带加劲环埋藏式压力钢管的抗外压稳定性分析

水电站压力钢管作为一种薄壳结构,在承受外压时易发生压屈而失稳,成为某些水电站压力管道钢衬设计的控制因素.目前规范采用明管抗外压的米赛斯公式计算埋藏式加劲环压力钢管的临界外压,将外包混凝土衬砌对管壁的径向约束作用作为安全储备,安全系数略予降低.为量化这种必然使钢管临界外压增大的混凝土衬砌径向约束作用,首先利用非线性屈曲分析按明管定量分析加劲环式压力钢管的临界外压,进而再通过在外包混凝土衬砌和钢衬间设置接触单元考虑混凝土衬砌对管壁的径向约束作用,按埋管分析加劲环式压力钢管的临界外压,然后与按米赛斯公式和赖华金等所推导的公式计算的临界外压进行对比.表明即使混凝土衬砌和钢管间有均匀分布的缝隙,外包混凝土衬砌的径向约束作用也会使环间管壁的临界屈曲外压明显提高,提高幅度可高达50%以上.     

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。     

某气田集输配气管网仿真分析

针对国内的某些老气田已经进入开发后期,产气规模小,产量田已满足不了市场的需求的实际,提出以管网仿真分析,实施地面管网规划和改造,进行邻区天然气的开发和利用.建立了包括管道和非管元件的复杂管网的数学模型,对稳态仿真采用节点压力法建立非线性方程,对瞬态仿真采用隐式法建立非线性差分方程,并应用广义阻尼牛顿-拉夫逊法求解非线性方程组,最后研制出管道仿真系统Pipeline Emulation System(PES)仿真软件包,对某片区的目前管网和规划管网进行仿真分析.结果表明:规划后管网中的管道压力没有超过允许压力,大部分管道可以增加流量,个别管道应该改换成较大管径的管道.     

天荒坪抽水蓄能电站厂内明钢管段应力测试与分析

介绍了天荒坪抽水蓄能电站１＃机组压力管道厂内明钢管段在设计压力作用下的应力状况．实测结果表明,在内水压力值８．６ＭＰａ作用下,压力管道的强度安全系数为３．２,加劲环局部的强度安全系数为２．４,满足设计要求．     

加劲压力钢管结构优化设计

提出了改进加劲压力钢管设计的新思想,建立了加劲压力钢管结构优化设计的数学模型,介绍了约束非线性混合离散变量最优化方法的基本原理及其工程应用,研制了加劲压力钢管结构优化设计通用程序（ＯＳＤＰＲ）。结合工程实例,对加劲压力钢管进行优化设计,经济效益显著。     

天荒坪抽水蓄能电站厂内明钢管段应力测试与分析

介绍了天荒坪抽水蓄能电站１号机组压力管道厂内明钢这段在设计压力作用下的应力状况,实测结果表明,在内水压力值８．６ＭＰａ作用下,压力管道的强度安全系数为３．２,加劲环局部强度安全系数为２．４,满足设计要求。     

压力管道在采用放置式探头探测时的特征频率选取

首先从理论上分析了放置式探头探测压力管道时的涡流环模型,然后应用此模型推导出了检测时的特征频率计算公式.最后采用了实际试样对此公式进行了验正,取得了满意的结果.     

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.     

海底管道在刚性扣入式止屈器中的屈曲传播理论研究

为了从理论上研究海底管道在扣入式止屈器中的屈曲传播问题,建立了二维管道环模型,并运用非线性离散弹簧模型来模拟管道内壁以及管道外壁与止屈器内壁之间的接触作用。理论模型中考虑了结构的非线性几何大变形和弹塑性本构关系,利用虚功原理建立了平衡方程,计算研究了海底管道在刚性扣入式止屈器中屈曲传播时的外压-截面积变化规律,然后基于Maxwell能量平衡法确定了扣入式止屈器的穿越压力下限。通过将理论计算结果与全比例管道试验和有限元数值模拟进行对比,证明了该理论方法的正确性,本理论模型为进一步研究三维管道模型的屈曲传播和止屈机理奠定了基础。     

方钢管柱-H型钢梁端板连接节点性能的有限元分析

应用大型有限元软件ABAQUS,建立方钢管柱-H型钢梁端板连接的三维有限元模型,考虑了几何非线性、材料非线性和接触非线性,均采用拟静力加载方式进行分析.试件模型为两个系列,一个为端板加劲肋厚度系列,另一个为在设置端板加劲肋条件下的柱壁厚度系列,通过ABAQUS的分析得到其滞回曲线、骨架曲线、能量耗散系数.模拟结果分析表明:加劲肋的设置与柱壁的厚度对节点性能的影响较大,通过数据分析对比,本文给出此节点的构造设计建议,即端板应设置加劲肋,其厚度稍大于梁的腹板厚度,而柱壁厚度建议8-10mm.     

坝后预应力混凝土压力背管的受力性能

结合三峡水电站坝后浅埋式压力背管的布置,研究了采用钢衬预应力混凝土结构替代原设计钢衬钢筋混凝土结构的可行性.通过分析坝管连接侧面设置与不设置软垫层对钢衬预应力混凝土压力管道本身的受力性能及管道对坝体的影响,提出了取消软垫层的设计与施工建议.研究了钢衬预应力混凝土压力管道在施工和使用阶段的受力性能     

压力钢管可靠度分析基本变量的统计特性

通过对有关资料的统计分析 ,提出了钢管静水压力、水锤压力、地下埋管围岩承载率、坝后背管抗力计算模式等的统计参数和概率分布类型 ,可供水电站压力钢管可靠度分析和确定分项系数时参考     

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.     

钢衬钢筋混凝土下游坝面压力管道结构分析方法的研究

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一种新型结构。系统地总结评价了水电站钢衬钢筋混凝土压力管道这种新型结构的结构分析方法,包括各种准解析法、非线性有限元分析方法和仿真材料结构模型试验。     

混凝土内压力钢管承受内水压力的计算

本文以理论推导、工程实例和模型试验为依据,分析和比较了国内外几种混凝土内埋藏式钢管的计算办法,推荐了计算方法和提出了布置坝内埋管的限制条件,并探讨了坝内埋管的发展趋势。     

钢衬钢筋混凝土管道垫层及选型研究

对某巨型水电站坝后钢衬钢筋混凝土管道几种截面选型方案进行了探讨。利用空间正交各向异性块体夹膜单元及非线性有限元分析,对钢衬钢筋混凝土管道垫层包角及弹模进行了详细研究,提出了钢衬与外包钢筋混凝土联合作用管道的方案。     

三峡电站钢衬预应力混凝土联合受力压力管道设计方案选择

以三峡电站坝后背管钢衬钢筋混凝土联合受力结构为基础 ,在保证压力管道承载力要求、提高结构耐久寿命的前提下 ,提出了钢衬预应力混凝土联合受力压力管道的设计方案 .考虑结构荷载工况和施工工艺 ,对后张有粘结真空辅助压浆方案和后张无粘结方案的预应力筋束锚固方式、扶壁夹角和钢衬厚度等进行了论证 .通过对不同钢衬厚度、不同外包混凝土尺寸压力管道有限元计算的对比分析 ,提出了三峡电站钢衬预应力混凝土联合受力压力管道的优化设计方案     

弹性地基上的加肋板分析——边界元和有限元法耦联

用无奇点边界元法处理弹性地基上的薄板；用有限元法处理加肋板上的肋梁（即格栅结构），根据弹性地基上的薄板与格栅之间的平衡与协调关系，将两种方法所建立的方程进行耦联，导出一组基本方程；求解板上选点的挠度和有关参数，进而求得板和肋梁的内力．本方法适于任意形状、多种边界条件以及不均匀地基上的加肋板．