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.     

水电站垫层蜗壳配筋计算

为研究“Г”形框架简化、平面简化和接触摩擦对垫层蜗壳配筋计算的影响,分别采用结构力学法和有限元法对某垫层蜗壳进行计算结构力学法对蜗壳进口断面进行等截面简化,将其作为深受弯构件进行配筋计算;有限元计算采用ABAQUS软件,建立完整标;住机组段蜗壳结构模型及蜗壳进口断面平面轴对称模型,在铜蜗壳和混凝土及垫层之间创建接触对,模拟接触摩擦关系,将计算得到的弹性应力图形作为配筋依据计算结果表明,采用平面“Г”形框架法可能造成计算配筋面积偏小;在考虑接触摩擦的前提下,将蜗壳结构简化为轴对称结构进行初步配筋计算是可行的;对垫层蜗壳结构进行有限元分析时有必要考虑接触摩擦,摩擦系数f应慎重取值.     

衬砌冷缝对隧洞结构稳定性的影响研究

应用大型有限元分析软件ANSYS,对某导流洞工程中存在施工冷缝的典型洞段采用面-面接触单元模拟冷缝受力特性,研究了冷缝不同初始缝隙值对隧洞结构稳定的影响.研究结果表明:衬砌冷缝初始缝隙值的大小对隧洞围岩塑性区深度和锚杆应力的影响甚小;在运行期内水压力作用下,冷缝呈张开趋势,冷缝初始缝隙值大小对衬砌钢筋应力影响较小;在封堵期外水压力作用下,冷缝呈闭合趋势,且过缝处钢筋应力随冷缝初始缝隙值的增加而增大,并有可能造成钢筋局部受压屈服破坏.由此可见,冷缝存在对隧洞衬砌结构的外压稳定更为不利.     

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．     

水电站蜗壳结构配筋计算原则研究

现行规范把蜗壳结构归为非杆件体系钢筋混凝土结构并按主拉应力图形面积确定配筋数量存在原则性缺陷,计算出的配筋量往往偏多.本文列出了现行计算方法存在的问题,并具体分析了产生问题的原因,提出了改进配筋计算的原则,引入有限元方法,明确了蜗壳结构应按限裂要求配筋.应用实例表明,局部配筋量减少后混凝土损伤区没有显著变化,钢筋应力增幅很小,改进后的配筋计算原则对优化局部配筋量是合理有效且操作性强的.把有限元方法引入蜗壳结构设计中是有现实意义的.     

泄洪洞进水塔预应力闸墩承载特性研究

预应力锚固技术是改善大型弧门结构应力状态、优化闸墩结构的重要工程措施之一.针对某泄洪洞进水塔,建立了三维数值模型,采用有限元法进行了计算分析;以施工期和运行期闸墩混凝土应力状态为控制标准,进行了预应力方案的比选,并进行了锚索张力、弧门水推力和库水压力等荷载的敏感性分析.计算结果表明:随着拉锚系数的增加,预应力区混凝土的压应力数值增加,上游预留平孔位置和下游支撑结构位置的应力集中程度也增加;在预留平孔附近位置主要受锚索张力影响,是应力集中区域,需要配置环形受拉钢筋;在预留平孔下游部位,弧门水推力和边墙外库水压力造成的拉应力区可以通过锚索张力产生预压应力得到有效地降低或消除;而预留平孔上游部位出现的较大拉应力,则由弧门水推力、锚索张力和边墙外水压力共同作用形成,需要加大边墙厚度或配置受拉钢筋.     

基于多路径传递的水电站厂房流激振动分析

为研究水电站厂房流激振动传导机制,对振动传递路径进行了分析,采用重整化群(RNG)k-ε模型对混流式水轮机蜗壳、导叶、转轮及尾水管全流道进行了三维非定常湍流计算.基于湍流计算结果对转轮部件上的脉动压力进行了积分计算,给出了解析计算和数值模拟相结合的轴向水推力脉动特性计算方法,并沿着蜗壳/尾水管→厂房结构、转轮→轴系→机架基础→厂房结构这两条振动传递路径对厂房振动进行了计算分析.结果表明:整个流道内压力脉动程度较大的区域主要集中在尾水管直锥段以及弯肘段,频率主要为0.83和1.02 Hz,即转频的1/5和1/4,受尾水管低频涡带向上游传播影响,蜗壳区也出现了低频脉动压力;轴向水推力是机组垂直动荷载的重要部分,具有明显的脉动特性,转轮上冠与顶盖、转轮下环与基础环之间的空腔压力是形成轴向水推力的主要组成部分;蜗壳/尾水管→厂房结构这条振动传递路径是最直接也是作用最明显的,是厂房振动的主要诱因.     

大变形埋地钢管结构承载能力及修复方法研究

大直径埋地钢管在大型引调水及水电工程中应用广泛,但施工过程中钢管易出现超出规范要求的大变形,而国内外对大变形埋地钢管的结构特性及处理措施研究较少.本文以某环变形达8.9%的埋地钢管为例,基于现场测试结果,采用数值模拟技术反演了该工程的施工过程,分析了该大变形管道若直接投入运行后的变形、应力及塑性情况,进而结合工程实际提出了水压法修复,并与传统的内撑法修复进行了比较研究.结果表明:大变形埋地钢管承受了较高的弯曲应力且管周土体支撑不足,结构承载能力较弱,荷载作用下钢管的变形和应力会大幅增加,安全风险较大.设置加劲环虽能增加钢管的抗外压稳定,但对管壁应力不利,高应力及塑性区域主要集中在管顶、管腰和管底及加劲环附近.大变形埋地钢管虽不符合规范要求,但不必更换钢管,可考虑对其进行修复,以降低钢管变形并提高管周土体模量,修复方法可采用内撑法或水压法.内撑法采用千斤顶将钢管顶圆,在顶撑区易产生应力集中,适用于管线局部发生大变形的情况;水压法利用内压复圆原理,可使管壁受力均匀,长距离管线下使用更为方便,修复后应检测并修补焊缝及防腐措施,并对运行期管道做好监测工作.研究成果可为类似工程处理及后续规范编制...     

钢衬钢筋混凝土管道开裂机理及模拟技术研究

钢衬钢筋混凝土管道在设计上允许外包混凝土开裂,确定其裂缝发展规律和结构的承载特性是评估管道能否长期安全稳定运行的前提,但现有的解析公式多是半理论半经验公式,不同的公式计算结果误差较大,有限元法成为了主要的分析方法.以往的有限元模型多基于损伤或者断裂理论,较少考虑二者的耦合作用,本文结合三峡水电站大比尺试验模型,建立了基于黏聚裂缝模型的有限元模型,在管道混凝土中插入内聚单元综合模拟了混凝土开裂过程中的损伤和断裂特性,得到了管道结构开裂前后的钢材应力变化规律、裂缝扩展形态以及裂缝宽度,进一步系统地讨论了内聚参数和网格尺寸的影响.有限元模拟裂缝扩展形态与模型试验时裂缝宽度中间宽、两侧较小的结论一致.管腰和管顶典型部位的裂缝宽度值与模型试验误差在10%以内,且钢材应力起伏与裂缝位置相呼应.更改内聚参数和网格尺寸发现,在合理的取值范围内,混凝土裂缝扩展、钢材承载规律与试验结果基本一致,但内聚刚度取值过小会导致混凝土开裂提前,黏结系数取值过大或者单元尺寸过大会使计算结果的精度降低.因此在采用黏聚裂缝模型模拟管道混凝土开裂时,应在保证计算收敛的前提下,尽可能取较小的黏结系数和足够大的内聚刚度,以提高...     

大型水电站垫层蜗壳座环结构特性分析

为研究蜗壳和外围混凝土联合受力情况下座环的结构特性,结合一实际工程垫层蜗壳结构,采用三维有限元方法,从座环应力、位移和变形以及抗剪性能几个方面分析座环结构的受力特性.结果表明:相比于座环结构强度,其位移和变形更值得重视,垫层变形模量和摩擦系数的大小应该成为座环结构分析的重要考虑因素;座环承受较大的剪力,垫层蜗壳结构设计中不能忽视此问题.