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。     

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。     

考虑黏结滑移的钢衬钢筋混凝土管道承载特性分析

基于三峡水电站钢衬钢筋混凝土压力管道实际工程和大比尺模型试验参数,建立了管道斜直段局部三维有限元数值分析模型,采用混凝土塑性损伤模型模拟管道外包及坝体混凝土,并在钢筋与混凝土界面插入内聚单元来模拟钢筋与混凝土之间的黏结滑移特性.钢筋分别采用埋入式和分离式两种模型,系统地研究了考虑黏结滑移以及黏结强度大小对管道承载特性的...     

基于材料损伤的水电站厂房上部结构地震易损性分析

水电站厂房上部钢筋混凝土框架-剪力墙结构在地震中易遭受破坏,基于材料损伤提出了上部结构抗震性能的评估方法,并采用有限元方法和增量动力分析法对厂房上部结构的地震易损性进行了分析。结果表明:水电站厂房上部结构主要的震损为墙柱的开裂以及混凝土保护层的剥落,核心区混凝土的压损伤较小,厂房上部结构具有较高的抗震安全储备,发生严重破坏甚至倒塌的概率很小;通过材料损伤可以方便地判断构件的开裂、压碎等状态,进而判断构件破坏程度;在结构无损伤或者损伤很小时,采用层间位移角或者基于材料损伤判断得到的结构易损性差别较小,在损伤程度较大时,层间位移角易出现偏差;采用材料损伤来判断结构的损伤状态是可行的,与层间位移角相比更为直接,适用性更广。     

多出水口蓄水池的三维数值模拟

本文运用FLUENT软件对不规则蓄水池在3种不同流量下的水流流场进行了数值模拟,得出 不同流量下流场中不同点沿水深方向的流速分布,并将数值计算结果与物理模型实验结果进行比较, 发现两者比较吻合。表明:FLUENT软件模拟不规则蓄水池水流流场是基本可行的。     

埋藏式压力钢管加劲环抗外压稳定计算方法的比较与应用

对埋藏式压力钢管加劲环的抗外压稳定分析,国内外常用的计算方法有Amstutz法、Jacob-sen法和《水电站压力钢管设计规范》(NB/T 35056—2015)(以下简称《规范》)中的强度公式。对这三种计算方法进行了比较分析,得到以下结论:Amstutz公式和Jacobsen公式计算的临界外压力随缝隙值的增大而减小,《规范》强度公式没有考虑缝隙值的影响,其计算得到的临界外压力与缝隙值无关;三种方法计算所得的临界外压力均随加劲环高度、管壁厚度和钢材屈服强度的增大而增大,随加劲环间距的增大而减小;《规范》强度公式计算所得的加劲环临界外压力相对Amstutz公式和Jacobsen公式较小,采用《规范》强度公式在外水头小于130 m时明显偏保守,经过比较分析后,建议将Jacobsen法作为国内钢管设计规范中埋藏式压力钢管加劲环抗外压稳定的主要计算方法之一。     

厂坝分缝处钢管预留环缝焊接时机对垫层蜗壳的影响

对于坝后式水电站,厂坝分缝处钢管预留环缝焊接时机和分缝下游侧是否设置止推环均对垫层蜗壳以及水轮发电机组支撑结构的受力和变形存在影响。本文建立了坝-厂房三维有限元模型,通过数值模拟手段研究了上述影响。结果表明,对于坝后式水电站,在坝体变位作用下引水钢管对蜗壳进口作用一个数值可观、指向下游的推力,因此在分析垫层管过缝对厂房结构的影响时,在蜗壳进口施加轴向约束的简化处理不能合理反映实际情况。不同焊接时机条件下设置止推环对垫层蜗壳的受力、座环的抗剪等都是有利的,尤其在上游水位较低时焊接预留环缝,止推环的作用效果更加明显,在可能的条件下建议设置止推环。与此同时,为确保水轮发电机组的安全稳定运行,建议以座环和机墩的对角不均匀上抬变形为主要考虑因素,尽可能在上游水位较低时焊接钢管预留环缝。