下游坝面钢衬钢筋混凝土管道温度应力试验分析

三峡电站等工程采用下游坝面钢衬钢筋混凝土管道 ,这种管道型式新颖 ,无规范可依。在运行时管壁混凝土开裂 ,及在温度荷载作用下应力和变形情况如何 ,是这类管道结构中尚未解决的重要问题之一。通过仿真材料模型试验及非线性有限元法 ,对带裂缝的钢衬钢筋混凝土管道在内外温度差作用下的温度应力及变形进行了研究 ,获得了可靠的成果 ,为管道设计提供了重要依据     

岩滩水电站坝内埋管大比尺仿真模型结构试验研究

本文结合岩滩水电站大直径坝内埋管仿真模型的试验研究,论述大直径压力钢管承受内水压力、自重和坝体应力时的应力分布特征,钢衬、钢筋和混凝土联合作用时各种材料的承载比,管道与地基联合作用,混凝土开裂荷载,裂缝开展情况以及超载能力和破坏机理,说明结构的安全度是高的。     

下游坝面钢衬钢筋混凝土管道温度应力试验分析

三峡电站等工程采用下游坝面钢衬钢筋混凝土管道,这种管道型式新颖,无规范可依。在 运行时管壁混凝土开裂,及在温度荷载作用下应力和变形情况如何,是这类管道结构中尚未 解决的重要问题之一。通过仿真材料模型试验及非线性有限元法,对带裂缝的钢衬钢筋混凝 土 管道在内外温度差作用下的温度应力及变形进行了研究,获得了可靠的成果,为管道设计提 供了重要依据。     

坝后压力管道结构中钢筋的温度应力研究

在压力管道混凝土中，由温度引起的应力很大，仅温度应力就可能引起管道混凝土开裂．因此温度应力是一项很重要的荷载，但在压力管道设计中如何考虑温度应力是摆在设计人员面前的一道难题．针对这一问题，考虑混凝土施工期和运行期，用编制的混凝土结构温度应力有限元法程序计算了下游坝面压力管道混凝土开裂和不开裂两种情况下的温度徐文应力，清楚地揭示了管道混凝土开裂和不开裂时钢筋中的应力变化情况，为工程设计提供了科学的依据．另外还计算和比较了考虑和不考虑钢村和钢筋在计算管道混凝土温度应力时的差异．     

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。     

钢衬钢筋混凝土压力管道非线性理论研究

钢衬钢筋混凝土压力管道是水电站广泛采用的新型结构,其内水压力等荷载由钢衬和外包的钢筋混凝土共同承担.结合工程应用,系统地总结了下游坝面钢衬钢筋混凝土压力管道非线性有限元分析的特点,并从混凝土本构关系模拟(采用非线性弹性模型、弹塑性模型、内时模型、断裂力学模型、流变学模型、损伤力学模型)、混凝土裂缝模拟、钢筋模拟和钢筋与混凝土之间粘结模拟等方面介绍了研究进展情况,指出了进一步研究需要解决的问题.     

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。     

混凝土受拉软化特性对钢衬钢筋混凝土管道承载性能的影响研究

分别采用课题组试验所得的混凝土软化曲线和混凝土结构设计规范给出的混凝土软化曲线,对三峡水电站钢衬钢筋混凝土压力管道进行非线性有限元计算,将压力管道外围混凝土的裂缝分布、裂缝宽度、钢衬和钢筋的应力状态、管道的极限承载能力等与模型试验成果进行对比分析。研究表明:采用试验所得软化曲线进行有限元计算分析所得背管混凝土的初裂荷载、损伤区域、裂纹条数以及钢材应力与模型试验的结果更为吻合。     

三峡电站下游坝面钢衬钢筋混凝土管道结构设计

三峡电站压力管道设计采取下游坝面布置的钢衬钢筋混凝土地联合受力结构，大量的计算分析和仿真模型试验成果表明，这种结构具有较好的工作状态和较高的安全度。招标设计成果表明，在现有材料供应条件下，钢衬采用１６ＭｎＲ厚度２８～３６ｍｍ；钢筋选用Ⅱ级钢筋，分４～５层布置，这一方案是完全可行的，但为了减小施工难度，设计上将进一步研究采用提高钢筋材质及钢衬承载比例等措施，减少外包钢筋混凝土钢层数，提高结构的潜在安     

龙羊峡水电站压力钢管与混凝土联合作用试验取得成果

龙羊峡水电站的压力引水管道通过坝体,直径为7.5米,最大水头150米,包括水锤压力在内,内水压力近18公斤/厘米~2。在均匀内水压力作用下,坝体混凝土内圆形钢管的钢板和混凝土的应力状态如何?在以往的工程设计中,有的仅考虑钢衬单独承压;有的考虑钢筋和钢衬的作用;有的考虑钢衬、钢筋和混凝土共同作用。这关系到如何合理确定内水压力在钢衬和混凝土之间的分配,以及如何节约钢材、减薄钢衬厚度的问题,很值得研究。一些已运     

下游坝面压力管道的强度安全系数

本文在总结国内外设计实践经验的基础上,系统讨论了下游坝面压力管道强度安全系数的概念和分类。根据不同的设计准则,强度安全系数可分为两大类:第一类是按钢衬与外包钢筋混凝土联合承载设计的整体安全系数;第二类是按钢衬和外包钢筋混凝土分别单独承担全部荷载的分部安全系数及其组合的总安全系数。这两类安全系数的共同点是,当外包混凝土出现径向裂缝后继续加载,以钢材达到屈服极限作为结构破坏的标志,在第一类安全系数中,由于结构分析方法不同或安全系数定义不同,又可分成以下三类:(1)对应等代厚度法的安全系数;(2)对应整体结构分析方法的安全系数;(3)对应按整体结构超载能力计算的安全系数。对各类安全系数,文中给出了相应的表达式,文章进一步指出,在进行结构整体强度验算时,采用结构优化设计方法,使钢衬和各层钢筋接近满应力状态,是提高结构安全度或节省钢材的有效途径。     

钢衬—钢筋混凝土压力管道的非线性有限元分析

本文首先对国外近年来钢筋混凝土非线性有限元方法的研究进展作了述评。文中提供了钢筋混凝土非线性特征的完整本构关系。这些非线性特征包括:混凝土及钢筋的非线性响应;多轴应力状态下混凝土开裂预测;开裂混凝土的裂后特征,包括钢筋暗销作用引起的剪力传递及混凝土张拉硬化现象等。这些本构关系在非线性有限元程序中实现,用于钢衬—钢筋混凝土压力管道的结构分析,包括预测管道的结构响应,裂缝分布及破坏荷载。最后对有限元分析结果与大比例尺模型试验结果及笔者提出的准解析结果作了对照分析。     

键槽仿真材料结构模型试验研究

通过两个大比例尺仿真材料结构模型试验和非线性有限元分析，研究了东江水电站双曲拱坝坝后式引水管道与坝体连接键槽在各组荷载工况下的结构受力特征。依据键槽，缝面钢筋和锚筋在垂直荷载和水平荷载作用下的实测应力数据，分析了混凝土与钢筋之间的联合工作情况和应力分配规律，描述了超载状态下结构的破坏机理，为键槽结构设计了提供了参考数据。     

混凝土坝下游面压力管道在内水压作用下的应力分析

混凝土坝下游面钢衬钢筋混凝土压力管道是近年来在国内外发展起来的新型结构。本文提出了这种管道在内水压力作用下应力计算和强度分析的方法,已为我国某一大型水电站设计应用。其中简化为轴对称结构的计算方法,与国外的方法比较,简便得多,且可得相同的精度。     

CCS水电站配水环管结构非线性有限元分析

配水环管结构承受高水头水压及机组上部荷载,结构复杂,受荷巨大,对结构整体强度和刚度要求较高,是CCS水电站厂房设计的关键。采用非线性有限元对其进行受力分析计算,确定配水环管外围配筋方案,计算配水环管、钢筋应力以及混凝土裂缝开展宽度。结果表明,钢衬应力、钢筋应力满足钢材的承载能力要求,混凝土开裂满足规范的要求。     

有限单元法和弹性中心法在坝后背管结构设计中的应用比较

结合三峡水电站工程实际,采用有限元软件ABAQUS对坝后背管结构进行了平面非线性有限元计算,并将结果与模型试验、结构力学弹性中心法成果比较,研究了结构力学弹性中心法在坝后背管设计中的适用性。研究结果表明,有限元方法能更好地反映管道结构裂缝开展、钢衬和钢筋应力分布规律,而结构力学弹性中心法计算得到的外圈钢筋应力偏大,不仅难适用于全背式背管,对浅槽式背管的计算误差更大。浅槽式背管由于两侧坝体混凝土对管道的约束作用,不仅可提高初裂荷载,减小裂缝处钢衬和钢筋应力和裂缝宽度,而且与全背式背管相比对管道抗震更有利。     

三峡水电站压力管道优化设计

三峡水电站为坝后式厂房。电站引水压力管道穿过坝体后，在下游坝面预留浅槽内为背管布置形式，采用钢衬钢筋混凝土管结构型式。在技术设计阶段，外包环向受力钢筋为Ⅱ级钢筋，直径为32－40mm，配置3－5层。钢筋层数多，间距小，布置密集，不利于混凝土施工。通过对管道整体安全系数、钢筋、钢衬材质的优化，使外包钢筋层数降为3层，间距变大，方便了混凝土的浇筑，同时节省了工程投资。     

下游坝面压力管道混凝土正交异性状态应力计算

本文把具有径向裂缝的混凝土作为正交异性体处理,并考虑钢管与外围钢筋混凝土联合作用,导出下游坝面式钢衬钢筋混凝土压力管道应力计算的简易公式,文末给出算例。     

金安桥水电站坝下游面管道结构与抗震分析研究

混凝土坝下游面钢衬钢筋混凝土管道既是一种新型的布置方式,又是一种新型的结构形式。结合金安桥水电站工程实际。对高地震区混凝土坝下游面钢衬钢筋混凝土管道的结构特性进行了研究,提出了相应的工程措施。研究结果表明,在高地震区采用此种形式的混凝土管道结构上是可行的,只要措施得当,可以确保工程安全。     

三峡电站引水压力管道设计研究

三峡电站引水压力管道直径大（12．4m），条数多（26条）。为避免管道安装与大坝混凝土施工的干扰，压力管道布置采取在下游坝面预留浅槽的背管形式，管道埋入坝面以下约1／3直径。这种布置形式有利于提高管道抗震能力，缩短管道长度，减少工程量。压力管道背管部分采用钢材钢筋混凝土联合受力型式，这种管道的安全度要比明钢管高；钢衬可采用16Mn钢板，板厚在36mm以内，有利于加工焊接；钢材可立足于国内；造价要比明钢管节省。为保证钢衬钢筋混凝土管道有较大的安全度，钢衬和钢筋混凝土按各自单独承受全部内水压力时的安全系数大于1，总安全系数为2．2设计。下游坝面浅预留槽采用方圆形加小贴角的形式。浅留槽两侧直干墙段与管道之间加设软垫层。管道钢筋混凝土的厚度为2m。