水电站充水保压蜗壳结构非线性仿真分析

以ABAQUS有限元软件为平台,考虑水电站蜗壳充水保压浇筑外围混凝土、卸载形成间隙和再充水运行的全过程,建立仿真计算模型,研究保压蜗壳钢衬和外围混凝土部分联合承载的机理和混凝土结构损伤发生发展的规律.以某大型水电站充水保压蜗壳结构为实例,进行了三维非线性仿真分析,并与传统简化模型的计算结果进行比较,通过两模型间主要差异存在原因的探讨,得出了钢衬与混凝土间间隙不均匀性和间隙过早闭合是混凝土结构受力偏大和损伤程度发展的不利因素的结论.研究认为,仿真模型能够更真实地模拟保压蜗壳结构的受力与工作状态,可以为蜗壳结构优化设计和钢筋有效配置提供更为可靠的分析方法.     

钢衬和钢筋混凝土联合承载蜗壳结构分析

对某巨型钢衬钢筋混凝土联合承载蜗壳，采用三维非线性有限元法计算结果表明：当弹性垫层６ｃｍ和垫层材料弹模为２ＭＰａ时，原设计的钢衬为６ｃｍ偏厚，钢衬与座环连接部位应力集中较大；给出了随内水压力增加，埚壳外包混凝土塑性变形和开裂区的发展过程。对上述问题提出了改进措施建议。     

三维接触面单元弹塑性损伤数值模拟分析方法

针对岩土工程中出现的非连续结构面、接触面等问题,建立一种新的模拟结构面或接触问题的三维非线性接触单元模型;针对接触面非线性变形以及损伤演化特性,提出一种可以考虑接触面损伤演化过程的弹塑性损伤数值模拟方法;针对接触面张开、闭合以及剪切滑移失效等变形特性,模拟接触面的黏结、滑移和开裂等非线性现象。针对某水电站地下厂房岩锚吊车梁围岩与混凝土接触问题进行数值分析。研究结果表明:采用接触面单元模拟混凝土结构与围岩的相互作用,吊车梁受力情况良好,应力、变形分布正常,基本规律与实际相符,在工程实践中是合理可行的。     

考虑滑移的钢-混凝土组合梁有限单元法

利用考虑滑移的钢混凝土组合梁单元,建立了考虑滑移的钢混凝土组合梁有限单元法.在粘结剪力和滑移微分控制方程的基础上,建立了关于组合梁单元杆端未知力的力法方程.在力法方程的基础上,给出了组合梁单元的刚度矩阵、杆端位移向量及杆端荷载向量并建立了刚度方程.为验证有限单元法的正确性,对试验梁进行了跨中挠度、沿梁高应变分布及梁端滑移的计算分析.计算结果表明,所建立的考虑滑移的钢混凝土组合梁有限单元法与试验值吻合较好,计算结果可靠.     

摩擦型高强螺栓传力性能及缺失的非线性分析

针对钢桁梁桥摩擦型高强螺栓连接出现的螺栓缺失问题,利用ANSYS软件,采用壳单元模拟连接板件,弹簧单元模拟接触面相互作用,对摩擦型高强螺栓连接进行了设计状态和螺栓缺失状态下的非线性有限元分析。结果表明:摩擦型高强螺栓连接发生滑移后,外荷载与螺栓所传剪力之间呈现非线性关系;在无滑移状态,各螺栓所传剪力沿外力方向和其垂直方向均为外侧大,中间小,滑移后趋向均匀;随螺栓缺失个数的增加,螺栓群初始滑移荷载、极限滑移荷载和缺失排螺栓传力比均减小,无滑移和局部滑移时相邻排增大最明显,全面滑移后其余各排则同等增大。因此,在高强螺栓连接的设计中,应对螺栓群受力是否进入非线性进行判断,以确定各排螺栓的实际传力比。     

水电站预热膨胀蜗壳埋设方式研究

基于钢蜗壳预热膨胀特性,提出水电站预热膨胀蜗壳埋设方式.结合一实际工程充水保压蜗壳结构,采用理论分析及有限单元法,针对完整施工和运行周期,围绕钢蜗壳初始变形、间隙演变及外包混凝土受力特性等方面进行研究,对钢蜗壳预热膨胀与充水保压的替代关系进行分析.结果表明:预热膨胀埋设方式能够产生与充水保压同等量级的变形,但变形规律具有明显的差异;预热膨胀埋设方式降低了运行期蜗壳外包混凝土承载比,改善了混凝土应力状态,且预热膨胀温度越高混凝土承载比越小,说明在混凝土受力状态的角度上,该方式能够实现充水保压埋设方式相似的效果;在运行期混凝土应力水平的角度上,对于本研究对象,预热膨胀温度取20℃时与1.4 MPa保压水头效果相当.     

斜拉桥钢-混锚板式索梁锚固区摩擦效应分析

基于徐明高速公路某斜拉桥建立包含接触非线性的有限元模型,通过对摩擦因数的参数化分析,讨论复杂空间受力与多种剪力键共存的条件下钢-混锚板式索梁锚固区的摩擦效应.研究结果表明:摩擦效应成为区别于PBL键与剪力钉的传力途径;摩擦应力的分布与接触面压应力正相关;相对滑移初始集中在主动变形区域;摩擦效应对PBL键和剪力钉的受力影响从初始滑移区域沿变形传递路径逐渐累积,甚至会改变局部受力和相对滑移的方向;摩擦效应与摩擦因数呈现显著的非线性变化关系;其发挥依赖于一定的钢-混变形能力和相对滑移趋势.     

水电站充水保压蜗壳仿真分析的影响因素

基于接触非线性理论,考虑钢蜗壳与外围混凝土的接触滑移,采用仿真算法对充水保压蜗壳进行了三维仿真分析和平面轴对称仿真分析．研究了机墩和设备质量及平面轴对称简化模型对蜗壳打压后的变形、蜗壳与混凝土的间隙及其应力的影响．计算结果表明：机墩及设备质量对钢蜗壳的应力影响较小,但对钢蜗壳号外围混凝土的间隙和外围混凝土的应力影响较大,三维仿真模型应该考虑机墩及设备的质量;平面轴对称仿真模型虽未考虑闷头在仿真分析中的作用,但能反映钢蜗壳和外围混凝土的变形特征与受力特性,可以在初步设计时采用．     

水电站尾水岔管混凝土连续浇注方法与液压平衡理论

针对目前水电站地下厂房尾水岔管混凝土施工不能实现整体连续浇筑的技术难题,提出了无支架混凝土施工方法。基于流体力学原理和薄壳结构变形规律,建立了尾水岔管混凝土浇筑无支架钢衬液压理论,以钢衬薄壳最低点各种荷载产生的法向压力之和为零的平衡条件,确定了尾水岔管钢衬灌注液体深度与浇筑混凝土高程的解析关系,实现了薄壳钢衬受载后环向应力始终处于微拉应力状态,避免了钢衬簿壳环向受压产生屈曲失稳的风险;并有效地保障了尾水岔管混凝土浇筑过程中薄壳钢衬作为模板要求的刚度与强度。     

承压板位置对混合塔结合部承载性能影响

为揭示混合塔结合部承压板位置对承载性能及传力机理的影响,以两座混合塔斜拉桥为工程背景,进行了前承压板式和后承压板式结合部缩尺模型承载性能试验,测试了钢与混凝土的应变及相对滑移的分布,并对两种结合部的差异进行了比较分析.研究结果表明,混合塔前、后承压板式结合部的承压板传力比例均为40%左右,减少了连接件传递剪力的比例;由于承压板发挥较大作用,前、后承压板式结合部钢与混凝土间相对滑移较小;连接件剪力分布取决于承压板位置;前、后承压板式结合部均能发挥承压板传压和连接件传剪的复合作用,可作为混合塔结合部构造形式.