坝后背管结构力学弹性中心法的应用
拱坝稳定分析方法总结与探讨
拱坝稳定分析方法总结与探讨彭小川，陆晓敏河海大学土木工程学院，南京（210098）E-mail：pengxiaochuan003@摘要：拱坝的稳定性分析中,有几种常用的分析方法。
本文概述了几种常用分析方法的特点以及应用范围，并对其中一些方法存在的问题进行了总结。
对拱坝稳定性分析方法的发展方向进行了探讨。
关键词：拱坝稳定，坝肩稳定，上滑稳定，发展趋势拱坝是一种重要的坝型，人类修建拱坝具有悠久的历史。
最早起源于古罗马时代的欧洲，早期的拱坝已经开始利用拱的传力作用，对拱的作用有了很深刻的认识。
二十一世纪内，根据我国西部开发的战略部署和能源发展的长远规划，在黄河中上游、大西南和红水河流域等广阔西部地区，将要兴建许多高、大、薄型拱坝，其中有些拱坝堪称世界之最。
我国目前在建的和设计中的高拱坝有小湾（292m）、拉西瓦（250m）、溪洛渡（273m）、锦屏一级（303m）、白鹤滩（275m）、虎跳峡（278m）等[1]。
这些高拱坝在我们国民经济的发展中起到非常重要的作用。
一旦出现失事问题后果非常严重，所以高拱坝的稳定分析问题变的非常重要。
1. 拱坝坝肩稳定分析的研究方法我们从拱坝的受力特点可以看出，拱坝是一个三面受岩体约束的高次超静定的壳体结构。
当承受水压力等外荷载时，借助拱的作用，拱坝把大部分的库水压力以水平推力方式传至坝端两岸岩体，少部分荷载靠悬臂梁作用传递给地基[2]。
因此，拱坝的稳定性主要是依靠坝肩岩体来维持，坝肩岩体的稳定直接关系到拱坝的正常运行与安全。
所以说坝肩失稳问题在拱坝的安全问题上占有重要的地位[3]。
国内外对坝肩稳定性的研究方法和手段还在不断的发展和完善。
归纳起来有如下方法：1.1稳定性分析方法1.1.1刚体极限平衡法刚体极限平衡法是一种传统的，较成熟的稳定分析方法，也是规范规定采用的方法[4]。
具体方法是将有滑动趋势范围内的边坡岩体按照某种规则划分为一个个小块体，通过块体的平衡建立整个边坡的平衡方程。
《水工建筑物》第三章：拱坝的布置及荷载、应力及稳定分析、坝身构造及优化、地基处理等基础知识
单曲拱坝
双曲拱坝
（3）按构造 周边缝拱坝：在靠近坝基周边设置永久缝的拱坝； 空腹拱坝：坝体内有较大空腔的拱坝。
四、拱坝的发展概况
●最古老拱坝遗址是古罗马时期建于法国南部的鲍 姆拱坝，坝高约12m。13世纪伊朗修建的库力特拱坝， 高达60m，这个记录一直保持到20世纪初。
曲线等于上游面的曲线加上 T(z) 。
■单曲拱坝，拱冠梁上游面是铅直线，下游面 是倾斜直线或几段折线。
三、拱坝布置的步骤和原则
（一）步骤
1.根据坝址地形图、地质图和地质查勘资料，定 出开挖深度，画出可利用基岩面等高线地形图。
2.在可利用基岩面等高线地形图上，试定顶拱 轴线的位置。以顶拱外弧作为拱坝的轴线。顶拱 轴线的半径可用 ＝0.6L1，或参考其他类似工程初 步拟定。将顶拱轴线在地形图上移动，调整位置 ，尽量使拱轴线与基岩等高线在拱端处的夹角不 小于30°，并使两端夹角大致相近。按选定的半 径、中心角及顶拱厚度画出顶拱内外缘弧线。
图4–12 拱冠梁剖面尺寸示意图 1–凸点；2–拱冠顶点的铅垂线
根据我国对东风、拉西瓦等11座拱
坝的β 1、β 2和S值的敏感性计算分析， 其适合范围是：β 1＝0.6～0.7，β 2＝0.15～0.2，S＝
0.15～0.3。对基岩变形模量较高或宽高比较大的河
谷，β 1、β 2取小值、S取大值。定出A、B、C三点位
L/H=6.0，T/H＝0.29。
2. L/H相同，不同河谷形状的比较
（a）V型河谷；（b）U型河谷
1–拱荷载；2–梁荷载
★V形： 适于发挥拱的作用， 靠近底部水压强度最大，但拱跨 短，因之底拱厚度仍可较薄；
水坝工程的设计原理与力学分析
水坝工程的设计原理与力学分析水坝是一种人工构筑物，用于阻挡水流，以储存水源、调节水位及供水、发电等目的。
水坝工程设计和力学分析是保证水坝安全稳定运行的重要环节。
本文将介绍水坝工程的设计原理和力学分析的基本概念和方法。
1. 水坝工程设计原理水坝工程设计的原理主要包括以下几个方面：1.1 形状设计原理水坝的形状设计直接关系到水坝的稳定性和安全性。
通常，水坝的形状应该能够承受水压及其他负荷，并能够抵抗侧向力。
一般情况下，高坝的上游面应该较陡峭，以减少水压力；而下游面则应该较平缓，以增加对侧向力的抵抗能力。
1.2 基础设计原理水坝所靠的基础是承受水压和其他荷载的关键，因此基础的设计原则非常重要。
一般来说，基础应该有足够的承载力和稳定性。
基础的选择和设计应该考虑地质条件、坝体的重量和荷载，以及周围地面的压力等因素。
1.3 排水设计原理水坝排水设计是为了保证坝体内的水分从合适位置排出，以避免对坝体和地基的不利影响。
排水设计应该考虑到坝体内部的渗流、冲刷和泥浆流动等问题，并采取合适的措施来保持坝体的稳定性。
2. 水坝工程的力学分析水坝工程中的力学分析主要包括静力学和动力学两方面。
静力学分析主要是为了确定水坝在静止状态下的应力和变形情况；动力学分析则是为了研究水坝在波浪冲击、地震等动载荷作用下的响应。
2.1 静力学分析静力学分析是水坝工程设计的基础。
通过静力学分析可以确定水压、重力和地震等因素对水坝的荷载作用以及水坝内部应力和变形的情况。
通过静力平衡计算，可以确定水坝的稳定性和安全性。
2.2 动力学分析动力学分析是在静力学分析的基础上，考虑水坝在动态载荷作用下的响应。
动力学分析需要考虑到水波的传播和波浪冲击的力学特性，以及地震时水坝的振动和应力集中等问题。
动力学分析的结果可以为水坝的抗震设计提供依据。
总之，水坝工程的设计原理和力学分析是确保水坝安全稳定运行的重要环节。
形状设计、基础设计和排水设计是水坝工程设计的基本原则；静力学和动力学分析则是水坝工程力学分析的关键内容。
谈管道应力分析在工程中的应用
谈管道应力分析在工程中的应用随着化工和制药行业投资的大量展开，人们对工厂设计、工厂运行提出了更高的质量要求，管道应力分析越来越受到设计单位和投资方的重视，尤其在一些外资投资项目和国家重点工程中，都明确要求设计单位提供管道应力分析计算书。
管道应力分析是管道工程设计的基础，是装置正常、安全运行的重要保障。
标签：管道；管道应力分析；应力分析；工程一、引言在管道设计中，管道應力分析对能否安全生产、优化设计、节约材料、节省项目投资越发显现出重大的影响作用。
在压力容器的设计中，通常以一定的标准和规范作为依据，对于各种荷载要进行严格的计算，在安全上等同于压力容器的压力管道的强度问题、柔度问题也就非常重要，如果设计不当会引发生产事故，其核心原因在对于压力管道缺乏严格的力学计算。
在工程设计中，管道应力分析主要解决管道的强度、刚度、振动等问题，为管道布置、安装、配置，即进行管道设计，提供科学依据。
对与整个工程而言，其重要性主要体现在以下方面。
（一）保证装置运行的安全性管道布置不合理，将会使整个装置运行中存在安全隐患，例如由于管道热应力而导致的管架被推坏，设备管口被撕裂或被顶坏，弯头、三通等焊缝处裂缝以及法兰泄漏的现象时有发生，严重者还会引起爆炸或燃烧。
而如果管系固有频率与震源的激振相同则整个装置系统将发生共振，对建筑物和设备造成损坏。
上述现象都属于管道应力问题，在一些化工厂中由于管道应力而出现事故也时有发生，严重时还将引起人员伤亡。
为此对于易发生上述现象的管道或管系需进行应力分析，通过应力分析可以保证其具有较好的柔性，同时对于一些易产生振动的管道，通过合理布置使其振动频率措开震源的激振频率，避免共振，最终保证整个装置安全稳定的运行。
（二）减少工程投资管道应力分析尤其是通过计算软件分析，不但可以保证系统装置的安全运行，而且由于应力分析是通过计算软件来进行，因此数据精准，结果可靠，用其辅助配管设计，可以减少不必要的工程投资。
拱坝加高加固应力稳定分析
成 空间结构的方法 ， 坝 体承受荷 载一 部分和拱 系承担 ， 分 配载荷 ， 计算静定梁 的内力难 度不大 ， 拱 的计算 可以使用 纯 拱方 法进行 ． 这种 方法 能够把 复杂 弹性壳体 问题 简化
为结构力学杆件 。
２ ． ５ 有 限元方 法
有限元计算方 法 的思想 是 把拱 坝规 划 为若 干单 元 ， 单 元之间通过节点连接 ， 在节 点位置 要求三 维力平衡 ， 三 维 变 位 共 容 。不 同 单 元 的 材 料 特 性 可 以 不 同 ， 能够 更好 地 体现出拱坝材料分 区的实际情 况和坝体 的实 际几何情 况 ｊ 。坝体 单元之间平衡以及变 位相容 是对节 点的基 本
２ ． ４ 拱梁 分载 法
这 是 一 种 把 拱 坝 视 作 若 干 水 平 圈 以及 竖 直 悬 臂 梁 组
１ ． ２ 工程 地质
红岩水库坝址 左 右有 乡村 便道 通 往库 内金 鼎 山， 交 通 方便 ， 主坝 经过 两次 加高后 ， 现 高２ ６ ． ３ ０ ｍ。 本 次加 高工 程 计划 在 原 有 坝 上 加 高 ７ ． ０ ｍ， 提 高 正 常 蓄 水 水 位 至 ８ ９ ４ ｍ， 提高库容至１ ０ ５ ０×１ ０ ｍ ， 堰顶高程８ ９ ６ ． ８ ｍ， 为中 型水库 。勘察 区域 位于 贵州 中北 部 黔北 山地 高 原之 南 ，
主坝 的抗 滑稳 定性 。
［ 关键词］ 拱 坝 ； 应 力稳 定分 析 ； 拱 坝加 高
［ 中图分类号 ］ Ｔ Ｖ ６ ４ １ ［ 文献标 识码］ Ｂ ［ 文章编号 ］ １ ０ ０ ６— ７ １ ７ ５ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ３— ０ ０ ５ ３— ０ ２
相 间分 布 ， 并且埋深很大 。
水利工程的力学应用
水利工程中的弹性稳定性分析
弹性稳定性的定义和重要性 弹性稳定性分析的方法和步骤 弹性稳定性分析在实际水利工程中的应用案例 弹性稳定性分析对水利工程设计和施工的影响
水利工程中的弹性变形分析
弹性变形：物体在外力作 用下产生的形状和尺寸变
化
水利工程中的弹性变形： 坝、堤防等水利工程结
构在荷载作用下的变形
疲劳分析的应用： 优化材料选择、 改进设计、评估 使用寿命等
水利工程中的弹性力学应用
水利工程中的弹性波传播分析
弹性波的产生：由于水压力的变化，导致材料发生形变 弹性波的传播：通过固体介质传播，速度与材料性质有关 弹性波的衰减：随着传播距离的增加，能量逐渐减小 弹性波的应用：用于检测水利工程的缺陷和故障，评估其安全性和稳定性
材料力学在水利工程中的发展趋势：新型材料的研发和应用，提高水工建筑物的抗震、 抗腐蚀等性能。
弹性力学基础
弹性力学的基本概念：应力、应变、弹性模量等 弹性力学的基本原理：胡克定律、泊松比等 弹性力学在水利工程中的应用：分析水坝、堤防等结构的受力情况 弹性力学在解决实际问题中的应用：优化设计、提高工程安全性等
水库的动力学应用：防洪、灌溉、 发电等
闸门启闭的动力学分析
闸门启闭的动力 学原理
闸门启闭的动力 学模型
闸门启闭的动力 学计算方法
闸门启闭的动力 学优化设计
水流冲击力的动力学分析
水流冲击力的定 义和计算方法
水流冲击力对水 利工程的影响
水流冲击力的动 力学分析方法
水流冲击力的动 力学分析实例
水利工程中的流体动力稳定性分析
流体动力稳定性 的定义和重要性
流体动力稳定性 分析的方法和原 理
水利工程中常见 的流体动力稳定 性问题
弹性中心法求解超静定拱
弹性中心法求解超静定拱范坤杰（哈尔滨工业大学（威海）土木工程系，山东 威海 264200）摘 要：对弹性中心法进行了简述与介绍，并详细分析了其简化的原理以及一般运用计算的过程。
关键词：弹性中心法，超静定拱，力法，内力求算，简化过程拱结构在工程中的应用极为泛，桥梁工程方面，有闻名遐迩的赵州石拱桥；建筑工程方面，诸如比萨大教堂，圣彼得大教堂等著名建筑也都在不同程度上采用了拱结构。
时至今日，双曲拱桥，落地式拱顶结构，带拉杆式的拱式屋架等现代拱式结构已被大量运用于土木工程之中。
超静定拱绝大部分是无铰拱或是两铰拱。
两铰拱是一次超静定结构，求解时通常只需解除一水平约束，用力法一般步骤进行计算即可，只是由于拱是曲杆，在计算位移11δ，1P ∆时不能使用图乘法，必须进行积分，从而增大了计算量。
而无铰拱却是三次超静定结构，若采用普通的力法解题方案，解除三个约束，列出三元一次方程组进行求解，则计算量过于繁杂，正确性很难保证。
为此，力学专家们对无铰拱的计算进行了两部分简化，一是利用结构对称性的简化，二是利用刚臂的简化，最终形成了一种相对更简便清晰的方法——弹性中心法。
弹性中心法是力法的一种简化计算方法，它适用于对称无铰拱，对称封闭刚架和封闭环形结构的计算。
其基本思路：对以上适用的三种结构，首先选用对称的基本结构，同时将荷载分解成对称和反对称两组，并建立相应的求解多余未知力的力法联立方程；通过增加刚臂并调整刚臂的长度，使力法方程中的副系数等于0，从而将求解联立方程的问题转化为求解若干个独立方程的问题。
1 简化过程1．1利用结构对称性无铰拱为对称结构，在拱顶将其截开，如图1所示，以拱顶处弯矩1X 、轴力2X 和剪力3X 为多余未知力。
由于1X 与2X 为对称未知力，3X 为反对称未知力，则31δ=13δ=0，23δ=32δ=0。
由此消掉4个位移量，实现了方程组（a ）到方程组（b ）的转换。
（a ）111122133121122223323113223333+++=0+++=0+++=0P P P X X X X X X X X X δδδδδδδδδ∆∆∆（b ）111122121122223333++=0++=0+=0P P P X X X X X δδδδδ∆∆∆图1：1．2利用刚臂为使方程组进一步简化，考虑消掉12δ，21δ这两个位移量。
重力坝稳定分析方法及提高坝体抗滑稳定的工程措施
重⼒坝稳定分析⽅法及提⾼坝体抗滑稳定的⼯程措施重⼒坝的稳定性汪祥胜3008205112（46）前⾔：重⼒坝是世界出现最早的⼀种坝型，早在2900年前在埃及就出现了最早的重⼒挡⽔坝。
随着我国重⼒坝建设的繁荣，数量的增多和⾼度的不断提升，使得对稳定分析有着重要的理论和实践意义。
⼤坝的稳定性直接关系到⼤坝安全性和⼈民群众的⽣命财产息息相关，⽽此次实习的三峡和向家坝皆是重⼒坝的代表杰作，通过实习定能从深层次上了解有关⼤坝稳定性的相关问题，包括什么是重⼒坝，重⼒坝稳定的意义，其稳定性分析⽅法和提⾼坝体抗滑稳定性的⼯程措施及在实际中的应⽤情况和应注意的问题。
⼀．什么是重⼒坝1.重⼒坝是由砼或浆砌⽯修筑的⼤体积档⽔建筑物，其基本剖⾯是直⾓三⾓形，整体是由若⼲坝段组成。
重⼒坝在⽔压⼒及其他荷载作⽤下，主要依靠坝体⾃重产⽣的抗滑⼒来满⾜稳定要求;同时依靠坝体⾃重产⽣的压⼒来抵消由于⽔压⼒所引起的拉应⼒以满⾜强度要求。
2.优缺点：重⼒坝优点：重⼒坝之所以得到⼴泛应⽤,是由于有以下优点：①相对安全可靠,耐久性好，抵抗渗漏、洪⽔漫溢、地震和战争破坏能⼒都⽐较强；②设计、施⼯技术简单，易于机械化施⼯；③对不同的地形和地质条件适应性强，任何形状河⾕都能修建重⼒坝，对地基条件要求相对地说不太⾼；④在坝体中可布置引⽔、泄⽔孔⼝，解决发电、泄洪和施⼯导流等问题。
重⼒坝缺点：①坝体应⼒较低，材料强度不能充分发挥；②坝体体积⼤，耗⽤⽔泥多；③施⼯期混凝⼟温度应⼒和收缩应⼒⼤，对温度控制要求⾼。
3.⼯作原理；重⼒坝在⽔压⼒及其它荷载作⽤下必需满⾜：A、稳定要求：主要依靠坝体⾃重产⽣的抗滑⼒来满⾜。
B、强度要求：依靠坝体⾃重产⽣的压应⼒来抵消由于⽔压⼒所引起的拉应⼒来满⾜。
4.重⼒坝类型：重⼒坝按筑坝材料的不同分为:混凝⼟重⼒坝和浆砌⽯重⼒坝。
重⼒坝按其结构形式分为:①实体重⼒坝;②宽缝重⼒坝；③空腹重⼒坝。
重⼒坝按泄⽔条件可分为⾮溢流坝和溢流坝两种剖⾯。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
文章编号:055929342(2003)0920031204坝后背管结构力学弹性中心法的应用蒋 锁 红(西北勘测设计研究院,陕西西安710065)关键词:坝后背管;结构计算;弹性中心法;水电站摘 要:简要介绍了坝后背管结构力学弹性中心法,并利用结构力学弹性中心法对国内外已建坝后背管工程和地面外包混凝土钢管工程进行结构分析和配筋优化。
分析发现,坝后背管外包混凝土的外圈钢筋应力大于内圈钢筋应力和钢管应力,外包混凝土厚度设计基本合理,但在钢筋布置上值得进一步优化。
结构力学弹性中心法计算结果可靠,方法简便。
Application of the elasticity center method of structure mech anics for penstock laid on the dow nstream face of d amJiang Suo2hong(N orthw est I nvestigation,Design and R esearch I nstitute,Xi’an Sh aanxi710065) K ey Words:penstock laid on the downstream face of dam,structure calculate,elasticity center method,hydraulic power plant Abstract:This paper briefly introduces the elasticity center method of structure mechanics for the penstock laid on downstream face of dam1Then using the method to calculate the built projects with penstock laid on downstream face of dam and laid on rock slope1 It is found that the stresses of outer steel bar are bigger than those of steel penstock and inner steel bar in rein forced concrete around the steel penstock1The thickness of concrete around the steel penstock is reas onable basically,but the arrangement of steel bars needs to be optimized in order to reduce the stresses of outer steel bar1It showed that the results of elasticity center method of structure mechanics for calculating the penstock on the downstream face of dam are credibility and this method is simple1中图分类号:T V31;T V73214 文献标识码:B坝后背管在结构分析时,一般按平面应变问题进行简化计算。
长期以来,由于缺少一种计算简便、结果可靠的坝后背管结构计算方法,给背管设计带来不便。
早期是按照轴对称结构模型计算,结果是钢管应力和内圈钢筋应力最大,故早期的一些背管设计中,往往在内圈配置较多的钢筋。
后来尽管有限元方法得到了广泛的应用,但由于有限元自身的一些问题,要了解背管结构的应力状况,往往要靠模型试验,而只有大比尺的模型试验结果才比较可靠;另外,由于混凝土裂缝往往不会正好通过应变片,使测值不能真实反映最大钢筋应力。
所以,人们对背管的应力状态并不能完全掌握,只是通过大型模型试验,初步认识到混凝土裂缝处外圈钢筋的应力较大。
在三峡水电站坝后背管设计中,通过大型模型试验,确定在斜直段外圈布置两层钢筋,内圈仅布置一层钢筋,这与以往的背管设计已经有所不同。
坝后背管结构力学弹性中心法是在对前人的研究成果进行总结的基础上提出的。
其计算模型采用变截面固端超静定拱,用结构力学弹性中心法计算内力,利用曲梁公式计算钢板、钢筋混凝土组合截面的应力,可以计算出管腰混凝土开裂后钢管、钢筋的应力分布。
计算结果表明,管腰混凝土开裂后,外圈钢筋应力最大。
计算结果与模型试验和有限元成果进行了对比,基本吻合。
新修订的《D L/T5141—2001水电站压力钢管设计规范》中已经增补了坝后背管设计的内容,并将结构力学弹性中心法列入附录D,作为坝后背管结构分析的推荐方法。
本文将利用结构力学弹性中心法对国内外几个典型的背管工程进行计算研究,并对计算结果进行讨论。
1 坝后背管结构力学弹性中心法简介[1]背管实际横断面为内圆、外城门洞形断面,下部为坝体,以缝面划分为管、坝两部分,如图1所示。
背管结构力学弹性中心法计算基本假定如下:①背管为单轴对称结构。
②背管结构计算模型可简化为变截面固端超静定拱,一般情况其一半中心角为135°,0°～±90°为等厚圆拱,±90°～±135°为变厚度圆拱,结构计算模型简图如图2所示;若背管外部体形变化,可另行调整。
③计算截面为钢板、钢筋和混凝土组合截面,将环向钢筋按截面积折算为等厚钢板,再将钢板按等效厚度折算为混凝土。
计算中忽略钢板与混凝土之间的 收稿日期:2003202221基金项目:国家电力公司2001年度科研项目(SP11220012032462 03)作者简介:蒋锁红(1968—),男,甘肃岷县人,高级工程师,从事大坝基础处理设计,高边坡加固设计,水电站坝后背管技术研究113水力发电・2003年・第29卷・第9期滑移。
④按平面应变问题计算。
⑤计算钢板应力时考虑钢板与混凝土之间的缝隙值,初始内压由钢管承担,按锅炉法计算钢管初始应力;计算钢筋应力时不计缝隙值。
⑥未考虑混凝土塑性。
图1 背管横断面图2 背管结构计算简图坝后背管结构力学弹性中心法用于坝后背管和地面钢衬钢筋混凝土管设计,能计算内水压力、温度作用、结构自重等作用引起的结构环向内力分布和应力分布;而且还可以解决背管设计中的一些难点问题,如确定外包混凝土的合理厚度,优化配筋,计算裂缝宽度等。
以下将通过工程实例,说明其在工程设计中的应用。
2 已建工程坝后背管的结构计算分析211 萨扬舒申斯克坝后背管21111 工程概况萨扬舒申斯克水电站(以下简称“萨扬”)位于俄罗斯叶尼塞河上,电站装机10×640MW ,坝型为重力拱坝,最大坝高245m 。
引水管道由10条背管组成,在正常高水位时的工作水头范围从管道起始段的56m 到尾部的226m ;若考虑水锤压力,则相应的计算水头为56～278m[2]。
钢管直径715m ,外包钢筋混凝土厚115m [2]。
背管斜直段下部钢管壁厚25mm ,内外圈各布置了一层钢筋,内圈每米布置4<70mm 钢筋,外圈每米布置4<60mm 钢筋。
钢管、钢筋、混凝土应力计算时将背管假定为轴对称结构,简化为多层环,第1层为金属内衬,厚t 1;第2、4层环为混凝土;第3层环是由钢筋填满的金属层,该层厚度等于钢筋折算厚度。
按极坐标列出力系平衡的微分方程,对其求解可得到钢管、钢筋、混凝土应力。
计算结果表明,环向应力σθ与环的半径有关,半径越大,σθ越低,呈反比关系。
21112 原设计方案结构计算采用结构力学弹性中心法对原方案进行计算,结果见表1。
计算结果表明:①混凝土开裂后,钢管和钢筋应力的分布是不均匀的,外圈钢筋应力是内圈钢筋应力和钢管应力的2倍多,与原设计采用轴对称方法的计算结果差别较大;②外圈钢筋应力值较高,已经远远超过了屈服点300MPa ,突破了设计原则中钢筋应力的要求,表明外圈钢筋已经屈服,同时也说明混凝土裂缝宽度较大。
21113 优化方案结构计算造成外圈钢筋屈服的主要原因是外圈钢筋配筋量较少。
优化时,可将外圈钢筋布置由每米4<60mm (折算厚度1113cm )改为每米4<70mm (折算厚度1154cm );内圈由每米4<70mm (折算厚度1154cm )改为4<60mm (折算厚度1113cm )钢筋;增加了外圈钢筋的配筋量,减小了内圈钢筋的配筋量,钢板厚度不变,钢筋总折算厚度不变。
优化方案结构计算结果见表1。
优化后,外圈钢筋应力减小为原来的80%,而钢管和内圈钢筋应力都有所增加,使应力更加均匀,可见优化效果明显。
计算结果表明,原方案存在进一步优化的可能,通过优化,可以减小外圈钢筋应力,减小混凝土裂缝宽度。
表1 萨扬坝后背管优化方案结构计算结果方 案钢管应力/011MPa 内圈钢筋应力/011MPa外圈钢筋应力/011MPa外圈钢筋应力百分比/%原方案12851022151015943959104010010优化方案1358165415121809318610558010212 扎戈尔电站钢衬钢筋混凝土管21211 工程概况扎戈尔抽水蓄能电站位于前苏联,总装机1200MW 。
该电站压力管道采用了预制装配式钢衬钢筋混凝土管,有6条管道,每管节长4141m ,重量140t ,管道内径715m ,管内流速为6m/s ,设计水头130m ,钢衬厚10～12mm (钢号为09Г2с,屈服强度320MPa ,设计上只考虑起防渗作用,不参与受力,荷载主要由外包钢筋混凝土承担)。
外包混凝土圆筒壁厚40cm ,环向钢筋共布置了两层,钢号为A 2Ⅲ。
上游段,内层钢筋为<40@100mm ,外层钢筋为<40@100mm ;下游段,内层钢筋为<32@300mm ,外层钢筋为<36@150mm [3]。
据考察,该工程已经进行了混凝土表面裂缝处理。
21212 原设计方案结构计算用结构力学弹性中心法对原设计方案进行计算,混凝土环向应力分布曲线见图3。
混凝土内缘环向应力从管顶(7176MPa )到管腰逐渐减小,从管腰到管底逐渐增加。
混凝土外缘环向应力分布与内缘环向应力分布相反,从管顶(6150MPa )到管腰逐渐增加,从管腰到管底逐渐减小,接近管底部位出现压应力。
管腰以上混凝土拉应力普遍较高,大大超过混凝土抗拉强度。
上述应力仅是内水压产生的,如果考虑温度作用产生的应力(111MPa ),则混凝土应力更大,表明混凝土将出现许多贯穿性轴向纵缝。
由于钢筋应力和其23水力发电・2003年・第29卷・第9期他工程相比不算太高,说明裂缝宽度不一定很大。