鸭池河水电站钢衬混凝土坝后背管结构分析

采用非线性有限元法对鸭池河水电站钢衬钢筋混凝土压力管道进行了分析,研究了钢衬和外包钢筋混凝土的应力、位移分布规律及外包钢筋混凝土的裂缝开裂次序、钢衬的承载比例.结果表明:钢衬钢筋混凝土压力管道是一种受力较为合理的结构形式,外包钢筋混凝土管和钢衬联合承载对钢管具有保护作用.     

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.     

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     

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。     

内水压力重复加载作用下蜗壳外围钢筋混凝土的损伤分析

本文分析了三峡电站某直埋式蜗壳结构在内水压力重复加载下的混凝土损伤演变规律和钢蜗壳以及钢筋的受力特性,分析中考虑了钢蜗壳与外围混凝土间的摩擦接触特性,采用弹塑性损伤模型来描述混凝土的受拉损伤特性。研究表明,在历经内水压力的多次加、卸载循环后,蜗壳外围混凝土的损伤程度及范围虽有一定的增加并导致混凝土强度和刚度的相应退化和降低,但经一定的循环次数后,钢衬和钢筋的应力以及混凝土的损伤分布范围和程度将保持稳定状态。蜗壳外围混凝土出现稳定的损伤后,钢衬和钢筋承担的内水压力比例将比线弹性分析结果增大,从而能进一步发挥钢结构的承载作用。     

矩形断面钢衬与混凝土联合承载机理与受力分析研究

结合某水电工程,选取冲砂底孔方变圆渐变段钢衬,以加劲环参数优化为目标,采用三维有限元法分析了钢衬、加劲环与外包混凝土联合承载对矩形断面钢衬受力的影响。结果表明:当渐变段矩形断面钢衬考虑外包混凝土联合承载时,对其角点处应力有很大改善;在外水压力作用下,减小加劲环间距和加大翼缘宽度,有利于降低钢衬应力,但会增加翼缘之间混凝土的拉应力,不利于钢衬和外包混凝土联合承载;而随着肋板高度的增加,无论对钢衬应力还是混凝土应力都无明显改善。因此,加劲环间距对钢衬的有利影响最大,翼缘宽度影响其次,肋板高度的影响最小。     

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     

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。     

钢衬钢筋混凝土压力管道裂缝宽度计算研究

 基于混凝土结构基本理论，结合大比尺结构模型试验，采用较合理的平均裂缝宽度计算模式和裂缝截面处钢筋应力计算方法，建立了新的钢衬钢筋混凝土压力管道裂缝宽度计算方法。算例表明，此方法力学概念明确，使用方便，计算结果与实测值吻合。     

压气储能地下洞室密封钢衬的非线性力学响应特征

依托某压气储能电站实际工程,基于ABAQUS平台,研究密封钢衬应力的非线性影响因素,分别探究了围岩与混凝土材料非线性、密封钢衬-混凝土接触非线性的影响机理。结果表明,浅埋地下储气洞室围岩初始地应力水平不高,巨大气压导致围岩局部塑性屈服,混凝土严重开裂,密封钢衬高应力区-混凝土严重开裂区-围岩塑性区三者存在对应关系;考虑密封钢衬-混凝土之间的接触关系,使得密封钢衬应力分布更加均匀;检修期在重力影响下密封钢衬顶部与混凝土脱开,检修后再加压密封钢衬应力分布出现调整现象,顶部应力峰值和应力不均匀度有所增大;密封钢衬应力峰值随摩擦系数与缝隙值的增大而增大,当摩擦系数大于0.5时其影响不明显,随缝隙的变化梯度大致为30～40 MPa/mm;地下储气洞室密封钢衬受力分析时需同时考虑材料非线性与接触非线性,以保证密封钢衬具有足够的安全储备。     

钢衬钢纤维混凝土背管结构研究

结合长江三峡电站进水背管结构优化设计，通过单向拉伸、简支梁和背管模型试验，分析了钢纤维混凝土和钢衬钢筋混凝土背管的受力特性，探讨了钢纤维混凝土应用于压力管道的可行性．试验结果表明，背管结构受力过程中，钢纤维混凝土的抗拉强度可起较大的作用，故在背管结构设计中可以考虑混凝土的抗拉强度因素．基于试验成果，比较了背管的限裂和抗裂设计．     

钢衬钢筋混凝土管道联合承载结构非线性分析的罚单元法

从罚函数思想出发，应用虚功原理，建立了罚单元法的有限元方程，并将该法与非线性分析相结合，对一实际工程中钢衬钢筋混凝土管道联合承载结构进行了非线性分析，研究了不同力学模型和不同内压型式对结构内力的不利影响，为结构的合理设计了计算依据。     

重力坝坝身管道布置形式对其抗震性能的影响

为研究重力坝坝身管道布置形式对管道抗震性能的影响,对浅埋式背管、联合承载坝内埋管和设垫层坝内埋管3种布置形式分别建立了管道与大坝整体三维有限元模型,采用时程分析法进行地震响应分析。研究表明:3种布置下钢管的动应力均较小,管道布置形式对其影响不大;管道混凝土腰部和顶部的动应力均较大,属于结构抗震薄弱环节;当管道部分露于坝体之外时,管道上弯段和斜直段动应力较大,特别是上弯段是抗震最不利之处;将管道全部埋入坝体能有效减小上述管段应力,抗震优势明显,钢管外是否设垫层影响很小。     

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...     

大比尺马蹄形钢衬钢筋混凝土压力管道试验研究

以三峡大坝背管压力管道为原型,按照1∶10进行几何缩尺,制作了内径达1.24 m的钢衬钢筋混凝土压力管道。使用新型内水压力施加方法,进行了模型试验,掌握了钢衬钢筋混凝土压力管道在内水压力作用下的工作机理。通过与同系列模型试验的比较,对钢衬钢筋混凝土压力管道模型试验有了进一步的认识。最后针对常规钢衬钢筋混凝土压力管道,参照相关领域研究成果,比较选择了符合试验结果的初裂荷载计算公式、裂缝间距最大缝宽计算公式以及管道强度设计公式,以供设计使用。     

公伯峡水电站发电引水压力管道设计

公伯峡水电站引水压力管道为直接敷设在地基面上的钢衬钢筋混凝土管道，管道按结构力学弹性中心法进行了钢衬、钢筋应力计算，结果满足结构要求。通过三维有限元计算分析，5条压力管道在进水口分缝处及上游副厂房和主厂房分缝处均取消了伸缩节，用可适应微小变形的弹性垫层伸缩管代替。     

背管分项系数设计表达式结构系数的取值研究

 介绍了三峡二期围堰防渗墙风化砂柔性材料施工配 方中水泥、风化砂和水的检测原理、检测步骤和检测结果。通过以上检测，有效控制了三峡二期围堰防渗墙的施工质量。     

穿越城区隧洞分离式衬砌承载机理及性能优化研究

近年来我国兴建的穿越城区引水隧洞工程采用了一种新型分离式衬砌,但其承载机理尚不够明晰。以某水资源配置工程中穿越城区的TBM施工输水隧洞为对象,建立输水隧洞分离式衬砌整体三维有限元数值模型,分析了衬砌的变形、受力和承载比等特征。结果表明：设计内压作用下,钢衬和自密实混凝土径向紧密贴合,排水板铺设范围内两者径向变形明显大于管片,排水板铺设范围外三者径向同步变形,钢衬应力水平低且分布极不均匀,管片应力超过抗裂限值,内水压主要由围岩承担,钢衬承载比例明显低于预期;降低钢衬-自密实混凝土界面、自密实混凝土-管片界面的摩擦系数,均能使钢衬应力分布的均匀性增加,有利于钢衬承载性能的发挥,且对管片抗裂有利;提高排水板厚度与综合模量比值d/E,可以提升钢衬承载比,控制d/E在12.4～45.1 mm³/N范围内,可以满足钢衬容许应力和管片抗裂设计的要求,同时使分离式衬砌钢衬主要承担内水压的设计理念得以实现。