半埋藏式鋼襯鋼筋混凝土壓力管道鋼筋應(yīng)力計(jì)算

提出“外部管壁”力學(xué)模型,并推導(dǎo)出精度較高的半理論半經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式,該公式考慮了混凝土保護(hù)層內(nèi)外的裂縫寬度差異,而后給出算例。

根據(jù)模型實(shí)驗(yàn)和非線性有限元計(jì)算結(jié)果,對(duì)下游壩面式鋼襯鋼筋混凝土壓力管道結(jié)構(gòu)在各類荷載及其組合下的受力性態(tài)進(jìn)行了分析和總結(jié),提出了此種結(jié)構(gòu)五階段受力的概念。

國內(nèi)外大型水電工程都需要布置能宣泄大流量的、承受高水壓的壓力管道。水輪機(jī)和壓力管道是很多綜合水電工程最重要的主體工程之一。壓力管道通常多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),內(nèi)有承壓的鋼殼,外包鋼筋混凝土保護(hù)層,以滿足這類建筑物提出的安全和可靠性的高要求。分析研究了現(xiàn)有壓力管道的結(jié)構(gòu)、安全系數(shù)、計(jì)算方法及有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

國內(nèi)外大型水電工程都需要布置能宣泄大流量的，承受高水壓的壓力管道，水輪機(jī)和壓力管道是很多綜合水電工程最重要的主體工程之一。壓力管道通常多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)有承壓的鋼殼，外包鋼筋混凝土保護(hù)層，以滿足這類建筑物提出的安全和可靠性的高要求。

針對(duì)鋼襯鋼筋混凝土壓力管道,結(jié)合彈性模量縮減法和梁系有限元法,建立了結(jié)構(gòu)極限承載力分析的彈性迭代法。彈性迭代法繼承了彈性模量調(diào)整法原理簡單、應(yīng)用方便的優(yōu)點(diǎn);同時(shí),利用梁系有限元能大大減少單元和自由度數(shù),在保持精度的同時(shí)能顯著提高計(jì)算效率。算例分析表明,彈性迭代法計(jì)算精度良好,可應(yīng)用于鋼襯鋼筋混凝土壓力管道結(jié)構(gòu)的極限承載力分析中。

采用接觸單元并考慮材料的非線性,通過對(duì)鋼襯鋼筋混凝土壓力管道進(jìn)行三維有限元參數(shù)化分析表明,接觸單元能較好地模擬鋼襯管與墊層的相互作用,參數(shù)化分析得出各個(gè)參數(shù)對(duì)壓力管道的影響,為壓力管道的精確設(shè)計(jì)提供參考.

基于鋼襯鋼筋混凝土壓力管道在設(shè)計(jì)荷載下外包混凝土將帶裂縫工作的基本承載特性,以緩解開裂與限裂間的矛盾為指導(dǎo)思想,將減小壩后背管外包混凝土裂縫寬度和提高開裂管道的耐久性作為研究目的,結(jié)合模型試驗(yàn)和有限元法,研究了一些裂縫控制措施的應(yīng)用效果,以及有效的計(jì)算內(nèi)水壓力下鋼襯外包混凝土裂縫寬度的公式。結(jié)果表明:總用鋼量相同時(shí),減薄鋼襯,加大鋼筋用量,減小裂縫寬度效果明顯;減薄鋼襯外包混凝土厚度,也可減小裂縫寬度;性能可靠的防水涂料具備黏接性強(qiáng)和變形能力高的基本性質(zhì),可進(jìn)一步研究其對(duì)提高管道耐久性的長期作用;采用п-780-83規(guī)范中的裂縫寬度公式,計(jì)算結(jié)果與模型試驗(yàn)結(jié)果較為符合。

結(jié)合ansys有限元分析軟件在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分析中的應(yīng)用,應(yīng)用ansys軟件對(duì)某水電站的鋼襯鋼筋混凝土壓力管道的應(yīng)力和位移進(jìn)行了模擬分析。

鋼襯鋼筋混凝土壓力管道的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)際上是如何充分發(fā)揮鋼材強(qiáng)度以達(dá)到即節(jié)省鋼耗又增加收益的目的.首先采用鍋爐公式擬定經(jīng)濟(jì)直徑,然后借助ansys有限元優(yōu)化技術(shù),利用ansys優(yōu)化工具箱的零階方法,設(shè)計(jì)在不同水壓下鋼襯鋼筋壓力管道的最優(yōu)彈性模型,并通過與某工程實(shí)例進(jìn)行比較,驗(yàn)證該工程設(shè)計(jì)的合理性和經(jīng)濟(jì)性.

以三峽大壩背管壓力管道為原型,按照1∶10進(jìn)行幾何縮尺,制作了內(nèi)徑達(dá)1.24m的鋼襯鋼筋混凝土壓力管道。使用新型內(nèi)水壓力施加方法,進(jìn)行了模型試驗(yàn),掌握了鋼襯鋼筋混凝土壓力管道在內(nèi)水壓力作用下的工作機(jī)理。通過與同系列模型試驗(yàn)的比較,對(duì)鋼襯鋼筋混凝土壓力管道模型試驗(yàn)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。最后針對(duì)常規(guī)鋼襯鋼筋混凝土壓力管道,參照相關(guān)領(lǐng)域研究成果,比較選擇了符合試驗(yàn)結(jié)果的初裂荷載計(jì)算公式、裂縫間距最大縫寬計(jì)算公式以及管道強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式,以供設(shè)計(jì)使用。

鋼襯鋼筋混凝土壓力管道是水電站廣泛采用的新型結(jié)構(gòu),其內(nèi)水壓力等荷載由鋼襯和外包的鋼筋混凝土共同承擔(dān)。結(jié)合工程應(yīng)用,系統(tǒng)地總結(jié)了下游壩面鋼襯鋼筋混凝土壓力管道非線性有限元分析的特點(diǎn),并從混凝土本構(gòu)關(guān)系模擬(采用非線性彈性模型、彈塑性模型、內(nèi)時(shí)模型、斷裂力學(xué)模型、流變學(xué)模型、損傷力學(xué)模型)、混凝土裂縫模擬、鋼筋模擬和鋼筋與混凝土之間粘結(jié)模擬等方面介紹了研究進(jìn)展情況,指出了進(jìn)一步研究需要解決的問題。

總結(jié)了水電站下游壩面鋼襯鋼筋混凝土壓力管道的發(fā)展與應(yīng)用,及在仿真材料結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)、擬解析解和有限元方法等方面的研究進(jìn)展情況,指出了需進(jìn)一步研究解決的問題

本文論述了采用大小比悄仿真材料平面模型試驗(yàn)的方法研究三峽電站鋼襯鋼筋混凝土壓力管道在內(nèi)水壓力作用下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布、管道混凝土初裂位置、初裂荷載、裂縫寬度、裂縫發(fā)展特征以及管道的極限承載能力。研究減小裂縫寬度的措施。

鋼襯鋼筋混凝土壓力管道應(yīng)用于大型水電站中,一般在設(shè)計(jì)時(shí)都允許混凝土出現(xiàn)裂縫,但對(duì)裂縫寬度進(jìn)行了限制,而實(shí)際工程實(shí)測值往往超過計(jì)算值。結(jié)合三峽大比尺結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)分析了用現(xiàn)有計(jì)算公式計(jì)算鋼襯鋼筋混凝土壓力管道裂縫寬度的計(jì)算值與實(shí)測值的符合程度并對(duì)今后將進(jìn)行的裂縫寬度的研究提供了建議。

采用ansys程序?qū)θ龒{水電站管道大比尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行了有限元分析,得到了管道開裂前各種材料的承載比、初裂荷載、裂縫寬度以及結(jié)構(gòu)超載系數(shù),并與模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比.結(jié)果表明,有限元分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本一致,可以為其他工程提供參考.

三峽水電站為壩后式廠房,引水采用單機(jī)單管引水方式,壓力管道直徑大,hd值高。設(shè)計(jì)對(duì)壓力管道的布置形式和結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行了論證研究,為盡量減少管道布置對(duì)壩體斷面的削弱,方便施工,提高壩體結(jié)構(gòu)整體安全性,經(jīng)綜合比較后確定壓力管道采用下游壩面留淺槽管的布置形式,結(jié)構(gòu)型式采用鋼襯鋼筋混凝上管聯(lián)合受力的方式。通過對(duì)壓力管道的設(shè)計(jì)原則和方法、安全系數(shù)確定、鋼襯和鋼筋配置的設(shè)計(jì)、鋼襯鋼筋混凝土管聯(lián)合受力措施研究、管道裂縫分析及保護(hù)措施研究等工作,為保證施工質(zhì)量創(chuàng)造了條件,并節(jié)省了工程投資。另外,三峽水電站工程實(shí)踐也為我國制定水電站鋼襯鋼筋混凝土壓力管道設(shè)計(jì)規(guī)范提供了充分、翔實(shí)的依據(jù)。

前蘇聯(lián)鋼襯鋼筋混凝土壓力管道經(jīng)驗(yàn)及其應(yīng)用——前蘇聯(lián)從60年代中期開始對(duì)鋼對(duì)鋼筋混凝土壓力管道進(jìn)行了較系統(tǒng)的試驗(yàn)研究、理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算，提出了設(shè)計(jì)堆則井修政了相應(yīng)的設(shè)p規(guī)范．甚結(jié)了豐富的經(jīng)驗(yàn)為了吸救前蘇聯(lián)的鋼襯鋼筋混凝土壓力管道的設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)...

前蘇聯(lián)從60年代中期開始對(duì)鋼襯鋼筋混凝土壓力管道進(jìn)行了較系統(tǒng)的試驗(yàn)研究、理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算,提出了設(shè)計(jì)準(zhǔn)則并修改了相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范,總結(jié)了豐富的經(jīng)驗(yàn)。為了吸收前蘇聯(lián)的鋼襯鋼筋混凝土壓力管道的設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn),中國長江三峽工程開發(fā)總公司邀請(qǐng)了俄羅斯專家進(jìn)行咨詢,對(duì)三峽電站壓力管道按蘇聯(lián)規(guī)范作復(fù)核計(jì)算,優(yōu)化了三峽電站壓力管道的設(shè)計(jì)。

承插式自應(yīng)力鋼筋混凝土壓力管可代替鋼管和鑄鐵管用于城鎮(zhèn)自來水輸水管道,為國家節(jié)省大量金屬材料和基建投資.目前,我國許多城市的給水管道都采用了承插式自應(yīng)力鋼筋混凝土壓力管道.現(xiàn)將其施工方法總結(jié)如下:一、管材與接口材料的檢查1.管材和配件檢查施工之前,將管子順序地排列于溝槽一側(cè),并對(duì)管子和配件(包括特制配件)進(jìn)行外觀檢查,詳細(xì)地察看管體和配件有無裂縫、露筋、脫皮等缺損.

承插式自應(yīng)力鋼筋混凝土壓力管可代替鋼管和鑄鐵管用于城鎮(zhèn)自來水輸水管道,為國家節(jié)省大量金屬材料和基建投資.目前,我國許多城市的給水管道都采用了承插式自應(yīng)力鋼筋混凝土壓力管道.現(xiàn)將其施工方法總結(jié)如下:一、管材與接口材料的檢查1.管材和配件檢查施工之前,將管子順序地排列于溝槽一側(cè),并對(duì)管子和配件(包括特制配件)進(jìn)行外觀檢查,詳細(xì)地察看管體和配件有無裂縫、露筋、脫皮等缺損.

本文先介紹水電站鋼襯鋼筋混凝土壓力鋼管工程實(shí)例,接著論述了鋼襯鋼筋混凝土壓力管道的作用機(jī)理和非線性分析的必要性,最后闡述了鋼襯鋼筋混凝土壓力管道非線性分析在ansys的實(shí)現(xiàn)方法.

應(yīng)用斷裂力學(xué)原理,給出了鋼筋混凝土壓力管道有關(guān)斷裂的計(jì)算公式。