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。     

断层蠕滑变形和地震作用下过活断层明钢管受力特性研究

随着大型引调水工程的设计建设，输水管线穿越活动断层的情况日益增多，地面明钢管是输水管线穿越断层较优的结构形式。结合某工程实际，采用有限元方法对过断层地面明钢管在断层蠕滑变形和地震作用下的受力特性展开了研究，探讨了结构布置方案的可行性及存在的问题。研究结果表明：地面明钢管在穿越活动断层的管段中，滑动支座的设置以及在明钢管间设置合理数量的波纹管伸缩节可很好地适应断层的蠕滑变形，其中波纹管伸缩节可吸收大部分断层的蠕滑变形；钢管结构管轴向变形受地震作用以及断层蠕滑变形的影响较大，尤其是两端都为伸缩节的管段，容易产生较大的轴向位移，需要采用固定支座对轴向位移加以限制，但固定支座的支承环易产生弯曲变形，设计中要加以重视。     

深埋有压隧洞平行四边形管片衬砌结构受力特性研究

水荷载是深埋有压隧洞的主要荷载,内水压力或外水压力直接作用在衬砌管片上,管片衬砌的受力特性对于工程安全稳定运行具有重要意义。平行四边形管片作为一种新型管片,在错缝拼装方式下应用具有较大优势,但尚未对其结构受力特性进行研究。依托某市供水隧洞工程实际,建立新型平行四边形管片衬砌的三维有限元数值模型,研究其在运行期和检修期的受力特性。结果表明,运行期内水压力作用下,衬砌各管片单独受力,管片间变形与拉应力不连续,以环向螺栓连接,各接缝开度呈现靠近衬砌内侧小、外侧大的特点;检修期外水压力作用下,衬砌管片受力整体性较好,管片间环向变形与压应力连续,环向螺栓压应力偏小,各接缝压力靠近衬砌内侧较大、外侧较小。同时,根据衬砌与豆砾石间摩擦系数讨论结果可看出,运行期衬砌朝外变形,管片与豆砾石间呈压紧趋势,其受力变形受摩擦系数的影响较为敏感,检修期管片与豆砾石间呈分离趋势,管片受力特征基本不受摩擦系数的影响。     

日照温差下明钢管变位特性分析

为了探究日照温差下明钢管变位特性,基于某水电站典型管段明钢管,运用ANSYS软件,建立三维有限元模型,研究了检修时在日照两侧温差下明钢管的偏移及受力,进一步分析了在此偏移不能恢复时充水运行后的管段位移、受力情况。结果表明:在不均匀温差引起的管段变形的基础上充水运行,管段更显著地向低温侧偏移,管段弯曲加剧,运行水头越高则管段受不均匀温差影响越大;限位挡板缝隙越大,则支座、限位挡板受力越小,但是限位挡板对管段的约束作用越弱;管段变位以及支座、限位挡板受力较大的部位均出现在靠近伸缩节的支墩处,可以考虑在此处缩小支墩间距以加强管段约束、缓解结构受力;为防止不均匀温差下管段从支座上脱落,有必要适当增大限位挡板尺寸。     

河床式水电站副厂房GIS室隔振研究

结合某河床式水电站实际工程,采用有限单元法,对尾水管内水流脉动压力作用下阻尼弹簧隔振装置对副厂房GIS室的振动影响进行了研究。结果表明：GIS室楼板由隔振弹簧支承于梁柱上后,对副厂房整体结构的振动特性影响很小,GIS室楼板与其支承结构的振动特性差异明显;当隔振系统自振频率在3.5~4.5Hz时,隔振措施能兼顾隔离低频和高频脉动压力的振动影响,特别是能有效减小因高频脉动压力引起的高振动速度和加速度,对结构振动控制十分有利。     

埋藏式压力钢管加劲环抗外压稳定分析方法探讨

本文对国内外常用的埋藏式压力钢管加劲环抗外压稳定的计算方法进行了比较研究。结果表明:采用规范DL/T 5141—2001中(B16)式的设计结果偏于保守;而规范DL/T 5141—2001附录中(30)式是对Svoisky方法的错误表达,可能得出偏大甚至错误的加劲环临界外压值;Jacobsen方法不仅克服了Amstutz方法适应范围的局限,而且克服了Svoisky方法未考虑等效翼缘以外管壁上外压力的不足,经过比较最终建议采用Jacobsen方法,并为求解Jacobsen公式提供了一种有效的计算思路。     

不同边界条件对钢岔管水压试验应力变形的影响

结合某抽水蓄能电站月牙肋钢岔管的工程实际情况,采用有限元方法对比分析了工程中水压试验通常使用的边界条件简化方法与同时考虑钢岔管结构自重、水重及实际支撑的仿真方法,研究了结构自重、水重、支座及摩擦系数等因素对岔管应力分布及变形的影响。结果表明,简化方法与仿真方法计算所得的钢岔管应力及变形十分接近,用这两种方法分析水压试验中的岔管应力分布及预估埋藏式钢岔管水压试验压力值均是可行的,该计算结果为现场水压试验提供了很好的参考。     

水电站垫层蜗壳座环传力机理研究

本文结合国内两个典型的巨型水电站,基于单元结点力的方法对坝后式水电站伸缩节过缝和垫层管过缝条件下蜗壳座环的受力特性展开了研究,探讨了对座环受力较优的垫层平面铺设范围。研究结果表明,两类过缝措施条件下,座环承受最小不平衡力的垫层平面铺设范围为45°之前或270°断面之后;而对座环承受不平衡扭矩而言,则无明显的最优垫层平面铺设范围。垫层蜗壳采用伸缩节过缝时,止推环对座环承受水流向不平衡力及不平衡扭矩的改善效果明显且稳定;而垫层管过缝时,止推环的作用效果不明显,此时引水钢管已经起到了止推环的作用。在单机容量基本一致且采用垫层蜗壳埋设方式的条件下,高水头电站座环承受的水平面内不平衡力和不平衡扭矩更大,座环的受力更应该引起重视。     

小范围区域内初始地应力场的多元线性回归

针对采用多元线性回归法分析初始地应力场进行工况组合时仅有选取足够大的计算范围方能避免计算与实测的结果偏差过大,利用多元线性回归拟合精度高的优点,在较小区域范围内通过合成初始应力场并施加使模型内部应力保持平衡的边界条件,采用ABAQUS软件进行地应力平衡分析计算,结果表明,该方法基本消除了边界条件对应力场的影响,可获得拟合精度高、直接应用于工程分析的初始应力场,可供借鉴.     

行波效应对大型水电站厂房地震响应的影响

为研究行波效应对平面尺寸较大的水电站厂房结构地震响应的影响,选取某实际厂房结构,建立三维有限元模型,借助ABAQUS有限元软件,采用振型分解时程分析法进行结构动力计算。调整Koyna水平地震波加速度峰值为0.246g作为地震荷载。结果表明行波效应影响厂房结构位移响应主要体现在动位移峰值上,波速不大时可能使动位移峰值最大减小25%;对加速度响应峰值和响应时程影响都较明显,波速较小时可能使得结构加速度峰值滞后于地震加速度峰值出现;不考虑行波效应对厂房结构设计是偏安全的。如工程所在地地震波传播速度不大,可以适当考虑行波效应,以使结构设计更趋科学合理。