埋藏式月牙肋岔管内压分担比研究

采用三维有限元模拟了岔管、回填混凝土与围岩的联合承载体,分析了回填混凝土的塑性性质、岔管与回填混凝土之间的缝隙及围岩力学性能等重要因素对联合承载体的影响。结果表明:考虑回填混凝土的塑性性质后,围岩分担率下降;缝隙宽度超过一定值后,回填混凝土与围岩对岔管约束急剧下降,围岩分担率接近0;围岩力学性能越好,围岩分担率越高;考虑联合承载后,水压试验时岔管可能不足以承担1.25倍的设计压力,应根据岔管钢材允许应力研究水压试验值。研究成果为钢岔管与围岩共同分担内水压力的埋藏式月牙肋岔管的设计提供了参考。     

卡洛特水电站埋藏式压力钢管联合受力研究

考虑钢管与围岩联合承载,采用有限元对钢管、回填混凝土与围岩组成的联合承载体进行了非线性的计算分析,将有限元计算结果与规范计算结果进行了对比,比较了内水压力、围岩与钢管缝隙等因素对钢管受力特性及围岩分担率的影响。研究表明:不同的内水压力下,围岩分担率不同,一般随内水压力的增加而减小。缝隙影响围岩的分担率,缝隙越小,围岩分担的内水压力就越大;当缝隙超过一定值时,钢管接近明管的受力状态。回填混凝土采用弹塑性断裂本构模型的实体单元模拟能较好地反映材料的力学性能,宜采用该方法对埋藏式压力钢管进行受力分析与工程设计。     

地下埋藏式钢岔管结构三维有限元分析

目前对于地下埋藏式钢岔管结构设计还没有一个指导性准则，对于其工作运行状态研究也不够，因此对地下埋藏式钢岔管结构进行数值分析是一个非常重要又亟待研究的课题。为此，根据钢衬、混凝土衬砌与围岩的联合承载特点，对水电站地下钢岔管结构采用三维有限元方法进行了分析计算。得出的成果可为埋藏式钢岔管的设计提供一定的参考。     

地下埋藏式钢岔管承载机理研究

水电站地下埋藏式钢岔管承载能力是工程设计中非常重要的一个内容，但目前对于钢岔管与围岩联合承载的机理还缺乏系统深入的研究。本文结合某抽水蓄能电站的工程实际，按照钢衬与围岩联合承载的原理，用三维非线性有限元对埋藏式钢岔管进行了计算分析。计算结果表明：在钢衬与围岩共同承受内水压力时，围岩发挥了重要作用，围岩的性能越好，所分担的内水压力就越大，因此在埋深足够的情况下，应充分利用围岩进行分载，以减小钢衬厚度，从而节约工程投资。     

地下埋藏式钢岔管三维有限元分析

结合某抽水蓄能电站的地下埋藏式钢衬钢筋混凝土岔管工程实例，采用Marc有限元软件，对钢岔管与围岩联合承载进行数值模拟。通过三维有限元线性和非线性计算，考虑了初始地应力、开挖支护引起的二次应力，以及钢衬与混凝土垫层间的初始缝隙对钢岔管受力和变形的影响，分析了岔洞开挖、支护及充水运行等工况下，钢衬、混凝土衬砌、围岩的应力和变形，得出了一些对工程有意义的结论。     

按联合受力设计的埋藏式钢岔管有限元分析方法

本文提出一种考虑有缝隙存在的联合受力埋藏式钢岔管有限元分析方法，假定回填混凝土在内水压力作用不只起传递荷载作用，围岩简化为在若干有限元结点上施加纯压缩弹性抗力的模型，通过多次迭代求解可获得收敛的结果。本文结合工程实例给出计算成果，说明围岩对岔管的应力影响十分显著。     

月牙肋钢岔管与围岩联合作用下的应力分析

本文用有限单元法对受内水压作用的月牙肋钢岔管(明管和埋管状态)进行整体应力分析。 为研究围岩和混凝土对岔管应力的影响,应力分析的重点放在既考虑围岩弹性抗力,又考虑岔管和回填混凝土之间存在缝隙的埋藏式岔管上。 埋管计算按文中提出的分级加载和一次加载2种方法进行。围岩和混凝土按文克勒地基处理。2种方法计算结果:应力分布规律一致;最大主应力相差约10％。对几种不同围岩还用一次加载法进行了计算。 本文对今后进一步研究埋藏式月牙肋岔管提供了有意义的依据。     

埋藏式月牙肋岔管结构特性研究

某抽水蓄能电站采用埋藏式月牙肋岔管,岔管HD值3 500m2,且围岩条件较差.采用作者自行开发的月牙肋岔管体形设计程序(CrbpCAD)和商用ANSYS软件,考虑岔管与围岩联合承载,采用三维有限元方法讨论了岔管布置形式、分岔角、围岩单位弹性抗力系数、缝隙值、主管直径等因素对岔管结构设计的影响.研究认为,对称布置、较大的分岔角、减小管径对岔管结构有利,围岩条件越好、缝隙值越小对围岩与岔管联合承载越有利,然而分岔角增大、管径减小会增大能量损失,应通过经济技术比较确定合适的分岔角和管径.     

基于不同围岩特性的月牙肋钢岔管联合承载研究

月牙肋岔管和围岩的联合承载比例与结构的受力有密切关系,围岩弹性抗力系数K是影响其联合承载的重要因素。为研究与围岩联合承载状态下岔管的复杂应力分布规律,以某抽水蓄能电站为例,建立三维月牙肋钢岔管数值仿真模型,考虑定常间隙值的影响,研究不同K值对钢衬应力、围岩应力、接触滑移状态及联合承载比的影响。结果表明:岔管钢衬与围岩存在一定间隙的情况下,合理的围岩弹性抗力系数对于改善管壳应力分布和变形有着良好的作用,选择0.5 N/mm~3作为钢岔管的临界围岩弹性抗力系数,既可充分利用钢岔管的材料强度,又能发挥围岩联合承载能力。     

缅甸DAPEIN(Ⅰ)水电站岔管优化设计

根据缅甸DAPEIN(I)水电站压力管道段工程布置及地质条件,选择埋藏式钢岔管和钢筋混凝土岔管两种岔管类型,分别建立三维有限元数值模型,从岔管位置的确定、岔管的体型设计、应力应变等方面进行分析。结果表明:钢岔管围岩属Ⅳ类,相对较差、管壳及管壁应力较大,焊接工艺复杂、施工制作困难、造价较高;钢筋混凝土岔管围岩属Ⅱ-Ⅲ类,采用对称"Y"型结构,岔口附近应力集中,双层配筋,并对围岩进行固结灌浆及回填灌浆等措施。     

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。     

埋入式压力引水钢管静动力响应分析

选取西南地区某Ⅰ等大（1）型水利工程碾压混凝土重力坝埋入式压力引水钢管作为研究对象，在常规静力分析的基础上，通过振型分解反应谱法分析坝体内埋入式压力引水钢管在场地谱设计地震作用下的动力响应情况。计算结果表明：常规静力作用下引水钢管的位移及应力均较小，压力引水钢管能够保证良好的工作性状，但在地震作用下，坝体进水口、阀室顶部和压力引水钢管转弯及岔管接头处均存在较为明显的应力集中现象，最不利静动荷载叠加时这些区域附近的混凝土材料将有小范围超过其抗拉强度，需在这些区域开展针对性的加强措施，以保障工程安全运行。     

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。     

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。     

基于场应变的充填体与围岩组合模型循环加卸载试验研究

为模拟研究充填采场围岩破裂演变机理,设计了充填体与围岩组合模型,采用RLW-3000微机控制剪切蠕变试验机对不同种类岩石模型试样进行了不同侧压力条件下的循环加卸载试验;通过VIC-3D非接触全场应变系统同步监测模型试样损伤破坏过程,基于试验过程中应变场的演变,对组合模型破裂机理进行了分析。研究表明:充填体能够增强围岩的完整性及强度;组合模型的破裂经历了一个扩容的过程;不同侧压下循环加卸载应力-应变曲线形成多塑性滞回环,岩性越软滞回现象越显著;应变场在低循环荷载时近似均匀场,高荷载时在加载非均匀场与卸载均匀场之间变换,渐呈应变局部化特征;张拉应变区首先出现在强度比较低的充填体区域,并随荷载增大逐渐向两侧的围岩移动,充填体与围岩变形具有时空非同步性与破坏形式差异;不同种类围岩破坏形式不同,强度较低的呈剪切破坏,强度较高的则为拉伸破坏。结果表明场应变演变可较好地表征充填采场围岩破裂过程。     

湿喷钢纤维混凝土在公伯峡水电站导流洞工程中的应用

针对公伯峡水电站导流洞恶劣的地质条件，开挖过程中采用了湿喷钢纤维混凝土技术，用湿喷钢纤维混凝土与锚筋桩联合受力回固墙，用钢纤维混凝土拱圈支撑代替现浇钢筋混凝土，钢纤维喷混凝土强度高，韧性好，适应变形能力强，有良好的抗渗性，耐久性，能充分发挥围岩的自承能力，而且施工速度快，回弹率小，适应岩面起伏能力强，施工安全，质量好，经济上也较合理，随着理论研究和实践的不断深入，钢纤维混凝土会得到更加广泛的应用。     

浅埋高压钢筋混凝土岔管安全性分析

浅埋高压钢筋混凝土岔管结构一般受力复杂,其安全与否不仅仅是衬砌结构强度满足要求,还要考虑到施工和运营过程中围岩的稳定;最小覆盖层厚度;渗透失稳及水力劈裂等多项安全性能。利用三维非线性有限元数值分析方法,对某浅埋高压混凝土岔管进行了非线性仿真模拟,得到了各施工步衬砌结构、围岩及支护的情况。对衬砌裂缝及多项安全性进行了分析,结果表明:采用边开挖、边喷锚,衬砌一次成形的施工工序基本合理。结构在运行阶段,岔裆处将出现裂缝,最小覆盖层厚度满足要求,不会发生渗透失稳,但在岔裆处将发生一定规模的水力劈裂。     

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。