加劲式压力钢管临界外压数值计算方法

压力钢管是水利水电工程中常见的衬砌类型,其外压稳定性至关重要。为构建加劲式压力钢管临界外压有限元准确计算方法,提出“多环建模、分段约束”的数值求解模型,将计算结果与Mises理论公式、规范公式展开对比讨论;考虑复杂外部约束环境,全面探究加劲环位置不同约束方案对钢管抗外压能力的影响,并基于数值求解方案研究加劲环对钢管管壁临界外压的增强作用及其有效约束长度,结合光面管的屈曲临界外压公式进一步提炼一种新的加劲式压力钢管管壁临界外压快速计算方法。结果表明：有限元特征值屈曲计算具有较高的准确度,与Mises公式计算结果保持较好的一致性,而规范采用的简化式计算结果会随着钢管屈曲波数的变化与Mises公式存在不同程度的差异;针对采用不同径厚比的加劲式压力钢管,其管壁临界外压随着加劲环位置约束作用的提高而增大,随着加劲环间距、钢管半径与钢管厚度比值的增大而逐渐减小,并当加劲环间距大于20 m后不再发生明显的波动现象,逐渐失去约束作用;本文提出的加劲式压力钢管管壁临界外压快速计算方法可同时应用于光面管和加劲环管,与相关Mises理论公式、规范公式相比,具有准确性高、计算简单、方便使用的特点,可为实际工程中钢管管壁临界外压计算提供一种新的选择。     

设纵肋CFRST轴压柱屈曲性能解析分析与加劲肋设计

钢管宽厚比是限制矩形钢管混凝土构件截面设计的主要因素,为增加钢管宽厚比限值,延缓管壁局部屈曲,可在管壁上设置纵向加劲肋.加劲肋的肋数及尺寸显著影响钢管的承载力及管内混凝土的整体性能.论文建立设纵肋矩形钢管混凝土轴压柱的屈曲分析模型,将问题转化为求解均布荷载作用下加载边和非加载板均为固支边界的设纵肋薄板的屈曲荷载,采用能量法推导出构件屈曲荷载及屈曲系数的解析表达式.根据被加劲板的屈曲模式,提出采用最小加劲刚度比进行矩形钢管混凝土轴压构件加劲肋的设计,并给出相应的计算公式,为加劲肋的肋数、截面尺寸及材料性能设计提供指导.     

矩形钢管混凝土轴压柱局部屈曲性能的解析分析

本文对矩形钢管混凝土轴压柱钢管壁的局部屈曲性能进行了理论分析研究，用能量法计算了在均匀压力作用下管壁的局部屈曲临界应力，得到了矩形钢管混凝土钢管板件的局部屈曲系数k=10.67。     

加劲环式压力管道非线性有限元分析及稳定性计算

采用非线性分析理论,对加劲环式压力管道进行了非线性有限元分析,给出了加劲环式压力管道的应力分布规律和混凝土开裂次序,分析结果为加劲环式压力管道的设计和施工提供了参考依据.并采用半解析有限元法对加劲环式压力钢管进行了抗外压稳定性计算分析,结果表明,该加劲环式压力管道是安全可靠的.     

水电站巨型加劲输水钢管外压稳定设计方法研究

应用Mises理论和弹性环外压稳定分析理论,同时考虑结构失稳时材料的塑性影响,分析了大型水电站建设中的巨型加劲输水钢管临界失稳时的外压承载力及失稳形态与管径、壁厚、加劲环形状、尺寸、布置间距及材料力学性能之间的关系。应用本文给出的设计曲线和设计方法,可使管身段和加劲环部位管段获得相同或相近的抗外压失稳能力,又可使钢管在承受外压时的稳定性与材料强度安全协调一致,达到安全与经济的合理统一。     

水电站巨型加劲输水钢管外压稳定设计方法研究

应用Mises理论和弹性环外压稳定分析理论，同时考虑结构失稳时材料的塑性影响，分析了大型水电站建设中的巨型加劲输水钢管临界失稳时的外压承载力及失稳形态与管径、壁厚、加劲环形状、尺寸、布置间距及材料力学性能之间的关系。应用本文给出的设计曲线和设计方法，可使管身段和加劲环部位管段获得相同或相近的抗外压失稳能力，又可使钢管在承受外压时的稳定性与材料强度安全协调一致，达到安全与经济的合理统一。     

钢管混凝土柱节点开孔后的抗压性能

通过9根钢管混凝土试件的轴心受压试验,研究在钢管混凝土结构梁柱节点处开孔对钢管混凝土柱的轴压性能的影响及在开孔处设置加强环和加劲肋的增强作用,分析了开孔形状、开孔位置及加强环和加劲肋布置方法等对钢管混凝土柱轴心性能的影响。研究结果表明:所有试件均在端部和靠近加强环处出现钢管局部鼓曲;钢管壁开孔降低了节点处钢管对混凝土的约束刚度,但由于加强环和加劲肋的增强作用,钢管壁开孔对钢管混凝土柱的轴心受压承载力影响不明显。在试验研究的基础上,利用有限元分析软件ABAQUS对钢管混凝土节点处开孔后的钢管混凝土柱的轴压性能进行研究,分析钢管纵、环向应力及混凝土纵向应力沿钢管混凝土柱的分布特征.     

考虑初始缝隙因素作用钢管抗外压稳定计算的一种半解析有限元法

采用半解析有限元法,并考虑初始缝隙和加劲环等因素的影响,研究了埋藏式压力钢管抗外压稳定计算问题.在讨论过程中,利用了阿姆斯图兹(Amstutz)公式推导时的部分假设和结果,建立了圆柱壳单元的弹性刚度矩阵和几何刚度矩阵.计算结果表明,用此方法解决埋藏式压力钢管抗外压稳定计算问题,具有很好的收敛性,且同经典的理论解比较吻合.     

穿孔肋-拉杆约束方钢管混凝土柱轴压性能研究

为了进一步提高方钢管混凝土柱的轴压承载力,改善其局部屈曲,提出一种新的穿孔肋-拉杆约束方钢管混凝土柱。在试验基础上,数值模拟穿孔肋-拉杆约束方钢管混凝土柱的轴压破坏形态、极限承载力和延性。对比分析仅设加劲肋方钢管混凝土短柱和加劲肋宽厚比不同的穿孔肋-拉杆约束方钢管混凝土短柱在相同条件下的轴压性能,结果表明,穿孔肋-拉杆约束方钢管混凝土柱破坏时,沿高度和横截面方向的变形分布比仅设加劲肋短柱更加均匀,且有更高的承载力和延性。随着穿孔肋宽厚比增加,穿孔肋与拉杆的协同作用逐渐增强,轴压承载力、延性都呈现出递增趋势。与试验结果对比可知,模拟与试验结果的荷载-位移曲线在弹性上升段和弹塑性上升段吻合最好,极限承载力差值在2%以内。穿孔肋-拉杆约束方钢管混凝土柱的数值模拟分析对其在工程实际中的应用有重要的参考价值。     

不同约束形式的薄壁钢管混凝土柱轴心受压试验及承载力计算

为了提高薄壁钢管混凝土柱的局部抗屈曲性能,改善变形能力较差的问题,提出一种约束形式螺旋加劲肋.通过对普通钢管、直肋、开孔直肋、内螺旋肋、外螺旋肋、外螺旋肋–钢筋等6种不同形式的薄壁钢管混凝土组合柱进行了轴心受压试验研究,对比分析了破坏过程、极限荷载、位移及应变等,得到了螺旋加劲型薄壁钢管混凝土柱的破坏模式及机理.研究结...     

地下埋藏式压力钢管非线性有限元分析

考虑了回填混凝土、围岩的弹塑性、初始地应力及开挖支护引起的二次应力的影响和内水压力作用下钢衬的弯曲、剪切效应,并将罚函数的思想应用于地下埋藏式压力钢管的非线性有限元强度分析,编制了相应的非线性有限元程序.结合工程实例,通过方案比较得出了对工程设计有参考价值的结论.     

混凝土坝下游面管轴向应力的计算和试验研究

通过几个电站的有限元计算和仿真材料模型试验成果,分析混凝土坝下游面钢衬钢筋混凝土管道的轴向应力分布规律及其对管壁应力的影响,可作为管壁三维强度分析的依据,并指出在轴向压力和内水压力作用时裂缝更早发生。     

全埋式钢衬钢筋混凝土管道与坝内垫层管比较分析

结合某坝后式水电站工程实例,对全埋式钢衬钢筋混凝土管道方案进行了平面非线性有限元分析,比较了不同管坝接缝面连接形式(垫层、冷缝、固结)对结构受力特性的影响.计算结果表明:垫层接缝方案可以有效地减少内水压力传至坝体,冷缝连接方案次之,固结方案最为不利,因此从坝体安全性角度考虑,建议在工程中使用垫层接缝方案.在坝址区域地震烈度较高或者对管、坝混凝土开裂有严格控制的工程中,建议使用坝内垫层管方案,这样不仅可以保证坝体及管道抗震安全,又能使钢管承担更多的内水压力,减少或避免管道及坝体混凝土开裂.     

高静水压力作用下深海油气管道的局部屈曲

以有初始缺陷的厚壁钢管为研究对象,开展外部高静水压力作用下管道结构的模型试验和有限元数值模拟分析. 通过在压力缸内泵入水的方式对钢管试件施加均匀外部压力,测得钢管发生局部屈曲时的压力峰值. 基于ABAQUS软件,数值模拟分析试验钢管在静水压力作用下的屈曲和后屈曲行为,得到钢管的失稳压力和屈曲后的形态,与试验结果相比吻合较好. 利用建立的数值模拟方法,分析不同材料性能、径厚比和初始椭圆率对钢质管道屈曲的影响. 结果表明：材料硬化系数较大的管道,失稳压力较大;随着初始椭圆率的增加,管道的失稳压力显著减小;对于深水或超深水油气管道的屈曲失稳压力,国外规范的计算公式偏保守,而且不能解释不同材料硬化系数的影响.     

寒冷地区坝内垫层管运行期温度效应及保温措施研究(研究生论坛）

为研究寒冷地区温度变化及保温措施对坝内垫层管外包混凝土开裂状况的影响,本文基于混凝土塑性损伤模型,考虑运行期的温度作用,对某水电站坝内垫层管进行了非线性有限元分析。结果表明：由于垫层的铺设,正常运行工况下管道混凝土几乎无损伤,管道表面不会出现宏观裂缝;但在温降工况下管道顶部混凝土损伤较严重,而在温升工况下管道底部混凝土损伤更明显,相应损伤区域的钢筋应力也明显增加;坝面保温板的铺设能够有效降低结构所承担的温度荷载,改善混凝土损伤状况,降低钢筋应力,且随着保温板厚度的增加其作用效果逐渐显著,但当增加到一定程度后,其作用效果趋于稳定,同时考虑投资等工程实际情况,不宜过度增加保温板厚度,建议保温板厚度由裂缝宽度控制。     

水电站钢衬钢筋混凝土坝后背管结构的非线性有限元分析

为了能够准确地把握钢衬钢筋混凝土管的受力性能,根据钢筋混凝土单元非线性计算的基本原理,对某水电站钢衬钢筋混凝土坝后背管进行了计算分析,得出了钢衬钢筋混凝土管环向应力的分布情况,分布情况说明了此水电站采用钢衬钢筋混凝土坝后背管的结构形式是安全合理的,可以满足工程要求.     

埋藏式压力钢管抗外压稳定分析

在分析埋藏式压力钢管曲屈失稳破坏及其原因的基础上,提出了防止压力钢管曲屈失稳破坏的预防措施．并对国内外现行埋藏式压力钢管抗外压稳定的计算理论和方法进行了分析比较,编制了相应的计算机程序,大大简化了埋藏式压力钢管的抗外压稳定设计．