应布置排水措施，以防止外水压力过大，以免呵斥压力钢管的外压失稳。并做好灌浆，提高围岩的完好性。 中国和美国规范还规定应布置观测设备。 8中国规范对于坝内埋管和坝后背管这两种钢管型式，均思索压力钢管及外部混凝土结合承当内水荷载的作用。 而在美、日、欧规范中未查到相关资料，对于这两种型式的钢管均不思索混凝土的作用，压力钢管单独承当内水荷载。.7资料2022/8/22181钢材

8、a) 中、美、日规范均给出了钢管用钢板应符合的技术规范。 中国规范详细地列出了钢管主要受力构件及明管支座可供选用的钢种；美国规范那么给出了钢管各部分适用的钢材技术规范；欧洲规范没有找到钢材技术规范及钢种的详细规定。 b) 中、美、日、欧规范均规定应对钢管主要受力构件所用钢材进展化学成分分析和相关力学性能拉伸和弯曲等实验，以保证其到达相应技术要求，只是各国规定的除此之外的额外实验工程略有不同。 c) 中、美、日规范均以表格方式给出了钢管用钢材的各项强度目的，欧洲规范那么是以查图并辅以公式计算的方法来求得钢材强度目的。 同时，中、美、日规范均根据不同的钢材种类和厚度，分别列出了钢材的各项强度目的。

9、 .7资料2022/8/22192止水、垫层、混凝土和钢筋资料 中国规范给出了伸缩节止水、法兰及人孔止水和钢管外包垫层常用的资料称号，并给出了钢管外包垫层资料的特性要求。 美、日、欧规范均末找到相应详细规定。 .8水力计算2022/8/2220 1中国规范明确列出了压力钢管水力计算的内容及成果；美、日、欧规范未查到相关规定。 2日本规范关于水锤压力升高值最小值规定与中国规范一致，都不应小于正常蓄水位钢管静水压力的10%。 美国及欧洲规范未查到相关规定。 3中国规范对最高及最低压力线的计算工况给出了详细的阐明； 美国规范并未对此进展表述； 日本和欧洲规范那么对最高压力线的计算做出了规定，但未提及

10、最低压力线的计算。 .9根本设计规定2022/8/2221 1中国规范采用以概率实际为根底的极限形状设计法，以可靠目的量度钢管构造构件的可靠度，按分项系数表达式进展设计； 美国规范和日本规范采用允许应力法； 欧洲规范那么采用平安系数法。 2中国、美国和日本规范都规定了相应的焊缝系数。 .9根本设计规定2022/8/2222 3中国、美国、日本和欧洲规范都列出了钢管能够接受的荷载。 中国规范规定按承载才干极限形状设计时设计情况系数不同，并有相应的作用分项系数；按正常运用极限形状设计时设计情况系数及各种作用的分项系数那么均取1.0。 美国和日本规范没有设计情况系数规定，各荷载系数均取1.0。 4中

11、国规范规定当对钢管构造构件进展吊装验算时，应思索钢管自重作用的动力系数； 美国、日本和欧洲规范没有相关规定。 .9根本设计规定2022/8/2223 5中国规范列出了各种管型按承载才干极限形状设计的详细作用效应组合与计算情况，例如明管规定了6种计算工况6种荷载组合，地下埋管规定了4种工况4种荷载组合等。 美国规范规定钢管运用情况有6种，荷载组合共21种； 日本规范那么只计算管内满水时、管内充水时和管内放空时三种工况； 欧洲规范列表阐明了各种管型需思索的计算工况和荷载情况。 6中国、日本和欧洲规范均采用第四强度实际剪切变形能量实际计算等效应力。 美国ASCE规范采用最大剪应力实际。 7抗外压稳定

12、平安系数的取值，中国规范取1.82.0；美国规范和日本规范取1.52.4；欧洲CECT规范那么没有详细规定。 .10普通管段构造计算2022/8/22241明管 a中国和日本规范均给出了明管的管壁、镇墩、支墩上的作用力；美国规范给出了镇墩设计中作用在镇墩上的作用力。 b中国规范列举了应力分析的不同方法，并提出对于钢管管壁，两支座间跨中部分纵向按延续梁计算，在支承环、加劲环附近应计算部分应力。 美国和日本规范是从环向应力、纵向应力等详细应力种类方面阐明了构造的应力，并列举出应力计算公式。 c对于支承环的受力，中国规范采用弹性力学和构造力学方法即可由管壁应力计算求得支撑环的内力； 美国规范提出，支

13、承环应力分析中应将支承环与压力钢管相交处的环向应力与纵向应力进展组合，从而得到最大支承环应力。.10普通管段构造计算2022/8/22251明管 d对于管壁抗外压分析，中国规范给出了管壁抗外压稳定分析和加劲环抗外压强度及稳定分析； 日本规范给出了无加劲环和有加劲环两种情况下的抗外压稳定计算公式； 欧洲规范给出明管临界外压计算公式，并思索了加劲环的稳定性。 e对于镇墩、支墩的要求，中国、美国、日本规范均指出，镇墩、支墩宜设置在稳定的岩基上，以满足承载力和稳定要求。 中国规范提出，对于一些稳定欠佳的岩基，应思索地基不均匀沉降、抗倾覆验算等； 美国规范提出，镇墩、支墩处根底的挪动是不允许的，对于不好

14、的地质资料，要求有补救措施； 日本规范提出，对于不能满足要求的岩基，应采取必要的措施对地基根底进展处置，采用桩基，或对根底进展灌浆处置； 欧洲规范指出，业主可根据厂家明确的作用在支墩和支座上的力，来判别地基承载力能否可以满足要求。.10普通管段构造计算2022/8/22261明管 f对于钢管振动方面，中国规范建议明管进展振动分析以防止共振； 美国规范提出经过对压力钢管进展三维有限元的静、动力分析来确定钢管振动频率，从而防止发生共振； 日本规范提出应求出钢管的固有频率，防止该频率在水压变动频率附近。 .10普通管段构造计算2022/8/22272地下埋管 a对于地下埋管抗外压分析，中国规范提出光

15、面管抗外压稳定分析常用的公式有伏汉公式E.W.Vaughan、包罗特公式H.Borot、阿姆斯图兹公式E.Amstutz和孟泰尔公式R.Montel。加劲环式埋管的管壁临界外压采用明管的米赛斯公式R.Von Mises。 美国规范，在地下埋管抗外压分析中，常用的有阿姆斯图兹公式E.Amstutz和雅可比森公式Jacobsen。 日本规范，在地下埋管抗外压分析中，对没有加劲肋的钢管，普通按阿姆斯图兹公式E. Amstutz公式计算；有加劲肋时，普通用铁木辛柯公式S.Timoshenko ；加劲肋的临界外压普通采用阿姆斯图兹公式E.Amstutz。.10普通管段构造计算2022/8/22282地下

16、埋管 b对于地下埋管围岩的工程地质条件，中国规范提出，地下埋管应查明围岩的工程地质条件，且对于重要工程，围岩的Er、Er0、K0、泊松比r等地质参数宜由野外实验确定； 美国规范提出，每次地质勘察中，要搜集场地的背景资料和特殊资料，且资料必需满足按可以接受的可信度程度对土的性能进展预测的要求。 c对于地下埋管接受的地下水压力值，中国规范提出，该值由多种要素确定； 日本规范指出，地下水浸透压力可取预定地下水位引起的外压，当钢管周围设置了排水设备那么可降低设计压力。 .10普通管段构造计算2022/8/22293坝内埋管 中国规范对坝内埋管构造分析作了详细的规定； 而美国、日本和欧洲规范均没有相关规

17、定。4坝后背管 中国规范对坝后背管构造分析作了详细的规定； 而美国、日本和欧洲规范均没有相关规定。 .11岔管布置、构造分析2022/8/22301布置 a中国、美国、日本、欧洲规范均要求岔管布置应合理，不应产生较大的应力集中和变形。过水时，水流平顺，防止或减少涡流和振动，以减小水头损失。制造费用经济合理。 b中国规范对于岔管轴线和底部高程有一定的布置要求；日本、美国规范对此没有明确的规定。 c中国规范要求在岔管底部最好设置排水管；日本、美国规范对此没有明确的规定。 d对于岔管的分类，中国、美国、日本规范根本一致。.11岔管布置、构造分析2022/8/22312构造分析 a对于作用在岔管上的力

18、，中国规范提出，对于未埋设在镇墩内部的岔管应思索温度荷载，并与支管段一同进展构造分析。 美国规范规定当温度荷载较为显著时温度应力大于根本允许应力的10%，还需求计算其他附属构件的温度应力。 日本规范仅对管内充水工况思索温度荷载。 b中国规范规定岩石埋深足够时，经论证后构造分析计算中可计入部分岩体抗力； 美国规范对此未明确指出。 对于外包混凝土衬砌的作用，中国规范将混凝土衬砌与岔管构造当做一个整体，可进展结合受力分析。而日本规范将混凝土当做约束进展分析。 .11岔管布置、构造分析2022/8/22322构造分析 c中国、日本规范对于岔管壁厚都有相应的计算公式，所采用的力学实际也根本一致，但所罗列

19、的可计算的岔管类别范围不同，中国规范所覆盖的范围较日本规范大。美国规范那么表达较为笼统，主要采用有限元法计算。 d对于抗外压稳定，中国规范规定采用与明管抗外压稳定一样的方法进展估算。未查到日本、美国规范明确规定。 .12构造要求2022/8/22331普通要求 a管壁最小厚度要求：中、美、日规范均给出了思索钢控制造、运输和安装要素的管壁最小厚度，欧洲规范对此未作详细规定。 b对于钢板厚度变化处焊接接口坡度，中、美规范规定一致，均为1:3的坡度，欧洲规范规定为1:4； 中国规范给出了环向及纵向焊缝设置间距的详细要求，日本及欧洲规范对纵向焊缝规定了不允许在同不断线上，且不应交叉，中国规范规定更为详

20、细。 c关于钢管焊接焊缝，中国规范给出了按重要性分类的焊缝类别，美国、欧洲规范那么给出了不同焊缝方式的焊接款式。 .12构造要求2022/8/22341普通要求 d中国及欧洲规范给出了管口圆度偏向允许值，美国规范按端管节和管身分类，分别给出了管口圆度、周长和直线度等的容差，较中、欧规范更为详细；日本规范那么规定了钢管的周长允许误差。 e中国规范规定了消除应力处置的适用范围，美、日、欧规范均未对此作出规定。 f钢管的防腐措施，中国规范仅表述了钢管防腐应思索的要素，并未对详细防腐措施进展描画；美、日、欧规范均详细给出了钢管防腐应遵照的体系、采取的措施及详细实施环境。 .12构造要求2022/8/2

21、2352明管 中国规范对镇墩的混凝土强度和钢筋配置构造要求等有明确规定； 中、美、日规范对于伸缩节的方式及长度影响要素一致，美国及日本规范都明确给出了伸缩节长度计算公式； 钢管进人孔的大小，中、美、日规范规定根本一致，中、日规范还给出了进人孔设置间距建议值。 .12构造要求2022/8/22363地下埋管 中国规范规定了地下埋管回填、固结和接触灌浆的压力，且规定了钢管管壁与围岩之间的径向净空尺寸的下限值； 中、美规范对于灌浆孔的封堵、加劲环及阻水环的设置原那么根本一致。 .12构造要求2022/8/22374坝内埋管 中国规范对坝内埋管的安装、回填管周围混凝土的温控措施提出了要求，钢管在跨越坝

22、体纵缝时应使纵缝与管轴垂直，对与混凝土衔接的钢管始端提出了必需设置阻水环的构造要求。 美、日、欧规范均未对坝内埋管做描画。.12构造要求2022/8/22385坝后背管 中国规范主要规定了坝后背管外包混凝土的强度、钢筋布置构造要求，明确了钢管纵缝与环向钢筋接头之间应满足的要求。 美、日、欧规范均为对坝后背管做描画。.12构造要求2022/8/22396岔管 中国规范对岔管为满足水流流态要求而需设置的导流板等相关构造做出了规定，且大型岔管管壁厚度级差不宜大于4mm； 美、日、欧规范对岔管相关的计算有描画，但并未明确岔管在体型上应满足的构造要求。.13模型实验、水压实验2022/8/22401模型

23、实验 中国规范对钢管构造模型实验作了详细规定； 而美、日、欧规范均无类似规定。 .13模型实验、水压实验2022/8/22412水压实验 a中、美、日规范对水压实验均无强迫要求，中国规范要求对部分特殊、新型构造和构件进展水压实验； 美、日规范倾向于用无损探伤来替代水压实验；欧洲规范对能否必需进展水压实验无相应规定。 b中国、美国和日本规范均规定水压实验可在工厂或者现场进展，中国规范还建议岔管宜在工厂做单体水压实验。欧洲规范只对工厂水压实验作了规定。 c中、美、日规范均对水压实验压力取值和稳压时间提出了要求，但压力大小和时间长短略有差别；欧洲规范没有水压实验压力和稳压时间的详细规定。.13模型实

24、验、水压实验2022/8/22422水压实验 d中、美、日规范都指出需求思索到水压实验能够和实践运转形状不一样的情况，需求留意闷头的影响。欧洲规范无类似规定。 e中、美规范对现场水压实验的充水程序作了详细规定。日、欧规范无相应要求。 f中、美规范规定水压实验管段需求安装通气阀。日、欧规范无相应要求。 g中、美规范对水压实验过程的监测和控制造了详细规定；日、欧规范无类似规定。 .14原型观测、运转检查2022/8/2243 1原型观测 仅中国规范明确规定了应进展钢管原型观测的情况及相应的观测工程； 美、日、欧规范均未有此项规定。 .14原型观测、运转检查2022/8/2244 2运转检查 a中国规范明确指出设计单位应向电站提交运转管理运用阐明书，并应在阐明书中明确规定应进展运转检查的工程及其要求； 美、日、欧规范均未有此类规定。 b中、美、日规范均明确给出了钢管需求运转检查的工程及检查频率。 钢管运转检查的诸多工程中，中、美、日规范均共同关注的有：钢管振动、通气阀、钢管内部和外部情况、焊缝以及镇墩和支墩稳定情况等。