预应力钢衬钢筋混凝土坝后背管非线性分析

以龙开口水电站为例,提出了预应力钢衬钢筋混凝土坝后背管结构的设计方案,并采用非线性有限元理论对背管结构进行了极限承载力分析。研究了坝后背管结构的应力分布规律,并将预应力钢衬钢筋混凝土坝后背管与普通钢衬钢筋混凝土坝后背管进行对比分析。研究成果表明：预应力钢衬钢筋混凝土坝后背管结构具有节省投资、避免开裂、耐久性好等优点,是一种值得广泛应用和推广的压力管道结构形式。     

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.     

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。     

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。     

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     

坝后背管结构有限元分析探讨

以李家峡坝后背管为依托,借助具有强大结构分析功能的有限元软件ANSYS分析坝后背管结构应力状态。经分析单元尺度对坝后背管混凝土、钢筋的应力影响小于对钢管的影响;坝体与背管混凝土接缝面的力学效应对背管混凝土、钢筋、钢衬的应力影响很小;计算所得的应力大小规律与类似工程模型试验所得的应力分布规律完全一致,其计算值与规范中用弹性中心法所得的应力值基本接近。     

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。     

钢衬钢筋混凝土埋管结构设计与原观资料分析

天生桥一级水电站高压引水管后段地下埋管，进即入厂房前50m段，采用钢衬钢筋混凝土结构。原结构设计采用混凝土坝后背管计算模型，视混凝土衬圈径向开裂，不计围岩作用。通过4号引入道投入运行两年来的原型观测资料与结构计算的分析对比，认为原设计在结构上偏于安全，在上覆岩体小于3D的情况下，围岩实际上可以承担相当部分内水压力，认为结构计算采用坝内埋管的计算模型更为合适。     

强震区钢衬钢筋混凝土坝后浅埋管受力特性研究

坝后浅埋管设计原则是钢衬与外围钢筋混凝土联合受力。以某强震区水电站坝后浅埋管为例,建立坝基-坝后浅埋管-坝后式厂房的有限元模型,对运行期坝后浅埋钢衬管道结构受力特性进行分析结果显示,该钢管具有较高的结构安全度。     

坝内埋管结构的极限状态与设计方法研究

针对以钢筋屈服为标志的承载力极限状态和以此极限状态为依据的配筋计算方法不能完全反映联合承载坝内埋管结构的实际的情况,提出了以管周混凝土拉应变值达到埋管结构临界应变极限值时的状态为埋管结构的极限状态,并据此建立了钢衬钢筋混凝土坝内埋管结构的设计计算方法,为同类结构的工程设计提供参考。     

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。     

坝后背管结构优化设计

坝后背管是一种钢筋混凝土和钢管联合受力结构,在保证压力管道承载力和结构耐久性的前提下,存在着外包钢筋用量和钢管用量分担比率的优化问题。文章利用ANSYS强大的有限元计算功能和自动优化功能,对黄河积石峡水电站压力管道进行优化分析。     

坝后背管承载安全性能研究

采用钢筋混凝土非线性有限元法,考虑混凝土软化和分期施工过程,研究了某坝后背管的管坝接缝面应力状态、管道钢材应力和管道外包混凝土裂缝宽度,并且针对调速系统误操作引起的超载作用,研究了背管内水压超载破坏过程,评价了管道的承载安全性能,提出了减少配筋量和提高结构安全度的措施。研究表明:管道设计方案能够安全承载,结构的内水压超载安全系数为2.03;在规范"轴对称"配筋设计方法基础上,管道约束区可适当减少配筋量,环向断面不同位置可采用不同配筋量;提高主变平台以上局部管道的混凝土标号,可使结构破坏形式由局部失稳转化为整体失稳或强度破坏,能提高结构的整体安全度。     

钢衬预应力混凝土压力管道设计方法

根据环形预应力作用机理，结合弹性地基粱理论，提出了钢衬预应力混凝土压力管道在结构施工阶段的验算方法，给出了预应力筋束的最大间距，确定了预应力筋束分步张拉施工与荷载控制的方法，结合多层圆筒轴对称平面形变计算理论，提出了钢衬预应力混凝土压力管道运行阶段抗裂性能的验算方法，同时给出了钢衬预应力混凝土压力管道极限承载能力计算公式，     

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。     

坝体变位和内水压力对坝后背管结构应力的影响

用三维接触单元模拟背管与坝体接触面，分析坝体变形和内水压力对李家峡坝后背管结构应力的影响。坝体变位对背管结构轴向应力的影响表现为上部为拉应力下部为压应力，并且拉应力由背管的上弯段向下弯段逐渐减小，部分轴向拉应力值大于混凝土设计抗拉强度；背管内水压力对背管结构环向应力的影响表现为环向拉应力，并且管腰外缘和管顶内缘混凝土环向拉应力是混凝土设计抗拉强度的2．4倍。根据应力的大小分布可以确定，坝体变形是背管产生较大轴向拉应力的主要因素，是产生环向拉应力的次要因素；内水压力是使背管产生较大环向拉应力的主要因素，是产生轴向拉应力的次要因素。     

钢衬钢筋混凝土管道应力分析非线性理论概述

钢衬钢筋混凝土压力管道是水电站广泛采用的新型结构 ,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及进展情况 ,指出了进一步研究需要解决的问题