《表3 岔管管壳及加强梁应力、位移计算结果》

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《基于Solidworks的三岔形岔管有限元分析及优化设计》

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注:表中应力、位移均值分别指有限元分析中所有节点的应力、位移算术平均值。

Al～D3方案下岔管的管壳及加强梁应力、位移有限元计算结果见表3。由表3可看出:（1）模型的最大应力值偏高，但均小于材料的屈服应力，且最大应力值均位于模型边界处，如管壳与拉杆、梁的交界处，此处属于二次应力[8]，是由于管壳和拉杆、梁的刚度相差较大，为满足相邻部件的变形协调要求所产生的应力，具有自限性和局限性，它不会导致结构发生破坏。因此应力均值更具有参考意义，本文应力均值均小于允许应力。（2）A1、A2、A3方案比较。随着U梁内伸宽度的增加，管壳和加强梁的位移和应力均在减小，其中A1、A3方案主管、U梁的应力均值降低率分别为0.18%、43.68%，可见增加梁的内伸宽度主要作用是降低梁本身的应力值，而对管壳应力值的影响很小。这是由三岔形岔管本身受力特点所致，在一定的内水压力作用下，左、右支管对U梁的合力作用点往往位于岔管内部，U梁采用内伸的形式可使其形心接近该合力作用点，使U梁偏心受拉的情况得到改善，进而降低U梁本身应力值。鉴于三种方案的应力均值均较低，为取得良好的水流条件，降低长距离输水系统的水头损失，优选A1方案。（3）A1、B2、B3方案比较。随着梁高度的增加，管壳和加强梁的位移和应力均在减小，其中A1、B3方案主管、腰梁的应力均值降低率分别为0.13%、26.29%，可见增加梁的高度主要作用是降低梁本身的应力值，而对管壳应力值的影响很小。B3方案的管壳最大位移值大于5mm，已超过岔管和外包混凝土之间的弹性垫层厚度，此时混凝土受拉，不符合本文明岔管设计的原则（下同），所以优选B2方案。（4）B2、C2、C3方案比较。随着梁厚度的增加，管壳和加强梁的位移和应力均在减小，其中B2、C3方案主管、U梁的应力均值降低率分别为0.37%、12.08%，可见增加梁的厚度主要作用是降低梁本身的应力值，而对管壳应力值的影响很小。C2、C3方案的管壳最大位移大于5 mm，所以优选B2方案。（5）B2、D2、D3方案比较。随着管壳厚度的增加，管壳和加强梁的位移和应力均在减小，其中D2、D3方案主管、U梁的应力均值降低率分别为12.3%、2.48%，可见增加管壳的厚度主要作用是降低管壳本身的应力值，而对梁应力值的影响很小。D2方案的管壳最大位移大于5mm，所以优选B2方案。