河床式水电站混凝土蜗壳抗裂和限裂研究

结合某河床式水电站工程实际,对混凝土蜗壳结构进行了三维非线性有限元分析,探讨了钢纤维混凝土、环氧砂浆等材料在蜗壳抗裂和限裂方面的作用。研究表明:混凝土蜗壳虽承受水头不高,但孔口尺寸较大,在蜗壳顶板、底板与边墙相交处、机墩等部位易发生开裂;对规模较大的混凝土蜗壳,采用高强混凝土或钢纤维混凝土可减轻混凝土损伤,但抗裂效果并不显著,且带来水化热较大、施工工艺复杂等问题,可根据实际情况选择强度较低的混凝土,限制结构裂缝宽度在允许范围内,并做好防渗措施;在蜗壳混凝土内表面设钢衬或环氧砂浆涂层均是有效的防渗措施,亦可承担部分荷载,有助于控制裂缝宽度,但环氧砂浆存在老化、脱落等问题,耐久性低于钢衬。     

单向受拉状态下钢纤维混凝土的二次峰值强度

不同于普通混凝土在单向受拉实验中的仅有唯一峰值强度,在大量钢纤维混凝土拉伸实验的应力应变曲线中均出现了两次峰值强度现象。本文采用黏结滑移模型考虑纤维在混凝土开裂面上的桥接作用,确定了钢纤维轴向应力与裂缝宽度之间的关系。钢纤维混凝土开裂后,将基体的软化模量与纤维增强作用的切线模量之和,作为判断第二峰值的依据。该值始终为非负时,钢纤维混凝土的应力-应变曲线具有唯一峰值强度;否则,应力-应变曲线中将具有二次峰值强度,并提出了钢纤维混凝土峰值强度的三种可能情况。建立了有限元模型以模拟钢纤维混凝土的拉伸试验,进一步研究了钢纤维掺量、长径比对混凝土开裂后力学性能的影响。并提出了钢纤维混凝土的抗拉强度的计算公式,可以有效地预测钢纤维混凝土的抗拉强度。     

钢筋钢纤维混凝土梁弯矩-裂缝宽度计算方法

为了建立能够预测钢筋钢纤维混凝土梁受力过程中裂缝宽度的力学模型,首先考虑裂缝有效宽度和纤维有效拔出角度确定钢纤维混凝土拉应力-裂缝宽度本构关系,引入断裂力学概念建立了钢纤维混凝土梁截面弯矩-裂缝宽度的计算方法,在其基础上考虑钢筋作用提出一种分析钢筋钢纤维混凝土梁截面弯矩-裂缝宽度的计算方法,它可以模拟梁受弯破坏过程。采用本文方法、CECS 38—2004和RILEM TC 162-TDF中的最大裂缝宽度计算公式对收集到的12根钢筋钢纤维混凝土梁在正常使用条件下的裂缝宽度进行验算,结果表明：CECS 38—2004和RILEM TC 162-TDF的计算结果偏于保守且离散性较大,本文方法能够有效预测梁受力全过程裂缝宽度,计算精度高且变异系数小,为钢纤维混凝土结构裂缝控制提供理论依据。     

西龙池抽水蓄能电站蜗壳结构非线性有限元分析

本文利用ANSYS结构分析程序,对西龙池抽水蓄能电站充水保压蜗壳结构进行三维非线性有限元分析,研究外围混凝土中裂缝开展、分布情况以及结构的应力状态。结果表明,正常运行工况除上、下碟边部位混凝土因应力集中会开裂外,其他部位仍处于弹性工作状态;随着水压荷载的增加,裂缝首先出现在蜗壳与进水钢管相接断面的内层混凝土中,然后向周围扩展,在水压荷载最大的甩负荷工况,靠近钢蜗壳外表面40cm范围内的混凝土普遍开裂,个别部位的裂缝长度达到1m左右。计算结果还表明,直段钢管外围混凝土是结构的薄弱部位,在最大水压荷载下会出现水平方向的贯通裂缝,设计时应予以足够重视。     

坝下游面钢衬钢筋混凝土管道结构研究综述

坝下游面钢衬钢筋混凝土管道（简称“坝下游面管”）是目前坝后式电站引水管道的主要布置形式,其安全性和可靠性直接关系到水电站的安全生产和正常运营。本文首先对坝下游面管的优缺点和发展过程进行了简要回顾与分析,然后从坝下游面管国内外典型工程实例的应用和存在的问题出发,对坝下游面管的理论分析、模型试验、数值计算等主要研究方法,以及管道在内水压力、温度作用和地震作用下的承载机理和开裂特性的研究进展进行了归纳和总结,重点讨论了管道混凝土裂缝宽度的计算方法和控制措施,在此基础上提出了需要进一步研究的问题和发展方向,可为今后坝下游面管的深入研究和创新提供思路。     

坝内垫层钢管的结构分析和试验研究

随着水电事业的发展需要,大直径高水头且外包混凝土较薄的压力管道日益增多,但现行的设计理论和方法一般偏于安全,如何改进坝内钢管的强度设计是当前设计施工当中迫切需要研究的课题。 在钢管与外包混凝土之间敷设一层垫层材料的坝内钢管称为垫层钢管,这是近年来在国内发展起来的新型结构。这种管道结构的最大特点是:钢衬承受了绝大部分的内水压力,充分发挥了钢材高强度的优势,减少了内水压力外传,改善了外包混凝土的应力分布,使钢衬、钢筋和外包混凝土的传力体系趋于正常,从而提高了整个钢管道的承载能力和安全度。 本文根据壳单元有限元分析和仿真材料模型试验,研究了这种管道在内水压力作用下的应力状态、传力体系、承载能力和破坏机理。所得结论可以用作这种管道强度设计的依据。     

混凝土坝下游面钢衬钢筋混凝土压力管道的强度和变形

混凝土坝下游面钢衬钢筋混凝土压力管道是近年来在国内外发展起来的新型结构。本文根据理论分析和仿真材料模型试验,研究了这种管道在内水压和轴向压力作用下的承载能力、变形和破坏规律。所得结论可以作为这种管道强度设计的依据。     

抽水蓄能电站压力管道的外压失稳问题研究

文中对普通钢衬钢筋混凝土管道与夹膜式钢衬钢筋混凝土管道在内压、外压作用下的承载能力进行了对比计算分析。结果表明：夹膜钢筋混凝土管道与普通的钢衬钢筋混凝土管道在内压作用下的屈服荷载相同时，采用夹膜式钢筋混凝土管道抵抗外压的能力大大增强，具有明显的经济效益     

直埋蜗壳钢衬厚度减薄研究

本文对不同厚度钢衬下的直埋蜗壳结构进行了三维非线性有限元分析。结果表明:钢衬厚度减薄后,钢树自身等效应力、外围混凝土的拉应力及开裂范围并没有明显增大,即使在甩负荷工况下,减薄后的钢衬最大等效应力仍然远小于其屈服强度,其最大应力只有屈服强度的五分之一,钢衬的承载潜力并没有发挥出来,钢衬厚度可以适当减薄。此外,还对直埋蜗壳结构进行了超载分析,得到了外围混凝土裂纹的产生和发展过程。     

设置在镇墩混凝土内的高压钢岔管结构研究

本文针对某引水式水电站设置在镇墩混凝土内的高压岔管,建立三维数值模型.采用有限单元法分析研究钢岔管外初始缝隙、镇墩混凝土开裂状态、以及基础围岩地质参数对岔管结构应力和变形的影响.计算结果表明:对于设置在镇墩混凝土内的钢岔管,按明管设计可使结构更加安全,但镇墩混凝土内应布置足够的钢筋.以保证镇墩混凝土的完整性;初始缝隙、镇墩混凝土开裂状态以及基础围岩变形模量对钢岔管应力状态具有显著的影响.建议考虑镇墩混凝土与钢岔管联合承载,按钢衬钢筋混凝土管道的设计方法进行设计,以达到减小钢岔管管壁厚度、简化施工工艺和节约工程投资的目的.     

坝下游面钢衬钢筋混凝土管道结构优化布置

本文从管道截面形状、钢材用量和钢筋布置、钢衬外包混凝土厚度,管道与坝体相对位置及接缝处理四个方面,论述坝下游面钢衬钢筋混凝土管道结构设计的优化方法和原则.结合某水电站工程的实际,从优选的角度对该工程坝下游面钢衬钢筋混凝土管道的布置进行对比分析,表明从减小管线长度、节省工程投资的角度出发,建议采用半埋,外包1.5m厚混凝土的结构布置形式.     

钢筋钢纤维混凝土牛腿正截面承载力试验研究

根据钢筋钢纤维混凝土牛腿受弯试件的试验结果，讨论了钢纤维体积率对牛腿裂缝宽度、挠度以及正截面受弯承载力等的影响，建立了钢筋钢纤维混凝土牛腿正截面受弯承载力的计算模型，给出了与钢筋混凝土牛腿计算公式相衔接的钢筋钢纤维混凝土牛腿正截面受弯承载力计算公式。     

下游坝面浅槽式压力管道施工仿真研究

本文以三峡水电站下游坝面浅槽式钢衬钢筋混凝土压力管道为研究对象，通过混凝土施工仿真计算的方法，重点研究了管道与坝体的相互作用。管道施工期温度场与应力场、管道在充水受荷前的初始温度与应力状态以及管道施工方案的优化等四个问题。结果表明，后浇筑管道与大坝接缝面会出现较大的拉应力，同时会使大坝迎水面竖向压力不断减小；管道在施工期将出现环向及轴向拉应力，尤以斜直段表现最为明显；管道在充水受荷前存在不可忽视的初始状态，不同部位的初始温度与应力状态不同，在设计时应分别参考使用，根据温度场与应力场的计算结果，提出了一种较优的施工计划，以使管道在施工期以及受荷前处于较佳的初始状态。     

钢筋钢纤维增强部分混凝土梁斜截面抗裂计算方法

通过钢筋钢纤维增强部分混凝土梁的试验研究 ,建立了反映钢纤维混凝土层厚影响的斜截面抗裂剪力的计算模型 ,提出了与普通钢筋混凝土梁和钢筋钢纤维混凝土梁相衔接的斜截面抗裂剪力的计算公式     

压力隧洞衬砌计算方法

本文介绍一种压力隧洞的衬砌计算方法,并利用该方法对某水电站压力斜井进行了计算分析。该方法根据工程区域实测地应力资料回归拟合初始应力场,在此基础上模拟隧洞开挖、衬砌及衬砌与围岩间的初始缝隙,考虑在内水压力作用下衬砌与围岩联合作用,计算衬砌裂缝的分布,裂缝开展宽度及相应的配筋率等。     

配置碳纤维格栅的大保护层钢筋混凝土梁的裂缝试验研究

为了解决水工结构中大保护层钢筋混凝土构件裂缝宽度较大、耐久性差的问题,提出了在保护层中配置纤维格栅,以降低裂缝宽度和改善其裂缝性能。共制作了12根大保护层钢筋混凝土梁进行四点弯曲试验,其中3根梁未配置碳纤维格栅、另外9根梁配有碳纤维格栅。试验研究了保护层厚度、纤维格栅尺寸、纤维格栅层数等参数对梁开裂过程中裂缝数量、裂缝间距和裂缝宽度的影响,然后在现有规范关于裂缝宽度计算理论的基础上,推导出配置纤维格栅的大保护层钢筋混凝土梁的裂缝宽度计算公式。试验结果表明,配置纤维格栅对限制大保护层钢筋混凝土梁的裂缝扩展具有良好效果,且随着纤维格栅网格尺寸的减小、层数的增加,梁的开裂荷载提高,且最大裂缝宽度和平均裂缝间距显著降低。提出的配置纤维格栅的大保护层钢筋混凝土梁的最大裂缝宽度验算公式的计算值与试验值吻合较好,为纤维格栅的应用提供设计依据。     

水电站垫层压力钢管内压传递系数的综述与新解

垫层的力学性质对水电站压力钢管和外围混凝土承担的内水压力分配具有重要影响。首先回顾了垫层压力钢管内水压力传递系数解析解的研究概况,然后指出当前的工作缺陷如没有考虑垫层的材料非线性和残余应变,及钢管、垫层和混凝土之间存在的间隙。随后,给出了考虑均匀间隙及垫层残余应变的内压传递系数新解析解,并通过算例进行了验证。主要结论是:通过引入有效压缩模量和有效厚度,定义了垫层的有效刚度系数,认为若垫层的有效压缩模量与有效厚度之比即有效刚度不变,则传给混凝土的内水压力不变。本文为垫层材料及几何参数的选择提供了依据。