三峡水电站钢蜗壳外围混凝土损伤分析

将损伤力学引入三峡水电站钢蜗壳外围混凝土的非线性计算,研究混凝土由微观到宏观开裂的演变规律,为结构的损伤评估和配筋设计提供重要的参考。采用编制的正交异性三维损伤有限元程序对蜗壳结构进行损伤计算,细致地分析了钢蜗壳不同内水压力时,其外围混凝土的损伤分布规律及应力应变情况。结果表明:三峡水电站蜗壳结构具有较高的安全储备,结构设计合理。     

充水保压蜗壳结构联合承载三维非线性分析

基于Drucker-Prager的弹塑性混凝土本构模型,采用简化算法对充水保压蜗壳进行三维非线性分析,通过超载计算,研究内水压力上升过程中蜗壳外围混凝土可能发生塑性区的危险部位及其塑性区扩展情况.结果表明,在设计内水压力作用下,外围混凝土仍处于弹性工作状态,结构的强度安全性较高;当超载系数大于1.15以后,混凝土塑性区出现并随着内水压力的增加,塑性区迅速增大,当超载系数达到1.7时,出现大面积贯穿性塑性区.座环上下环板附近、机墩根部与水轮机层交界处,由于混凝土较薄,而且属于应力集中区域,始终是塑性区出现的危险部位,应该给予重点关注.另外,当内水压力增高时,蜗壳进口直管段右侧腰部也是塑性区扩展的薄弱部位.     

水电站混凝土蜗壳三维有限元分析

结合某河床式水电站,建立了混凝土蜗壳三维有限元整体模型,用ANSYS有限元软件的钢筋混凝土非线性分析模块对混凝土蜗壳进行了三维线弹性和钢筋混凝土非线性计算.根据线弹性计算结果并结合工程实际,对混凝土蜗壳进行了配筋,并对该配筋方案进行了裂缝开展区、钢筋应力、最大裂缝宽度的验算和蜗壳位移分析.     

高压隧洞透水衬砌结构研究

基于水荷载的面力和体力作用理论,建立轴对称计算模型,推导了考虑混凝土开裂特征与围岩开挖松动圈影响的相关计算公式,并编制了对应的计算程序,在此基础上实现了基于通用有限元计算平台的透水衬砌计算仿真分析.计算结果表明:采用体力理论时,钢筋应力和裂缝宽度均明显小于面力理论,围岩承担了绝大部分的水压力,充分体现了围岩是隧洞内水压力承载主体的设计理念,对于隧洞局部围岩条件较差区域仅通过增大钢筋用量不能有效控制隧洞的渗透流量,建议对衬砌外围软弱岩体进行局部置换.     

碾压混凝土重力坝诱导缝施工期三维非线性开裂分析

基于三维瞬态有限元温度应力仿真分析的结果,采用混凝土分布裂缝模型,对大坝诱导缝的开裂及裂缝扩展进行了跟踪计算.计算结果表明,坝体的上游面诱导缝缝端应力强度因子局部超过混凝土的断裂韧度,诱导缝开裂发生,诱导缝的开裂明显地减小了坝段中部区域的拉应力,根据开裂分析结果,建议诱导缝的设置长度为4.5m.     

寒冷地区坝内垫层管运行期温度效应及保温措施研究(研究生论坛）

为研究寒冷地区温度变化及保温措施对坝内垫层管外包混凝土开裂状况的影响,本文基于混凝土塑性损伤模型,考虑运行期的温度作用,对某水电站坝内垫层管进行了非线性有限元分析。结果表明：由于垫层的铺设,正常运行工况下管道混凝土几乎无损伤,管道表面不会出现宏观裂缝;但在温降工况下管道顶部混凝土损伤较严重,而在温升工况下管道底部混凝土损伤更明显,相应损伤区域的钢筋应力也明显增加;坝面保温板的铺设能够有效降低结构所承担的温度荷载,改善混凝土损伤状况,降低钢筋应力,且随着保温板厚度的增加其作用效果逐渐显著,但当增加到一定程度后,其作用效果趋于稳定,同时考虑投资等工程实际情况,不宜过度增加保温板厚度,建议保温板厚度由裂缝宽度控制。     

含钢率和砼强度对砼缝宽影响的计算模型

以开裂处的钢筋应力和混凝土平均裂缝间距作为基本参数，建立了横向裂缝宽度的计算模型，该模型能准确计算混凝土裂缝宽度，而无需考虑砼和钢筋的变形，解决了砼和钢筋的变形难以测量的困难．     

水电站充水保压蜗壳结构的改进算法

在充水保压蜗壳传统简化算法的基础上提出了改进算法,据此主要分析运行工况下蜗壳进口不平衡水推力对外围混凝土应力和配筋量的影响.计算结果表明,传统简化算法未考虑不平衡水推力的作用,外围混凝土的应力和配筋量偏小,结构偏不安全.在蜗壳进口端施加不平衡水推力的做法,对设伸缩节的情况会导致直管段外围混凝土的应力和配筋量偏大,而对无伸缩节的情况则不能考虑不平衡水推力的作用.本文提出的在蜗壳进口断面下游侧转弯区域以面力的形式施加不平衡水推力的做法,对有无伸缩节的情况均能实现,可使外围混凝土的应力和配筋计算更加精确、合理,建议在充水保压蜗壳结构的设计和研究中采用.     

寒冷地区坝内垫层管运行期温度效应及保温措施研究

为研究寒冷地区温度变化及保温措施对坝内垫层管外包混凝土开裂状况的影响,基于混凝土塑性损伤模型,考虑运行期的温度作用,对某水电站坝内垫层管进行非线性有限元分析。结果表明:由于垫层的铺设,正常运行工况下管道混凝土几乎无损伤,管道表面不会出现宏观裂缝;但在温降工况下管道顶部混凝土损伤较严重,而在温升工况下管道底部混凝土损伤更明显,相应损伤区域的钢筋应力也明显增加;坝面保温板的铺设能够有效降低结构所承担的温度荷载,改善混凝土损伤状况,降低钢筋应力,且随着保温板厚度的增加其作用效果逐渐显著,但当增加到一定程度后,其作用效果趋于稳定,同时考虑投资等工程实际情况,不宜过度增加保温板厚度,建议保温板厚度由裂缝宽度控制。     

蜗壳外围混凝土裂缝扩展的数值模拟

根据混凝土断裂力学理论,在蜗壳外围混凝土内部设置初始裂缝,应用虚拟裂缝模型建立平面轴对称有限元模型,编程计算了直埋式蜗壳外围混凝土裂缝的扩展过程。计算结果表明：断裂力学理论中的虚拟裂缝模型可以很好地模拟蜗壳内部裂缝的整个断裂扩展过程,得到单一裂缝的内水压力-裂缝口张口位移（裂缝口宽度）曲线;通过引入断裂角的概念,得到蜗壳裂缝扩展的准确路径,直埋式蜗壳子午断面内裂缝扩展的主要方向为通过蜗壳中心的径向。     

大型水轮机蜗壳结构动静力分析

通过三维有限元计算,对某水电站大型水轮机蜗壳进行了三种结构型式的动静力分析,分析了外围混凝土的应力分布情况、承载比以及蜗壳结构的自振特性.结果表明:充水保压蜗壳具有混凝土内应力均匀、拉应力值较小、承载比明确、整体结构刚度较大等优点,有利于机组的安全稳定运行,对于大型水轮机蜗壳而言是一种比较好的结构型式.     

大型水电站充水保压蜗壳结构联合承载分析

蜗壳结构是电站厂房的核心结构物,因此准确获取其应力、应变状态是至关重要的。通过数值计算,采用简化算法对某水电站保压蜗壳结构进行了应力状态和变形情况分析,并与直埋方案做了对比研究,结果表明：从限裂方面考虑保压蜗壳结构有利于机组的安全稳定运行,该水电站采取充水保压埋设方式是合理的;蜗壳外围混凝土各截面最大拉应力值出现在蜗壳顶部,该机组设计保压值偏低,选取1．9MPa保压值比较合理;蜗壳外围混凝土的结构应力值主要是由内水压力所引起的,上部荷载影响很小,仅占5％～24％左右。     

冲击式水轮机配水环管和厂房结构静动力承载性能研究

为研究冲击式水轮机配水环管在高内水压力作用下的损伤特征,及其对结构动力特性的影响,基于混凝土塑性损伤模型,对配水环管和厂房结构进行了非线性有限元静力分析,并在此基础上计算了结构的自振特性和机组振动荷载作用下的动力响应。结果表明：配水环管虽保压埋设,但由于内压较高,配水环管外围混凝土在管顶、管腰内侧和岔管处仍易出现损伤,且管顶和管腰的损伤贯穿至混凝土表面,大部分内水压力由钢衬和钢筋承担;分岔处应力集中明显,但因管径较小,钢衬厚度较大,钢衬和钢筋的应力仍能满足安全需要。配水环管外围混凝土的损伤,使局部结构刚度降低,导致机墩不均匀上抬变形和振动响应有所增加,但不会对整体结构的承载力造成明显影响。     

混凝土局压承载力计算方法深化研究

为探究混凝土达到局部受压承载力时间接钢筋能否屈服,间接钢筋不屈服时拉应力如何取值,以及网格式间接钢筋在楔形体外如何实现合理锚固等问题,完成了18个配置螺旋式间接钢筋和18个配置网格式间接钢筋的混凝土试件的局压试验。试验结果表明:当混凝土发生局压破坏时,局压影响区范围内间接钢筋存在达不到屈服的现象;基于试验结果,获得了不同强度等级热轧钢筋(HPB300、HRB400、HRB500、HRB600)配置的螺旋式间接钢筋和网格式间接钢筋屈服所对应的间接钢筋体积配筋率;建立了发生局压破坏时未屈服的网格式间接钢筋与楔形体外侧面相交处拉应力的计算方法。     

三插溪二级水电站发电厂房金属蜗壳外围砼结构设计

水电站金属蜗壳外围结构是指水轮机层以下二期砼范围内的钢筋砼结构 ,是一个整体性很强的空间结构 .其体形复杂 ,除了可用三维有限元法分析其空间应力状态外 ,还没有精确的方法可用以计算外围结构的内力 .目前外围结构设计中 ,一般采用平面框架力学法计算内力 .一些大流量电站由于转轮直径大 ,蜗壳进水管直径大 ,而座环尺寸小 ,座环处砼连结不可靠 ;若座环视为一不动铰 ,采用外周边固结计算时 ,蜗壳外周边固端配筋有可能不足 .今提出按外周边固定 ,内周边自由的板予以计算 ,能较好地解决问题     

BCCP内水压承载能力原型试验

为了研究钢筋缠绕钢筒混凝土压力管（BCCP）在内水压作用下的承载破坏特征,设计了三个不同管径的BCCP内水压现场原型试验.在管径1 800 mm BCCP的钢筒、钢筋和混凝土保护层上布置环向应变片,逐级施加内水压至2.5 MPa,得到了各部位在内水压作用下的受力变化规律.主要结论如下:BCCP从生产时施加预应力到承受内水压至最终破坏的受力过程可分为5个阶段.1）管芯受预应力钢筋环向作用力阶段.缠筋后,钢筒与混凝土形成的管芯受到一个初始预压应力;2）保护层开裂前整管承受内水压弹性阶段.对应于试验中内水压小于1.5 MPa的阶段,管芯依然受压,而预应力钢筋和外混凝土保护层受拉;3）保护层开裂,管芯承受内水压弹性阶段.试验中当内水压达到1.6 MPa后,保护层开始达到抗拉强度开裂,混凝土管芯也从初始的受压慢慢转变为受拉,依然处于弹性状态;4）管芯开裂,钢筒和钢筋受拉弹性阶段.当内水压达到2.2 MPa后,管芯径向开裂,但是钢筒和钢筋的应力随内水压依然稳步增长;5）管道破坏阶段.钢筒和预应力钢筋达到最终屈服强度,整管丧失承载能力.研究成果可为BCCP在输调水工程中的推广使用以及相关标准的制定提供依据.     

混凝土压力管内压试验方法及其性能研究

为真实反映混凝土压力管在内水压力作用下的受力状况,采用自行设计制作的一套加载设备和部分测试设备,对钢纤维混凝土压力管、钢筋混凝土压力管及配筋钢纤维混凝土压力管,进行了内压性能对比试验研究及理论分析,试验结果表明：内水压力试验方法简单、易行、可靠配筋钢纤维混凝土压力管的抗裂性及极限承载力均有较大程度的提高,且改善了压力管内压时的破坏形态;在配筋钢纤维混凝土压力管中,钢材以钢纤维和钢筋两种方式加入混凝土管体中,钢纤维以其阻裂增强作用提高管件的开裂荷载;钢筋则提高管件的极限承载力和延性,使管件兼具较好的抗裂性、较大的承载能力和较好的延性。     

三峡水电站直埋式蜗壳结构自振特性

直埋式蜗壳外围混凝土在内水压力作用下会产生损伤，损伤必将对结构的刚度和自振特性产生影响．以三峡水电站15号机组直埋式蜗壳方案为研究对象，利用有限元法计算了结构的自振特性．在此基础上，通过对水电站厂房内振源的分析，进行了结构共振校核．对比结构损伤前后的结果，可得出结论：直埋式蜗壳的自振特性对其抗振性能无明显不利影响．     

三峡水电站直埋式蜗壳结构自振特性

直埋式蜗壳外围混凝土在内水压力作用下会产生损伤,损伤必将对结构的刚度和自振特性产生影响.以三峡水电站15号机组直埋式蜗壳方案为研究对象,利用有限元法计算了结构的自振特性.在此基础上,通过对水电站厂房内振源的分析,进行了结构共振校核.对比结构损伤前后的结果,可得出结论:直埋式蜗壳的自振特性对其抗振性能无明显不利影响.