大型钢筋混凝土压力管道分析的非线性有限元计算模型

钢衬钢筋混凝土压力管道是水电站广泛采用的新型结构,其内水压力等荷载由钢衬和外包的钢筋混凝土共同承担。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,并从混凝土本构关系模拟(采用非线性弹性模型、弹塑性模型、内时模型、断裂力学模型、流变学模型、损伤力学模型)、混凝土裂缝模拟、钢筋模拟和钢筋与混凝土之间粘结模拟等方面介绍了研究进展情况,指出了进一步研究需要解决的问题。

本文论述了采用大小比悄仿真材料平面模型试验的方法研究三峡电站钢衬钢筋混凝土压力管道在内水压力作用下结构的应力分布、管道混凝土初裂位置、初裂荷载、裂缝宽度、裂缝发展特征以及管道的极限承载能力。研究减小裂缝宽度的措施。

为了对管道裂缝进行模拟,通过分析试验结果,计算裂缝的分形维数,利用分形几何的l系统进行描述,推导出l系统表达式及三维显示的映射表达式。实现了对不规则形状裂缝较真实的反映。

将半埋藏式钢衬钢筋混凝土压力管道简化成拱结构,利用结构力学方法求出结构内力,再用材料力学方法求出钢筋的应力σn;按受弯构件正截面承载力计算方法求得σm,由此得到钢筋的应力σm=σn+σm。计算方法有一定可靠性。

针对钢衬钢筋混凝土压力管道,结合弹性模量缩减法和梁系有限元法,建立了结构极限承载力分析的弹性迭代法。弹性迭代法继承了弹性模量调整法原理简单、应用方便的优点;同时,利用梁系有限元能大大减少单元和自由度数,在保持精度的同时能显著提高计算效率。算例分析表明,弹性迭代法计算精度良好,可应用于钢衬钢筋混凝土压力管道结构的极限承载力分析中。

提出“外部管壁”力学模型,并推导出精度较高的半理论半经验计算公式,该公式考虑了混凝土保护层内外的裂缝宽度差异,而后给出算例。

国内外大型水电工程都需要布置能宣泄大流量的、承受高水压的压力管道。水轮机和压力管道是很多综合水电工程最重要的主体工程之一。压力管道通常多为钢筋混凝土结构,内有承压的钢壳,外包钢筋混凝土保护层,以满足这类建筑物提出的安全和可靠性的高要求。分析研究了现有压力管道的结构、安全系数、计算方法及有关的标准规范

国内外大型水电工程都需要布置能宣泄大流量的，承受高水压的压力管道，水轮机和压力管道是很多综合水电工程最重要的主体工程之一。压力管道通常多为钢筋混凝土结构，内有承压的钢壳，外包钢筋混凝土保护层，以满足这类建筑物提出的安全和可靠性的高要求。

本文先介绍水电站钢衬钢筋混凝土压力钢管工程实例,接着论述了钢衬钢筋混凝土压力管道的作用机理和非线性分析的必要性,最后阐述了钢衬钢筋混凝土压力管道非线性分析在ansys的实现方法.

工程上钢筋混凝土压力管道表面通常会出现裂缝,传统钢筋混凝土压力管道的抗裂计算是建立在连续体的假设基础上的,本文以假设构件在开裂前存在宏观表面裂缝为基础,抗裂度定义为抵抗发生穿透裂缝进而引起裂缝失稳扩展,基于断裂力学理论对钢筋混凝土压力管道的断裂分析进行了初步探讨。

工程上钢筋混凝土压力管道表面通常会出现裂缝,传统钢筋混凝土压力管道的抗裂计算是建立在连续体的假设基础上的.现以假设构件在开裂前存在宏观表面裂缝为基础,抗裂度定义为抵抗发生穿透裂缝进而引起裂缝失稳扩展,基于断裂力学理论对钢筋混凝土压力管道的断裂分析进行了初步探讨.

应用断裂力学原理,给出了钢筋混凝土压力管道有关断裂的计算公式。

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。

根据模型实验和非线性有限元计算结果,对下游坝面式钢衬钢筋混凝土压力管道结构在各类荷载及其组合下的受力性态进行了分析和总结,提出了此种结构五阶段受力的概念。

采用ansys程序对三峡水电站管道大比尺试验模型进行了有限元分析,得到了管道开裂前各种材料的承载比、初裂荷载、裂缝宽度以及结构超载系数,并与模型试验结果进行了对比.结果表明,有限元分析结果与试验结果基本一致,可以为其他工程提供参考.

商州市二级电站压力管道为钢筋混凝土管道，内径２ｍ，包角１３５°，和分上中下三段不同厚度，我们采用装配模板现场浇筑，钢筋混凝土压力管道施工质量良好，各项指标达到了设计要求。

目前,水电站工程项目中压力管道大多采用钢管或预应力混凝土管安装形式。在水电站工程施工中,现浇大管径的混凝土压力管道因施工难度大,施工质量不易保证,所以很少采用。青石山水电站压力管道设计为现浇钢筋混凝土结构,具体参数为d=3m,壁厚0.5m,坡角为33°。作者就从其质量保证措施和主要施工方法等方面大概做一阐述。

承插式自应力钢筋混凝土压力管可代替钢管和铸铁管用于城镇自来水输水管道,为国家节省大量金属材料和基建投资.目前,我国许多城市的给水管道都采用了承插式自应力钢筋混凝土压力管道.现将其施工方法总结如下:一、管材与接口材料的检查1.管材和配件检查施工之前,将管子顺序地排列于沟槽一侧,并对管子和配件(包括特制配件)进行外观检查,详细地察看管体和配件有无裂缝、露筋、脱皮等缺损.

承插式自应力钢筋混凝土压力管可代替钢管和铸铁管用于城镇自来水输水管道,为国家节省大量金属材料和基建投资.目前,我国许多城市的给水管道都采用了承插式自应力钢筋混凝土压力管道.现将其施工方法总结如下:一、管材与接口材料的检查1.管材和配件检查施工之前,将管子顺序地排列于沟槽一侧,并对管子和配件(包括特制配件)进行外观检查,详细地察看管体和配件有无裂缝、露筋、脱皮等缺损.

对钢衬钢筋混凝土压力管道进行结构计算时,温度应力的影响是不容忽视的.在变截面固定端超静定拱模型的基础上,运用结构力学弹性中心法推导了温度应力的计算公式,可为工程设计人员提供参考依据.

钢衬钢筋混凝土压力管道应用于大型水电站中,一般在设计时都允许混凝土出现裂缝,但对裂缝宽度进行了限制,而实际工程实测值往往超过计算值。结合三峡大比尺结构模型试验分析了用现有计算公式计算钢衬钢筋混凝土压力管道裂缝宽度的计算值与实测值的符合程度并对今后将进行的裂缝宽度的研究提供了建议。

通过对8根钢筋混凝土压力管道的加固试验研究,分析了构件的破坏形态及承载力的影响因素,比较了两种纤维材料的加固效果,并提出了理论计算公式,为工程实践提供了理论依据与技术支持。