摘 要：本文介紹了北京市南水北調(diào)配套工程的東干渠工程中壓力管道鋼岔管水壓試驗(yàn)平板封頭的理論計(jì)算及有限元分析過程，為類似低壓鋼岔管水壓試驗(yàn)封頭選用提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：鋼岔管；加強(qiáng)梁；強(qiáng)度；剛度；有限元

中圖分類號(hào)：TV743 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）30-0256-02

1 工程概述

北京市南水北調(diào)配套工程的東干渠工程，位于北京市東南部南海子郊野公園東側(cè)，即現(xiàn)狀三海子?xùn)|路以東、黃亦路以北。主要管道包括一期調(diào)節(jié)池、亦莊泵站、進(jìn)水管線、退水管、亦莊樞紐調(diào)度中心等。壓力鋼管范圍包括：DN3600進(jìn)水管管道、DN2600東干渠溢流管道、DN2400亦莊泵站出水管線、DN1200調(diào)節(jié)池溢流管線、DN1800亦莊分水管線172m、DN1200退水管線1.2km，合計(jì)工程量2600t。其中鋼岔管兩個(gè)，合計(jì)306t，該項(xiàng)目工地現(xiàn)場制造的方式。鋼岔管的水壓試驗(yàn)在工地制造廠完成。本文針對(duì)C2岔管水壓試驗(yàn)采用平板封頭的形式進(jìn)行受力分析計(jì)算和有限元分析。

C2岔管主管D=2420mm，錐管D=2420/2220，支管D=2220；管壁δ=18mm；材質(zhì)：16MnR。設(shè)計(jì)水壓試驗(yàn)參數(shù)0.9MPa。參與水壓試驗(yàn)的C2岔管體型結(jié)構(gòu)布置見圖1。平板封頭由于結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便而成為首先考慮的擋水型式。

2 封頭選型及參數(shù)設(shè)計(jì)

選用平板封頭型式。采用整鋼板下料成形，封頭下部承受內(nèi)壓，上部布置加勁結(jié)構(gòu)，整體與鋼管采用對(duì)接熔透焊縫，其焊縫要求100%超聲波探傷檢驗(yàn)BⅠ合格。封頭結(jié)構(gòu)見圖2。封頭的主要參數(shù)及材料選擇設(shè)計(jì)如下，數(shù)據(jù)以主管封頭計(jì)算為例。

封板與鋼管連接環(huán)形縫采用組合焊縫接頭，滿足連接強(qiáng)度要求。

4 封頭有限元分析

4.1 有限元建型和約束、載荷加載

采用SOLIDWORKS軟件建模，建模完成后導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行有限元分析。

鋼板材料為16MnR，其彈性模量E=2.07×1011Pa；泊松比μ=0.28；密度ρ=7.85×103kg/m3；許用應(yīng)力163MPa。

網(wǎng)格劃分采用實(shí)體殼單元類型劃分。管壁采用固定約束類型，載荷以壓力的形式加載。載荷0.9MPa，安全系數(shù)1.15。

4.2 有限元分析結(jié)果

（1）位移分析

由圖4～5可知：封板中心處相對(duì)于周邊支撐處最大位移為1.62mm，管徑為2.4m，最大撓度按照L/800控制，要求不超過3.0mm，因此，滿足剛度要求。

（2）應(yīng)力分析

由圖6～7可知：應(yīng)力最大處位于與封板加強(qiáng)梁相近的管壁上，最大應(yīng)力值約150MPa左右，封板面板最大應(yīng)力約為110MPa左右，封板加強(qiáng)梁的外側(cè)翼板最大應(yīng)力約為130MPa左右。而材料的屈服極限σs=210MPa，許用應(yīng)力163MPa，因此滿足強(qiáng)度要求。

5 結(jié) 論

最終水壓試驗(yàn)過程中，分級(jí)加載保壓，試驗(yàn)過程中所有焊縫和連接部件均進(jìn)行泄漏檢查；分級(jí)保壓過程，壓力表指針穩(wěn)定沒有發(fā)生顫動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)進(jìn)行應(yīng)力測試，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集和保存。試驗(yàn)過程平穩(wěn)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)都在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，順利完成了水壓試驗(yàn)。平板封頭因?yàn)橹圃旌啽恪⒊杀镜投粡V泛應(yīng)用在低壓岔管水壓試驗(yàn)中的封頭。

收稿日期：2018-9-19

作者簡介：陳愛國（1965-），男，湖北洪湖人，高級(jí)工程師，本科，主要從事金屬結(jié)構(gòu)制造與安裝工作。