关埠引水工程内水压力作用下隧洞管片受力与接缝变形研究

利用有限元软件建立关埠引水工程隧洞管片三维数值模型,系统分析了管片应力、接缝变形及螺栓应力在不同工况下的变化规律。结果表明:内水压力会显著影响隧洞衬砌管片的力学性能,随着内水压力的增大,管片应力、接缝变形及螺栓应力也随之增大,盾构隧洞衬砌管片最大拉应力为3.263 MPa,最大压应力为6.612 MPa、管片接缝变形最大为0.28 mm,TBM隧洞衬砌管片最大拉应力为0.192 MPa,最大压应力为2.952 MPa、管片接缝变形最大为0.08 mm,连接螺栓的应力变化与接缝变形能相互吻合,接缝变形越大,螺栓应力也越大,最大值为604.01 MPa。研究结果可为输水隧洞衬砌结构的设计与分析提供参考。

内水压力下水工隧洞衬砌与围岩承载特性研究

衬砌与围岩是水工隧洞的主要组成部分,内水压力是其承担的主要荷载之一。采用轴对称计算模型,以衬砌与围岩间接触应力状态为判断标准,研究了衬砌混凝土开裂前后围岩渗透系数、变形模量等材料参数对衬砌与围岩联合承载特性的影响,详细地介绍了透水衬砌的设计方法和计算过程,以混凝土最大裂缝宽度为控制标准,编制了透水衬砌结构计算与配筋设计程序,并给出了算例验证。计算结果表明,围岩渗透系数是隧洞结构设计的关键,与围岩变形模量具有同等重要作用;围岩透水性越差或变形模量越低,衬砌与围岩越容易脱开;与混凝土开裂前相比,混凝土开裂后,衬砌与围岩更容易脱开;与钢板衬砌方案相比,钢筋混凝土衬砌方案可以很大程度地减小钢材用量;建议高压钢筋混凝土衬砌隧洞设计、施工时,应尽可能地保持围岩的完整性,并进行细致周密的固结灌浆,以增强围岩抗渗能力。

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。

西龙池抽水蓄能电站高压岔管考虑围岩分担内水压力设计现场结构模型试验研究

西龙抽水蓄能电站岔管规模远超过国内已建工程,为降低制作、安装难度,考虑岔管与围岩联合受力设计。在大量结构分析基础上,通过现场结构模型试验对埋藏式岔管实际受力状态和施工工艺的模拟,为设计参数取值、岔管与围岩联合受力规律研究,提供重要的科学依据。

均匀内水压力作用下圆形混凝土衬砌隧洞配筋设计探讨

基于对规范隧洞衬砌结构设计方法的分析探讨,考虑实际隧洞衬砌配筋应力状况,提出便于设计者进行均匀内水压力下圆形混凝土衬砌隧洞结构计算分析方法。按照此方法进行隧洞衬砌设计,计算过程简单清晰,设计分析结论明确,可以满足工程设计要求。

内水压力作用下加劲环对压力钢管外围混凝土应力的影响

通过有限元分析，从加劲环厚度、高度及设置问距三方面，探究内水压力作用下加劲环式压力钢管外围混凝土环向应力的变化规律。计算表明，加劲环厚度越大，外围混凝土环向应力呈锯齿形波动．力Ⅱ劲环高度越大，外围混凝土环向应力越小；加劲环间距越大，外围混凝土环向应力呈先增大后减小的趋势。另外，从内水压力、钢管厚度及压力钢管半径三方面，研究有无加劲环时外围混凝土环向应力差的变化规律。计算表明，内水压力、钢管厚度及压力管道半径越大，加劲环对外围混凝土环向应力影响越大；相比无加劲环时，加劲环的设置使得外围混凝土环向应力有所增大，但幅度有限。

坝内管在内水压力作用下应力分析的新方法

坝内管在内水压作用下的应力分析问题，同样可以按文献［３］的模型转换方法进行转化。只要引入子结构和边界弹性支座，通常的坝内管计算模型就可转换成带弹性支座的铰接排架模型进行应力分析。然后还原成轴对称的多层环模型。从而进行钢衬钢筋环的强度验算。该法不需要建立联立方程，计算简单、模型直观，各部分力学关系明确，便于设计方案修改。并进而研究了坝内管水锤传波波速的计算，得出与“背管”相似的波速公式。

在内水压力作用下设软垫层的坝内钢管应力问题的一种解法

针对设软垫层的坝内钢管应力问题提出了两个弱解公式,适用于坝内埋管(钢管)的初步设计。

双区域断丝PCCP极限内水压力及破坏模式研究

为研究腐蚀断裂对预应力钢筒混凝土管(PCCP)失效的影响,建立了PCCP双区域断丝三维非线性管-土相互作用有限元模型,得到了不同间距轴向双区域断丝情况下管道的损伤演化、失效模式和极限承载能力。结果表明,断丝区域间距越大,相互影响越小,当间距大于150 cm后,两个区域之间基本没有相互作用,其极限内水压力与单区域断丝的结果差别显著。研究结果可为PCCP实际工程中的双区域断丝损伤评价及承载能力分析提供参考。

内水压力作用下3层衬砌输水隧洞结构受力分析

文章以南方某城市3层衬砌输水隧洞工程为研究对象,通过有限元软件建立精细化衬砌管片模型,分析了不同内水压力作用下3层衬砌受力情况。研究结果表明,在内水压力作用下,3层衬砌的管片张开量峰值为0.25mm,螺栓纵向应力峰值为88.7MPa,有效利用率为35.5%(即拉应力峰值与抗拉强度设计值比值),衬砌结构内水压力的承载力为0.6MPa。

内水压力作用下水工隧洞管片衬砌结构数值模拟分析

隧道衬砌管片结构直接影响隧道整体安全。本文以某输水水工隧洞为研究对象,利用有限元软件建立三维模型,计算管片变形与应力、接缝变形和螺栓应力,系统分析了内水压力作用下水工隧洞管片衬砌结构受力变形规律。研究表明,管片衬砌结构在内水压力作用下主要呈现向外的变形趋势,环向应力主要以环形拉应力为主;水头高度对不同位置接缝的裂缝宽度影响较小,裂缝平均宽度与水头高度的增长呈现线性关系;同一接缝的外侧开度较大,内侧开度较小,但同一接缝的裂缝开度差值接近;螺栓对于裂缝开度具有一定的限制作用,对于不同接缝和同一接缝不同开度,接缝宽度越大,当螺栓固定程度相同的情况下,螺栓对于裂缝的限制作用越大。

地下球型洞室温度荷载与均匀内水压力联合作用下的应力计算

给出了对流换热边界条件下的地下球型洞室温度分布规律 ,采用弹性理论多层厚壁球壳接触问题模型 ,建立了温度荷载与均匀内水压力联合作用下的地下球型洞室应力计算方法 ,导出了砼衬砌弹性温度自生应力σrh、σθh 和弹性约束应力σrh、σθh 的精确解计算公式 。

温度应力及内水压力耦合作用对隧洞衬砌伸缩缝间距及裂缝宽度的影响

分析了隧洞的温度分布,建立了温度应力和内水压力耦合作用下隧洞衬砌伸缩缝的间距及裂缝宽度的计算公式,并将其计算方法运用于新疆玛纳斯河老虎嘴水电站隧洞,使隧洞衬砌伸缩缝设计更加合理、经济。

非均匀内水压力作用下的坝下箱涵结构计算

据弹性地基梁理论,采用地下框架结构计算模型,按左手坐标系,分别推导坝下箱涵底板、顶板、侧墙载常数与地基梁形常数计算式,给出了坝下箱涵受非均匀内水压力作用的内力与变位解析法,且所获成果可应用于矩形地下框架结构计算。

内水压力对输水盾构隧洞复合衬砌结构影响研究

针对内水压力对盾构隧洞复合衬砌结构力学特性的影响,结合滇中引水工程龙泉倒虹吸隧洞,对复合衬砌壳-弹簧模型进行改进,对内水压作用下双层衬砌结构力学行为进行分析。结果表明,管片结构弯矩受内水压力影响较小,而管片轴力及纵向接头抗弯刚度随内水压力增加而减小;二次衬砌轴力及弯矩受内水压力影响较大;内水压力对弯矩较大处接头抗弯刚度有较大影响,接头抗弯刚度最大减小47.97%;外部水土荷载作用下管片变形呈现竖向收敛、水平扩张趋势,充水后衬砌结构整体向下位移,竖向进一步收敛;内水压力作用下,管片与二次衬砌间以径向受压作用为主,当管片纵向接头受正弯矩作用时,压应力显著增加,受负弯矩作用时,径向相互作用力为零,层间存在分离趋势。

超大直径高水压无粘结预应力涵管原型模型试验

吉林引松工程是国务院确定的172项重大水利工程之一,是吉林省有史以来投资规模最大、难度最大的大型跨区域引调水工程。内径5.1 m的超大型现浇混凝土预应力输水涵管能否成功应用,是引松供水工程重大关键技术难题之一。通过开展1∶1原型结构模型试验,系统研究了钢绞线预应力变化规律、沿程孔道摩阻力以及张拉锚头摩阻力损失情况、不同工况下混凝土涵管应力变形规律、伸缩缝变形规律等关键问题。在预应力涵管地面水力高压试验封堵技术、全分布式光纤感测技术、磁弹效应测试技术、水下收敛变形测试技术、双螺旋对偶的预应力涵设计方法、气-液复合加压稳压技术、涵管预应力结构三维非线性数值仿真技术以及极度严寒条件下的模型试验技术等方面取得了创新性成果,成功地优化了设计方案、改进了施工工艺。研究成果为推动水利水电工程中预应力输水涵管设计方法的发展提供了技术支撑。

钢套筒混凝土压力管道内水压承载性能有限元分析

为了研究新型结构钢套筒混凝土压力管道(SSCP)的内水压承载性能,建立SSCP非线性有限元模型,通过施加管道自重、管道内水重和逐级增大的均匀内水压力模拟SSCP从生产到运行各个阶段的受力状况,得到各工况下SSCP的应力变化特点和塑性开展规律。结果表明,SSCP在内水压力较小、未达到开裂压力Pb的工况下处于完全弹性状态,各构件应力均能满足正常工作要求,安全度较高。随着内水压力的增加,达到Pb后,管底混凝土管芯内表面最先出现塑性并不断沿轴向和管腰方向扩展。在施加内水压力过程中,内层钢筒承担的拉应力大于外层钢筒。

埋地压力钢管镇墩稳定性计算

针对现有研究成果缺少详细分析镇墩稳定性、可滑移长度判别公式存在不足的问题,在现有计算公式基础上,优化设置伸缩节情况下管道轴向力公式,提出了弯管下游轴向力和不设置伸缩节情况下轴向力公式,分析了设置伸缩节与未设置伸缩节情况下管道轴向推力及各条件下镇墩砼量比较,得到在一定条件下不设置伸缩节的埋地钢管镇墩砼量最省,可为今后的研究设计工作提供参考。

埋地压力钢管结构计算规律分析

现阶段埋地钢管使用越来越多,理论越来越成熟,但计算公式复杂,影响因素较多,为了找到相互之间的规律,通过公式推导和大量的数据分析的方式,得到埋地钢管管底环向弯曲应力、内水压环向应力及总环向应力与参数壁厚t、半径r、管底土弧中心角θ、回填土埋深H_(so)、车辆荷载P_(t)、内水压力P、温差ΔT_(S)等变量关系,分析了正常运行工况与充水工况、放空工况之间的环向应力关系,为研究设计者提供参考依据。

压力隧洞设计与结构计算研究进展

针对目前压力隧洞设计现实和设计规范均不是很完善、结构计算缺乏可靠方法以及对内外水荷载作用下围岩衬砌联合承载机理研究还不深入的现状,对压力隧洞设计准则、结构计算以及内外水荷载作用下围岩衬砌联合承载机理这三个方面的国内外研究进展进行了综述,并指出存在的不足。基于研究现状的总结分析,提出了需要进一步深入研究的课题。研究成果可为压力隧洞的设计和结构计算提供参考。