坝后背管结构力学弹性中心法的应用

简要介绍了坝后背管结构力学弹性中心法，并利用结构力学弹性中心法对国内外已建坝后背管工程和地面外包混凝土钢管工程进行结构分析和配筋优化。分析发现，坝后背管外包混凝土的外圈钢筋应力大于内圈钢筋应力和钢管应力，外包混凝土厚度设计基本合理，但在钢筋布置上值得进一步优化。结构力学弹性中心法计算结果可靠，方法简便。     

龙开口电站钢衬钢筋混凝土坝后背管非线性分析

龙开口水电站采取钢衬钢筋混凝土坝后背管的结构形式。应用非线性有限元理论,分析得到了该坝后背管结构的承载规律,研究了钢衬和外包钢筋混凝土的应力、位移分布规律,以及钢衬的承载比例。分析结果表明,随着内水压力增加,钢管承载比例系数经历了减小、增加、再减小的过程;在设计水头作用下,坝后背管结构安全系数满足设计要求。钢衬钢筋混凝土坝后背管是一种经济、安全、合理的结构形式,应用前景广阔。     

坝后背管结构的受力性态与破坏特征研究

了比较准确研究坝后背管结构的破坏特征与内水压力、钢管直径及钢筋混凝土环的厚度等的关系,搜集了国内20座已建大坝坝后背管结构的相关资料,根据有限元方法采用大型ANSYS软件对不同内水压力p、不同钢管直径D及不同混凝土环厚度T的坝后背管结构的受力性态和破坏特征进行了研究.根据研究成果,提出了此种结构应据裂缝宽度极限状态建立其设计计算方法的建议.     

坝后背管结构有限元分析探讨

以李家峡坝后背管为依托,借助具有强大结构分析功能的有限元软件ANSYS分析坝后背管结构应力状态。经分析单元尺度对坝后背管混凝土、钢筋的应力影响小于对钢管的影响;坝体与背管混凝土接缝面的力学效应对背管混凝土、钢筋、钢衬的应力影响很小;计算所得的应力大小规律与类似工程模型试验所得的应力分布规律完全一致,其计算值与规范中用弹性中心法所得的应力值基本接近。     

凯乐塔水电站坝后背管设计

针对凯乐塔水电站引水发电压力钢管采用坝后背管形式,介绍了该工程压力管道布置形式、背管结构设计、钢管过缝措施等,突出了坝后背管的优点,也指出了坝后背管施工复杂、管腰混凝土易开裂等问题,故在工程设计中要根据工程的具体条件,选择合适的管道布置形式。     

设置软垫层坝后背管接触非线性有限元分析

 以三峡水电站坝后背管为例,借助有限元软件ANSYS建立了坝后背管设置软垫层与内衬钢管面摩擦接触有限元模型,考虑接触非线性和混凝土开裂非线性,分析计算了设软垫层坝后背管、钢筋的受力性态及混凝土的开裂情况,结果表明：垫层能有效减小钢管向外围混凝土传递的内水压力,提高钢管的承载比,改善外围混凝土的应力状态。对设置软垫层的提出了优化建议。     

应用ADINA8.2进行坝后背管非线性有限元分析探讨

混凝土材料模型、接触分析、生死单元和有限元建模技术是应用有限元方法解决坝后背管结构分析问题的关键因素,本文就这四方面问题在ADINA8.2中的具体应用作详细分析。为了解决裂后背管—坝—地基体系抗震性能评价这一难题,提出了新的研究思路。     

预应力钢衬钢筋混凝土坝后背管非线性分析

以龙开口水电站为例,提出了预应力钢衬钢筋混凝土坝后背管结构的设计方案,并采用非线性有限元理论对背管结构进行了极限承载力分析。研究了坝后背管结构的应力分布规律,并将预应力钢衬钢筋混凝土坝后背管与普通钢衬钢筋混凝土坝后背管进行对比分析。研究成果表明：预应力钢衬钢筋混凝土坝后背管结构具有节省投资、避免开裂、耐久性好等优点,是一种值得广泛应用和推广的压力管道结构形式。     

钢衬钢筋混凝土埋管结构设计与原观资料分析

天生桥一级水电站高压引水管后段地下埋管，进即入厂房前50m段，采用钢衬钢筋混凝土结构。原结构设计采用混凝土坝后背管计算模型，视混凝土衬圈径向开裂，不计围岩作用。通过4号引入道投入运行两年来的原型观测资料与结构计算的分析对比，认为原设计在结构上偏于安全，在上覆岩体小于3D的情况下，围岩实际上可以承担相当部分内水压力，认为结构计算采用坝内埋管的计算模型更为合适。     

坝后背管外包混凝土厚度研究

采用平面非线性有限元法对某水电站下游面钢衬钢筋混凝土压力管道进行了分析，计算中考虑混凝土开裂和地震作用的影响。研究了5种外包混凝土厚度0.5、0.8、1.2、1.5和2.0m的坝后背管在内水压力和地震作用下的承载规律，分析了外包混凝土厚度对管道的动、静力承载性能的影响。结果表明，设计内水压力作用下，外包混凝土厚度较小时，管坝接缝面附近的局部坝体开裂，并使管道钢材应力提高，但其材料强度和变形仍能满足规范要求。地震作用分析表明，外包混凝土越厚，坝后背管结构的基频值越高；但厚度越大，管道钢材动应力值也越大，说明采用较小的外包混凝土厚度有利于减小钢材的动应力。因此，在满足施工要求和安全的前提下，建议在坝后背管设计中采用厚度较薄的外包混凝土。     

加纳布维水电站压力钢管设计

加纳布维水电站由中国电建总承包,设计和施工分别由西北勘测设计研究院和水电八局承担。其引水钢管采用坝后明钢管,是中国工程设计人员设计的首例大直径的坝后式明钢管。相对坝后背管,坝后明钢管有便于施工及造价低的优势。文章主要总结、介绍了加纳布维水电站压力钢管的设计,旨在对中国钢管的设计有所借鉴。     

重力坝坝身管道布置形式对其抗震性能的影响

为研究重力坝坝身管道布置形式对管道抗震性能的影响,对浅埋式背管、联合承载坝内埋管和设垫层坝内埋管3种布置形式分别建立了管道与大坝整体三维有限元模型,采用时程分析法进行地震响应分析。研究表明:3种布置下钢管的动应力均较小,管道布置形式对其影响不大;管道混凝土腰部和顶部的动应力均较大,属于结构抗震薄弱环节;当管道部分露于坝体之外时,管道上弯段和斜直段动应力较大,特别是上弯段是抗震最不利之处;将管道全部埋入坝体能有效减小上述管段应力,抗震优势明显,钢管外是否设垫层影响很小。     

坝后背管结构优化设计

坝后背管是一种钢筋混凝土和钢管联合受力结构,在保证压力管道承载力和结构耐久性的前提下,存在着外包钢筋用量和钢管用量分担比率的优化问题。文章利用ANSYS强大的有限元计算功能和自动优化功能,对黄河积石峡水电站压力管道进行优化分析。     

几内亚苏阿皮蒂水电站坝坡明管设计研究

苏阿皮蒂水电站主坝为碾压混凝土重力坝,最大坝高120 m,发电厂房为坝后式地面厂房。电站压力钢管采用坝坡明钢管,单管单机布置。为了解该钢管在内水压力、温度荷载及地震作用下的应力变形规律,对大坝、管道及厂房建立三维模型,利用有限单元法进行计算分析,重点研究了静、动力工况下管道位移、支座滑动、伸缩节变形及压力钢管应力分布规律。结合该工程实际,利用有限元方法对坝坡明钢管进行了计算校核,以期对我国坝坡明管的设计提供参考。     

考虑摩擦接触特性的钢衬钢筋混凝土管道承载机理研究

采用库伦摩擦接触模型模拟钢衬与外包钢筋混凝土间摩擦接触特征,建立了李家峡水电站坝下游面钢衬钢筋混凝土管道结构模型,系统研究了内水压力作用下外包混凝土起裂荷载、裂缝扩展、管道变形、钢衬与钢筋应力分布特征等承载性能规律。结果表明:考虑钢衬与外包混凝土间的摩擦接触机制时,混凝土裂缝扩展规律与模型试验吻合更好,钢衬应力更为均匀,混凝土裂缝宽度普遍在0.3~0.4 mm,明显大于不考虑摩擦接触特性结果;随着钢衬与外包混凝土间摩擦系数的增加,管顶附近的变形不均匀程度逐渐增加,钢衬应力不均匀程度增加,不利于发挥钢衬的承载性能,但同时上半周裂缝处的钢筋应力峰值明显减小,应变不均匀程度减小,说明摩擦系数的增加有利于裂缝控制。     

坝后背管渐变段钢衬的有限元分析

以某水电站进水口渐变段为研究对象,对其进行结构应力分析。通过计算,给出钢衬与坝体间的连接应力及分布状态,提出加强措施保证钢衬与坝体混凝土的联结强度,以防止进水口钢衬与混凝土剥离而使钢衬发生屈曲变形,从而为进水口渐变段钢衬结构的设计提供了理论依据。