埋藏式钢岔管与外围结构的联合作用分析

为了更深入地了解埋藏式岔管与外围结构联合承载的力学机理,采用三维有限元法对岔管与外围结构联合作用做了精细的力学仿真。尝试了一种新的模型,即设置回填混凝土网格,模拟钢岔管、混凝土、围岩三者之间的两道缝隙及其力学接触行为,考虑混凝土承载后的塑性变形特征。结果表明,岔管与外围结构在空间中的相互作用过程复杂:由于岔管与外围结构联合承载,使钢材强度得到了充分的发挥;回填混凝土未沿径向均匀开裂,基于此假定的力学模型值得商榷;回填混凝土变形应被充分重视,有些部位的压缩变形甚至大于结构间原始缝宽,不利于联合承载;两道缝模式得出的内水压力围岩分担率明显低于一道缝模式,后者可能高估了围岩分担率。研究成果为埋藏式岔管受力分析提供了一种新模式。     

南水北调中线惠南庄泵站前池结构的三维有限元分析

南水北调中线工程北京段的惠南庄泵站规模大、工程等级高.在设计之初,为了详细了解前池的受力状况,采用三维有限元法对其进行了施工、运行和地震等多工况分析,得到的应力、内力成果和研究结论为结构设计提供了参考.本文的研究对同类工程的计算分析具有借鉴意义.     

充水保压蜗壳与外围结构联合承载过程的力学仿真分析

水电站充水保压蜗壳兼备直埋式与垫层式蜗壳的优点,但受力分析复杂。为此,以一个HD值较高的蜗壳为例,应用三维有限元法研究了充水保压蜗壳与外围结构联合承载的过程,模型和计算过程精细,展示了联合承载过程中各结构的力学规律。结果表明:充水发电时,蜗壳与混凝土大部分区域闭合,脱开的面积约3%;外围混凝土大部分区域处在压应力状态,受拉部位少且拉应力较低,钢筋拉应力较小,此情况被现场观测所证实;采用常用公式或完全用有限法计算,蜗壳承载比的计算结果相差不超过3%;蜗壳充水保压值越低,充水运行期与混凝土的接触压力越大、蜗壳的承载比越小,因此蜗壳宜取较小的充水保压值,有利于减少振动;与常规打压顺序相比,非常规打压顺序不利于蜗壳与混凝土的贴合。此成果为该水电站的蜗壳设计提供了重要参考,电站已全面投产,蜗壳及外围结构工作表现良好。     

三峡升船机安全机构埋件传力机理研究

三峡升船机是世界上技术难度和规模最大的垂直升船机,选用长螺母-短螺杆系统作为遭遇事故时的安全机构,安全机构传力可靠性对于保障升船机安全运行至关重要。建立了螺母柱结构精细化仿真计算模型,按照设定的事故工况研究了螺母柱的变形与应力,计算结果表明,螺母柱、工字钢、灌浆材料、一期混凝土、预应力锚栓、钢筋的拉压应力均小于相应的强度值,设计提出的传力机理与数值计算结果相吻合。沉船事故工况与船厢水泄空工况的原型试验结果表明,螺母柱埋件在试验过程中的位移很小,且未发现其他破损现象,此结果证明了螺母柱结构的可靠性,也验证了设计阶段的分析结论。     

恒山拱坝除险加固方案研究

恒山水库是兼有供水和防洪的多功能水库,其挡水坝是我国第一座实验性双曲拱坝。由于坝体及左坝肩存在安全问题,2004年被核定为三类病险水库。本文通过对恒山拱坝除险加固方案的研究,明确了大坝存在坝体拉应力超标及左坝肩抗滑不满足规范要求的问题,提出了解决问题的方案,重点研究了坝体、坝肩同时加固的方案,在对坝体下游加厚3个方案(薄层加厚、厚层加厚及局部厚层加厚方案)及左坝肩预应力锚索、抗滑混凝土塞方案的综合比选后,推荐采用坝体厚层加厚和坝肩混凝土抗滑塞的处理方案。     

水工结构研究及面对的挑战

总结50年来中国水利水电科学研究院在水工结构专业领域开展的工作，取得的主要成果：一是建立了水工混凝土温度应力和温度控制较完整的理论体系；二是在国内外首先实现了拱坝体形优化；三是建立了岩体渗流研究较完整的理论体系；四是最早开展非线性有限元研究，提出了相应的设计方法和计算方法；五是建立了大坝安全监测资料管理分析系统。随着我国正在新建一批300多m特高坝所带来的世界性的挑战，必须加大对高坝抗震安全的研究。     

水工混凝土结构研究的回顾与展望

本文结合建国以来我国水工混凝土结构及筑坝技术的发展历史,重点介绍了中国水利水电科学研究院自建院50年来在水工混凝土温度应力和温度控制较完整的理论体系,提出了一系列温度场、温度应力的计算模型和方法,开发了温度应力仿真分析软件并广泛应用于工程实际;(2)在国内外首先实现了拱坝体形优化,提出了一系列拱坝设计的新理念,开发的拱坝应力分析及体型优化软件已得到广泛的应用;(3)建立了岩体渗流研究较完整的理论体系;(4)最早开展非线性有限元研究,通过对钢衬钢筋混凝土管的非线性分析,提出了相应的设计方法和计算方法,在高坝全过程非线性仿真分析方面取得了一些研究成果。最后就如何应对我国正在新建的一批300m级特高坝所带来的世界性的挑战,对以后的研究提出展望。     

高烈度地震区河岸式水电站厂房的有限元抗震分析

我国大量位于高烈度地震区的水电工程正在规划、建设中,强震发生时,地面厂房损毁和人员伤亡情况触目惊心,高地震烈度区河岸式厂房的抗震设计是必须重视的问题.对位于9度抗震设防区的小清河七级水电站厂房进行了详细的三维有限元分析,分别对结构调整、设防烈度地震、多遇地震、罕遇地震等上况进行了分析和验算,其分析过程和研究成果对此类工程的研究和设计有很好的参考价值.     

玉龙喀什枢纽超高面板堆石坝的渗控方案及渗流分析

玉龙喀什水利枢纽混凝土面板堆石坝高度为230.5 m,为超高型的面板堆石坝,高度接近目前世界最高的同类坝型。本文依据高面板堆石坝渗流控制设计原则,对坝体进行了分区设计,提出了坝体混合料和全爆破料两种分区方案。使用三维有限元法,全面分析了坝体坝基的渗流场状况。结果表明:在正常运行条件下,上游水头由面板、趾板、高趾墩、坝基帷幕承担,渗控系统发挥了良好作用,面板及各填筑分区水力梯度均小于破坏水力梯度;全爆破料方案的坝体填筑料的最大水力梯度小于混合坝料方案,但是面板的防渗负荷相对较大;在面板发生整体渗漏的极端情况下,坝内浸润线和下游溢出高程升高的程度有限,但是极可能发生渗透破坏;坝基灌浆帷幕减少两岸渗漏的作用明显,河床和两坝肩渗漏量很小,绕坝渗流并不明显,受到右岸单薄山梁影响,右岸渗漏量略大于左岸。本文成果可供相似工程借鉴。