钢衬钢筋混凝土压力管道外包混凝土的裂缝控制研究

基于钢衬钢筋混凝土压力管道在设计荷载下外包混凝土将带裂缝工作的基本承载特性,以缓解开裂与限裂间的矛盾为指导思想,将减小坝后背管外包混凝土裂缝宽度和提高开裂管道的耐久性作为研究目的,结合模型试验和有限元法,研究了一些裂缝控制措施的应用效果,以及有效的计算内水压力下钢衬外包混凝土裂缝宽度的公式。结果表明:总用钢量相同时,减薄钢衬,加大钢筋用量,减小裂缝宽度效果明显;减薄钢衬外包混凝土厚度,也可减小裂缝宽度;性能可靠的防水涂料具备黏接性强和变形能力高的基本性质,可进一步研究其对提高管道耐久性的长期作用;采用П-780-83规范中的裂缝宽度公式,计算结果与模型试验结果较为符合。

钢衬钢筋混凝土压力管道混凝土裂缝宽度数学模型

从计算具有混凝土径向裂缝的管道结构位移出发，导出了计算钢衬钢筋混凝土压力管道混凝土裂缝宽度的半解析、半经验的实用数学模型，经与１：１比民真实材料结构模型试验结果相对照，计算值与试验值符合良好。文中还给出算例并讨论了控制裂缝宽度的途径。

缝隙对钢衬钢筋混凝土管道结构承载特性的影响研究

基于某水电站坝后背管实际工程,建立了坝后背管斜直段底端的局部三维有限元数值分析模型,采用混凝土塑性损伤模型模拟管道外包及坝体混凝土,并在钢管与外包混凝土之间引入摩擦接触单元模拟两者之间的接触滑移特性.根据钢管外缝隙分布特征,拟定了均匀缝隙、非均匀缝隙以及随机缝隙方案,系统研究了缝隙值的大小及分布特征对管道承载特性的影响.结果表明:管道起裂荷载与缝隙值大小呈线性关系,由初裂部位附近的缝隙量控制;管道位移最大值基本出现在腰部附近40°范围内,缝隙值分布对管道上半周尤其是管顶的变形影响最大;内水压力较大时,不同缝隙方案承载比分布规律一致且数值比较接近,钢衬与钢筋混凝土在管道腰部的承载比基本不受摩擦系数的影响.

坝下游面钢衬钢筋混凝土管道结构优化布置

本文从管道截面形状、钢材用量和钢筋布置、钢衬外包混凝土厚度,管道与坝体相对位置及接缝处理四个方面,论述坝下游面钢衬钢筋混凝土管道结构设计的优化方法和原则。结合某水电站工程的实际,从优选的角度对该工程坝下游面钢衬钢筋混凝土管道的布置进行对比分析,表明从减小管线长度、节省工程投资的角度出发,建议采用半埋,外包1.5m厚混凝土的结构布置形式。

钢衬钢筋混凝土压力管道裂缝宽度计算研究

基于混凝土结构基本理论 ,结合大比尺结构模型试验 ,采用较合理的平均裂缝宽度计算模式和裂缝截面处钢筋应力计算方法 ,建立了新的钢衬钢筋混凝土压力管道裂缝宽度计算方法。算例表明 ,此方法力学概念明确 ,使用方便 ,计算结果与实测值吻合。

坝下游面钢衬钢筋混凝土管非线性有限元分析

采用解析法对某水电站坝下游面钢衬钢筋混凝土压力管道进行初步设计,确定了钢衬厚度和钢筋配置,对其进行整体三维非线性有限元分析,着重研究了在设计荷载作用下,钢衬和钢筋的应力状态以及管周混凝土的开裂特征.采用将非线性有限元分析与规范解析法相结合的方法,先根据非线性有限元计算的结果,分析得到钢衬钢筋混凝土管的钢筋应力,再将其代入规范解析公式,计算出结构的裂缝宽度,并最终提出了满足结构限裂要求的配筋方案.

大比尺钢衬钢筋混凝土马蹄形压力管道改性试验研究

为从根本上解决常规钢衬钢筋混凝土压力管道因运行期的裂缝过宽而带来的结构耐久性问题,采取将常规混凝土改性为高性能的钢纤维混凝土或钢纤维自应力混凝土的方法。以某水电站全背坝面管为原型,以1:10缩尺制作了钢衬钢筋钢纤维混凝土压力管道模型和钢衬钢筋钢纤维自应力混凝土压力管道模型。试验结果表明,改性为钢纤维混凝土的压力管道表现出很好的限裂能力,其初裂荷载有一定的提高,管道裂缝宽度显著下降;改性为钢纤维自应力混凝土的压力管道表现出很好的抗裂能力,管道的初裂荷载有了大幅度的提高,钢材的性能也得到了较充分的利用。模型试验的结果显示了改性钢衬钢筋混凝土压力管道良好的应用前景。

内加强月牙肋钢岔管新型结构

内加强月牙肋钢岔管具有水头损失小、受力比较均匀、外部无明显突出构造物、洞室开挖断面较小等优点 ,因此广泛应用于地下埋藏式压力管道。但布置在地面上的明式月牙肋钢岔管尚不多见 ,特别是当钢岔管承受的水头和直径较大时。以某水电工程钢岔管为例 ,以满足结构受力和水力条件为前提 ,优化岔管体形 ,然后按照钢衬钢筋混凝土岔管结构进行了有限元计算 ,得到了一些有益的结论。

压力隧洞衬砌计算方法

本文介绍一种压力隧洞的衬砌计算方法，并利用该方法对某水电站压力斜井进行了计算分析。该方法根据工程区域实测地应力资料回归拟合初始应力场，在此基础上模拟隧洞开挖、衬砌及衬砌与围岩间的初始缝隙，考虑在内水压力作用下衬砌与围岩联合作用，计算衬砌裂缝的分布，裂缝开展宽度及相应的配筋率等。

高水头电站地面压力管道结构选型

为了选择合适的高水头引水式电站压力管道形式,采用规范推荐的解析方法设计地面明钢管和钢衬钢筋混凝土管,结合实际工程对二者进行有限元分析。结果表明:相比明钢管方案,采用钢衬钢筋混凝土管可以减少使用厚钢板和高强钢,节省投资;避免钢管卷板、焊接方面的困难以及复杂的伸缩节和支墩制造、安装和维护工艺;可根据具体情况选择边坡是否支护或管道回填,降低可能出现的山体滑坡等自然灾害的威胁程度。

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。

超高水头双钢衬钢筋混凝土引水压力管道的优化设计

针对单纯采用压力钢管或内钢衬外包钢筋混凝土管道形式都难以适应超高水头的技术难题,文中提出了双钢衬钢筋混凝土压力管道的结构型式,能使这一问题得到较为合理有效的解决,同时对今后类似工程也有很好的参考价值.由于该结构配置的钢材较多,受力复杂,故此,如何充分利用钢材的强度,减少用钢量成为至关重要的问题.文中正是适应这种要求,分别对不同超高水头作用下压力管道进行优化设计,得到相应的结构优化模型.并对弹性优化模型和弹塑性优化模型进行比较,从而显示出混凝土开裂对钢材的最优配置的影响.

混凝土受拉软化特性对钢衬钢筋混凝土管道承载性能的影响研究

分别采用课题组试验所得的混凝土软化曲线和混凝土结构设计规范给出的混凝土软化曲线,对三峡水电站钢衬钢筋混凝土压力管道进行非线性有限元计算,将压力管道外围混凝土的裂缝分布、裂缝宽度、钢衬和钢筋的应力状态、管道的极限承载能力等与模型试验成果进行对比分析。研究表明:采用试验所得软化曲线进行有限元计算分析所得背管混凝土的初裂荷载、损伤区域、裂纹条数以及钢材应力与模型试验的结果更为吻合。

大比尺钢衬钢纤维自应力混凝土圆形管道在内水压下的性能试验研究

本文通过模型实验,研究钢衬圆形压力管道的外包钢纤维自应力钢筋混凝土在内水压力作用下的性能,包括荷载-变形曲线,管道的开裂和极限荷载以及裂缝宽度,内水压与钢衬、钢筋、混凝土的应力关系等,并结合试验结果对这种管道的适用性进行分析.实验结果表明,钢纤维自应力混凝土能够显著地提高管道混凝土的开裂荷载,能够达到普通管道的2～3倍;钢纤维和自应力管道外包混凝土的裂缝宽度都有减小的作用.

水电站坝下游面钢衬钢筋混凝土管道损伤和承载特性

基于混凝土塑性损伤模型,对某水电站坝下游面钢衬钢筋混凝土管道的损伤和承载特性进行了非线性有限元分析.结果表明:在正常运行工况下,裂缝主要出现在位于坝体之外的背管部分,数条贯穿性裂缝将由主变平台延伸至上弯段;主变平台附近管道受力状态复杂,管道断面出现贯通性损伤,可能出现短小而密集的裂缝;温度变化对结构受力影响明显,特别是温降荷载将引起管道外侧损伤区进一步发展,靠近管壁外侧的钢筋拉应力明显上升,因此应注意管道表面的保温和防护.

钢衬钢筋混凝土坝后背管管坝接缝面安全评价

总结了钢衬钢筋混凝土坝后背管管坝接缝面的构造方式,分析了接缝面的破坏机理,指出地震作用组合工况下接缝面主要有沿缝面的剪切破坏模式和垂直缝面的受拉破坏模式。针对这两种破坏模式,建立了基于接缝面应力状态的极限状态设计表达式,用于对接缝面做结构设计和安全评价。算例分析表明,高烈度地震作用使接缝面呈现较大的拉剪应力状态,采用台阶形键槽并配置适量锚筋可使接缝面满足安全要求,管道与坝体能可靠地联合承载。

内水压下钢衬钢纤维混凝土压力管道截面应力计算

钢纤维混凝土是控制钢衬钢筋混凝土裂缝的一个有效途径 ,但钢纤维加入到混凝土中使结构计算变得复杂 ,现有的钢衬钢筋混凝土压力管道的计算方法不再适用 .因此根据结构的受力特点以及钢纤维混凝土的特性提出了钢衬钢纤维混凝土压力管道的计算方法 ,该方法是受力全过程分析 ;

背管分项系数设计表达式结构系数的取值研究

结合电力行业标准SD144 - 85《水电站压力钢管设计规范》的修订工作 ,对国内外背管 (钢衬钢筋混凝土压力管道 ,简称背管 )设计的安全系数取值情况进行了分析 ,认为我国现行的背管设计在安全度方面尚有潜力可挖 ,建议背管设计的安全系数可与现行规范中明管设计的安全系数相同 ,并据此推导了按工程经验校准法确定背管分项系数设计表达式中结构系数的计算公式 ,提出了背管结构系数的取值建议 。

基于试验的钢衬钢筋混凝土管道裂缝宽度研究

基于水电站管道外围混凝土的承载特性,设计了配筋混凝土试件轴向拉伸试验,对混凝土裂缝进行研究。对国内几种现行规范中配筋混凝土受拉构件的最大裂缝宽度公式进行比较,分析各公式的特点,并在此基础上,针对水电站钢衬钢筋混凝土管道,提出了混凝土最大裂缝宽度计算公式的改进建议。

基于弹性模量缩减法的钢衬钢筋混凝土压力管道极限承载力计算

针对钢衬钢筋混凝土压力管道(SLRCP)的体形和承载特性,在弹性模量缩减法基础上引入变截面拱和弹性中心法,建立了表征管道结构截面承载状态的单元承载比表达式,提出了SLRCP极限承载力分析的新方法。实例计算结果表明,该计算方法可通过弹性迭代模拟结构损伤演化过程,进而结合极限分析定理得出管道结构的极限承载力,具有原理简单和应用方便的特点,能够准确高效地求解SLRCP的极限承载力。