预应力混凝土蜗壳三维仿真材料结构模型试验研究

采用三维仿真材料结构模型试验，研究了高坝洲水电站预应力混凝土蜗壳在预应力、竖向荷载、内水压力及温度荷载作用下的应力分布情况，论证了在混凝土蜗壳这一结构复杂，限裂要求高的建筑结构中采用预应力先进技术的必要性、可行性和优越性。     

预应力混凝土蜗壳三维非线性有限元分析

基于预应力混凝土结构设计原理,提出了在较高水头水电站的混凝土蜗壳中,采用预应力加固的措施来解决其防渗问题,通过采用"降温法"施加预应力和ABAQUS软件中的混凝土弹塑性损伤模型对预应力混凝土蜗壳进行研究,结果表明,通过对混凝土蜗壳结构的关键部位施加预应力,可以降低蜗壳结构的拉应力水平,改善结构受力,限制裂缝开展,使之满足防渗要求。     

河床式水电站混凝土蜗壳防渗措施研究

混凝土蜗壳结构在运行中承受复杂荷载作用时容易开裂,由于裂缝的产生,蜗壳防渗设计是一个需要重点关注的问题。鉴于混凝土蜗壳在中低水头甚至高水头电站中将得到更多的应用,而目前对混凝土蜗壳防渗问题的研究还不充分,结合某河床式水电站工程实际,运用三维非线性有限元方法对混凝土蜗壳的多种防渗方案进行了研究。研究表明:高强混凝土、钢纤维混凝土和环氧砂浆方案能解决混凝土蜗壳结构的限裂问题,但实践中有较大的局限性,而在蜗壳混凝土内表面设钢衬以及预应力加固方案的防渗效果较好,建议在实际工程中优先采用。     

水轮机预应力混凝土蜗壳三维仿真模型试验成果分析

清江高坝洲水利枢纽混凝土蜗壳采用预应力加固在国内外均属首次。对预应力混凝土蜗壳在各工况下的应力分布进行三维仿真模型试验研究,以验证预应力加固效果并对蜗壳运行条件和安全条件做出评价。三维仿真试验研究的成果,对工程设计方案优化具有指导意义,表明蜗壳后张预应力加固作用显著,结构整体应力水平合理,工程安全可靠并具有良好的运行条件。     

预应力混凝土蜗壳三维有限元结构分析

采用三维有限元法对预应力混凝土蜗壳进行结构分析，以清江高坝洲水电站为例，表明对蜗壳施工预应力后，能够减少蜗壳内部的拉应力，调整蜗壳的应力分布。     

温度作用下蜗壳外围混凝土裂缝稳定性分析

大型直埋式蜗壳结构在温度作用下,外围混凝土裂缝受力条件复杂。以某水电站蜗壳结构为计算实例,应用ANSYS有限元软件建立了带裂缝的蜗壳管节模型,引入混凝土断裂力学。考虑温度变化作用,计算蜗壳结构在温度荷载作用下外围混凝土裂缝的应力强度因子,根据混凝土复合裂缝判据判断蜗壳外围混凝土裂缝的稳定性。计算结果表明,温度荷载对蜗壳外围混凝土裂缝稳定性影响较大。     

高坝洲水电站混凝土蜗壳预应力锚索施工

高坝洲水电站混凝土蜗壳采用预应力锚索加固，这在国内尚属首例，其预应力锚索包括水平环向锚索和垂直竖向锚索。水平环向锚索的管道定位支架结构科学、可靠，垂直竖向锚索的压缩式内氏段楔形体成功解决了内锚头长度受限制的应用问题。实践证明，水轮机混凝土蜗壳采用预应锚索加固可以节省投资，加快施工进度。     

水电站预应力混凝土蜗壳锚索布置方案研究

以水头较高的某大型水电站混凝土蜗壳为例，通过三维有限元计算，分析了蜗壳混凝土各向高 拉应力区的分布范围，并根据高拉应力区的受力特征和分布范围，初拟了4种预应力锚索布置方案。综 合比较4种锚索布置方案的加固效果后，提出了在侧墙与顶底板连接处满足限裂防渗要求并在左侧墙 外侧跨中满足抗裂要求的预应力锚索布置方案。与已建水电站预应力混凝土蜗壳相比，该方案取消了 水平向Ｕ形曲线预应力锚索，缩小了侧墙竖向预应力锚索的布置范围，在蜗壳进口段顶板和底板靠近流 道位置增设了径向预应力锚索，可为后续类似工程的锚索布置提供有益的参考和借鉴。     

高坝洲水电站混凝土蜗壳后张预应力锚索施工

简要介绍了高坝洲水电站水轮机混凝土蜗壳采用后张预应力锚索加固施工的过程,说明采用这种方法既能节约投资,又能加快进度。     

三峡水电站直埋式蜗壳结构的非线性分析

本文结合三峡水电站,采用三维非线性有限元法对右岸某机组段直埋式蜗壳结构的受力和变形特性进行分析。数值计算模型考虑了钢衬和外围混凝土之间的摩擦接触、混凝土材料的拉伸软化和损伤特性,对外围混凝土的损伤指标及分布、各钢部件应力、结构位移等进行了分析研究,并在蜗壳外围混凝土发生损伤的情况下对座环柔度进行了复核。结果表明,在内水压力等设计荷载作用下,直埋式蜗壳的钢材强度完全能够得到保证;混凝土的损伤密集区出现在上下环板附近,且损伤指标较大;在蜗壳腰部、顶部混凝土损伤程度较小;考虑蜗壳外围混凝土含有损伤情况下的座环柔度值远大于按线弹性理论得到的结果。     

预应力CFRP加固钢筋混凝土梁的受力试验

采用预应力碳纤维布(CFRP)、非预应力CFRP加固钢筋混凝土梁与未加固对比梁进行受力试验,分析了预应力CFRP加固钢筋混凝土梁的破坏特征,研究CFRP预应力和混凝土预裂对加固钢筋混凝土梁的裂缝、挠度、混凝土和CFRP应变、开裂荷载、屈服荷载和极限荷载的影响。结果表明:对CFRP施加预应力可充分发挥其高强的特性;预应力CFRP可明显增强加固钢筋混凝土梁的抗弯性能,提高开裂荷载、屈服荷载和极限荷载,提高截面抗弯刚度,增大极限破坏时的挠度和延性,减小裂缝宽度和延伸长度;混凝土预裂将在一定程度上降低预应力CFRP对加固梁抗弯性能的增强作用。     

高坝洲水电站大坝原型观测成果

高坝洲水电站大坝的原型观测自混凝土浇筑至2001年3月的观测成果，特别是2000年5月水库蓄水之后的大坝变形、基础渗流和预应力混凝土蜗壳应力的实测成果表明，大坝变形符合一般重力坝的变形规律，坝基渗压和渗量均很小，预应力混凝土蜗壳完全满足了混凝土限裂的设计要求。     

预应力钢骨超高强混凝土梁抗弯性能非线性分析

为全面了解预应力钢骨超高强混凝土梁的受力性能,采用ANSYS对预应力钢骨超高强混凝土梁在静力荷载作用下的抗弯受力过程进行数值模拟分析,并与试验结果进行比较。结果表明,该模型所得的开裂荷载、极限荷载、钢筋屈服荷载以及荷载位移曲线与试验结果接近,验证了有限元模型的正确性。模型为预应力钢骨混凝土结构的非线性分析提供了一种较为准确的数值模拟方法。     

蜗壳外围混凝土裂缝稳定性分析

根据某水电站蜗壳外围混凝土非线性静力有限元计算结果,确定了裂缝分布范围和长度。应用ANSYS有限元软件建立了带裂缝的蜗壳管节模型,引入混凝土断裂力学概念,在裂缝尖端设置应力奇异单元。计算分析表明:蜗壳外围混凝土裂缝在荷载作用下主要是I-II复合型裂缝;蜗壳结构在正常运行期间裂缝稳定;在最大内水压力作用下和蜗壳检修期间部分裂缝会继续发展,应予以注意。     

动力荷载作用下预应力混凝土靠船桩变形性能理论及数值分析

结合靠船桩工作特点,提出了考虑内外阻尼效应的靠船桩动力理论分析方法,并采用数值分析手段,分析了动力荷载作用下混凝土强度、初始预应力及荷载作用位置对预应力混凝土靠船桩变形、抗裂性能的影响.结果表明,高强度混凝土靠船桩受预应力水平影响大,但当高初始预应力与低荷载作用位置组合时,混凝土等级变化对靠船桩极限变形能力影响较小;预应力混凝土靠船桩开裂荷载与荷载作用位置关系密切,当荷载作用位置较高时,桩身开裂后很快就丧失承载能力而发生破坏;初始预应力水平对低强度混凝土(C50)靠船桩的极限变形能力影响小,而对等级较高混凝土(C60、C70)靠船桩极限变形能力影响较大.     

基于XFEM的预应力混凝土梁裂纹扩展研究

混凝土开裂多是由于混凝土材料中拉应力超过抗拉极限引起的,在工程中常用预应力来增强混凝土整体的抗拉性能。为了研究预应力的施加如何阻止混凝土中的裂纹扩展,基于ANSYS仿真建立有、无预应力的预制裂纹混凝土梁的扩展有限元模型,在相同的荷载施加条件下进行裂纹扩展计算。研究发现预应力的施加可以有效提高混凝土开裂的临界荷载且加剧混凝土开裂的突然性;同时,还会改变裂纹扩展模式,使裂纹随着荷载的增加发生逐段的突变扩展,区别于无预应力混凝土梁中的裂纹连续扩展;在相同荷载作用下,相比无预应力混凝土,预应力的施加显著降低了底部裂纹的扩展长度及裂纹最大张开宽度,有效的控制了裂纹扩展。     

三峡左岸电站蜗壳保压保温浇筑二期混凝土技术

三峡左岸电站单机容量700MW，蜗壳二期混凝土由充水加压(1．5倍设计水头约120m)改为保温(16℃～22℃)保压(70m水头)状态下浇筑，以达到低水头运行时由钢蜗壳单独承受荷载，高水头运行时钢蜗壳与外包混凝土共同受力的目的，属国内首创。混凝土入仓采用门机、胎带机、布料机和混凝土泵等方式，座环阴角部位混凝土采用泵送方式，并在蜗壳底部与座环阴角部位预埋回填灌浆系统做补充，以确保混凝土浇筑密实。实际施工表明，座环阴角部位混凝土浇筑非常密实，回填灌浆量很小，单台机不到200kg，达到了预期目标。     

三峡水电站充水保压蜗壳平面非线性分析

采用自编的三维钢筋混凝土非线性有限元程序，对三峡水电站充水保压蜗壳进行了平面非线性分析，分析了钢蜗壳及外围钢筋混凝土的应力变形特性。非线性计算分析表明，在蜗壳进口断面处，虽然外围混凝土较薄，但在设计内水压力、结构自重和设备重量这些荷载组合作用下，蜗壳进口断面混凝土可能不会开裂，因此钢材应力均比较低，结构具有较高的安全度。说明现有配筋方案钢筋用量可能偏多，没有充分发挥钢材的作用，在进一步设计时可以适当优化。     

景洪水电站蜗壳设计

景洪水电站采用联合承载蜗壳结构型式,在国内尚属首例,采用三维非线性有限元方法,对外围钢筋混凝土的开裂荷载、裂缝发展、钢蜗壳和钢筋的应力分布以及蜗壳与机墩的变形特性进行研究,并对蜗壳外围混凝土配筋方案进行复核;同时研究了蜗壳结构动力特性,分析蜗壳自振特性,并进行共振校核,为避免共振的发生提供理论依据。景洪水电站于2009年6月5台机组全部建成投产,至今厂房5台机组的水轮机蜗壳均运行正常,未发现异常振动及漏水现象。     

长潭河电站混凝土蜗壳施工技术总结

从经济角度出发,水电站采用混凝土蜗壳替代钢衬蜗壳,可以大量节约钢衬及安装费用;从结构和使用角度出发,也完全可以满足设计要求。蜗壳结构复杂,混凝土浇筑施工工艺要求高。在长潭河水电站混凝土蜗壳浇筑中, 将蜗壳混凝土分为蜗壳底板混凝土、座环支墩混凝土、蜗壳侧墙混凝土、转轮室三期混凝土、蜗壳上锥体及顶板混凝土, 针对不同部位的混凝土,分别采用了不同的混凝土浇筑方法施工。 对长潭河水电站混凝土蜗壳浇筑的施工工艺、施工方法、施工质量控制要点、施工效果进行了介绍。混凝土蜗壳施工完成后,经检查,蜗壳形体结构和混凝土内部质量均满足设计要求,实际运行情况良好。