钢衬钢筋混凝土坝后背管极限承载力分析的弹性迭代法与应用

摘要

钢衬钢筋混凝土坝后背管(Steel lining reinforced concretepenstocks，简记SLRCP)是一种较新型的水力发电引水系统，由于在结构型式和布置形式上具有较多优点，现已在三峡、李家峡、金安桥和景洪等大中型水电站中得到应用。同时，SLRCP为内钢衬与外包钢筋混凝土联合承载的复杂结构，通常具有较高的HD(水头×管径)值，且带裂缝工作，承载机理复杂，因此，保证其在整个运行期的安全性非常重要。
　　 极限承载能力作为结构安全评价指标，可从整体层面评估结构安全性，其分析方法及应用研究是目前的热点课题。在结构极限承载力分析数值方法中，弹性模量调整法应用较为广泛。在上述弹性模量调整法的基础上，本课题组杨绿峰教授等结合广义屈服准则，定义了单元承载比概念，提出了新的弹性模量调整法一弹性模量缩减法(Elastic Modulus ReductionMethod，简记EMRM)，该方法已成功地应用于土木、水利工程的大型复杂结构安全评估中。
　　 本论文在课题组此前成果的基础上，对以下问题进行了研究：
　　 (1)考虑SLRCP承载特点，研究了不同布置型式下结构内力分布状况，评估了结构极限承载力分析曲梁模型的适用性，进而开展了结构配筋优化研究。
　　 (2)采用SLRCP曲梁模型，获得了SLRCP断面的单元承载比，得出了适用于SLRCP的弹性模量调整策略，结合下限乘子算法，提出了适用于SLRCP极限承载力分析的EMRM。
　　 (3)结合曲梁模型弹性中心法求解SLRCP曲梁模型内力，进而建立了基于弹性中心法截面内力分析的EMRM，应用于SLRCP的极限承载力分析中。
　　 (4)对比确定了适用于SLRCP的钢筋锈蚀模型，将所提出的弹性迭代法应用于含缺陷SLRCP的极限承载力分析中，总结了钢筋锈蚀和钢衬局部减薄对SLRCP极限承载力的影响规律。

目录

文摘

英文文摘

第一章 研究背景与进展

1.1 研究背景

1.2 背管简介及研究概况

1.2.1 背管简介

1.2.2 部分重大工程实例

1.2.3 背管研究概况

1.3 背管与含缺陷压力管道极限承载力研究进展

1.3.1 背管极限承载力研究进展

1.3.2 含缺陷压力管道极限承载力研究进展

1.4 结构塑性极限分析研究进展

1.5 本论文主要研究内容

第二章 背管极限承载力分析原理与方法

2.1 结构塑性极限分析基本原理与方法

2.1.1 结构塑性极限分析基本原理

2.1.2 弹性模量调整法

2.2 背管曲梁模型截面内力分析方法

2.2.1 线弹性梁系有限元法

2.2.2 弹性中心法

2.3 结构极限承载力分析的弹性模量缩减法

2.3.1 弹性模量缩减法基本原理

2.3.2 弹性模量缩减法迭代流程和步骤

第三章 背管极限承载力分析的曲梁模型和钢材配置优化

3.1 背管曲梁模型与钢材配置

3.1.1 背管曲梁模型

3.1.2 背管环向钢材配置方法

3.2 钢材配置优化与影响因素分析

3.2.1 钢材配置优化

3.2.2 钢材配置的影响因素分析

3.3 小结

第四章 背管极限承载力分析的弹性迭代法

4.1 背管极限承载力分析的弹性模量缩减法

4.1.1 曲梁模型的单元承载比

4.1.2 弹性模量调整策略

4.1.3 极限荷载求解

4.1.4 算例分析

4.2 基于弹性中心法内力分析的弹性模量缩减法

4.2.1 算法基本原理

4.2.2 算法流程

4.2.3 算例分析

4.3 小结

第五章 含缺陷背管结构极限承载力分析

5.1 含钢筋锈蚀背管极限承载力分析

5.1.1 背管钢筋锈蚀模型选取

5.1.2 含锈蚀缺陷背管算例分析

5.2 含钢衬局部减薄背管极限承载力分析

5.2.1 局部减薄的模拟方法

5.2.2 含局部减薄背管算例分析

5.3 含两种缺陷背管极限承载力分析

5.4 小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

攻读硕士学位期间主要参加的科学研究项目