预应力混凝土压力管道受力性能与计算方法的研究

摘要

近年来,随着预应力混凝土技术的成熟化发展,环形预应力作为适应压力管道结构形式的专业技术,广泛应用于水利水电工程隧洞和调压井、核电站安全壳、工业储料仓、市政工程消化池和蓄水池等诸多领域.目前,预应力混凝土压力管道已得到了越来越多的重视和研究.该文结合水利部水利科技重点项目《预应力混凝土压力管道受力性能与计算方法研究》(SZ9422)和三峡工程施工科研项目《三峡电站钢衬预应力混凝土联合受力压力管道设计方案选择及论证分析》(CT-00-2-3、CT-01-02-01),主要进行了如下几方面的工作:1.根据环形预应力作用机理,结合弹性地基梁理论,提出了单环预应力作用效应的计算方法和预应力混凝土压力管道施工阶段的验算方法.提出了相邻环预应力筋束的最大间距计算公式,确定了以混凝土抗裂为目标进行预应力筋束分步张拉施工与荷载控制的方法.2.根据环形预应力作用机理,结合多层圆筒轴对称平面形变理论,导出了全部预应力作用效应的计算公式,提出了预应力混凝土压力管道和钢衬预应力混凝土压力管道运行阶段的验算方法,并确定了相应管道结构的极限承载能力设计方法.3.结合黄河小浪底水利枢纽工程在施工现场进行的采用双层双圈环形无粘结预应力钢绞线和单圈有粘结预应力钢绞线对排沙洞衬砌混凝土施加预应力的1:1模型试验,对比分析了两种后张预应力施工体系的优劣,归纳总结了预应力筋束张拉过程中预应力混凝土压力管道结构管壁混凝土的内力分布规律,验证了模型试验实测数据、理论计算和三维有限元分析结果的一致性,确定了预应力混凝土压力管道理论计算方法的可行性.4.结合三峡电站钢衬预应力混凝土联合受力压力管道的设计方案选择及论证分析,对比分析了钢衬预应力混凝土压力管道理论计算、平面有限元和管坝整体三维有限元分析结果的一致性,确定了管道结构在不同钢衬厚度、不同抗裂度要求、不同外包混凝土厚度及不同钢衬与管壁混凝土间初始径向间隙等因素影响下的内力分布规律,验证了钢衬预应力混凝土压力管道的设计方法.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

摘要

§1.1预应力混凝土压力管道发展概况

§1.2预应力混凝土压力管道工程应用概况

1.2.1预应力混凝土压力管道的材料

1.2.2有粘结体系和无粘结体系

1.2.3预应力混凝土压力管道预应力筋束锚固支撑方法

1.2.4预应力混凝土压力管道锚具选择及张拉施工工艺

1.2.5 工程应用实例

§1.3预应力混凝土压力管道研究现状及进展

1.3.1预应力混凝土压力管道设计思想的发展

1.3.2预应力混凝土压力管道设计理论和方法的现状与进展

1.3.3预应力混凝土压力管道研究现状与问题

§1.4本文的主要研究内容

参考文献

第二章预应力混凝土压力管道理论计算方法

摘要

§2.1引言

§2.2环形预应力作用机理

§2.3预应力混凝土压力管道断面形式

§2.4预应力混凝土压力管道施工阶段验算

2.4.1单环预应力作用效应计算方法

2.4.2单环预应力作用下混凝土压力管道理论计算与有限元分析

2.4.3预应力混凝土压力管道施工阶段设计建议

§2.5预应力混凝土压力管道使用阶段验算

2.5.1全部预应力作用效应计算方法

2.5.2预应力混凝土压力管道使用阶段设计建议

2.5.3预应力混凝土压力管道极限承载能力验算

§2.6钢衬预应力混凝土压力管道使用阶段验算

2.6.1钢衬与管壁混凝土的间隙

2.6.2完全接触全部预应力作用效应计算方法

2.6.3非完全接触全部预应力作用效应计算方法

2.6.4钢衬预应力混凝土压力管道使用阶段设计建议

2.6.5钢衬预应力混凝土压力管道极限承载能力验算

§2.7小结

参考文献

第三章预应力混凝土压力管道结构分析

摘要

§3.1引言

§3.2预应力混凝土压力管道模型试验研究

3.2.1预应力混凝土压力管道试验背景

3.2.2预应力混凝土压力管道试验目的

3.2.3结构模型设计基本理论

3.2.4预应力混凝土压力管道模型试验概况

3.2.5不同后张预应力施工体系预应力施加阶段模型试验结果分析

§3.3预应力混凝土压力管道试验模型有限元分析

3.3.1无粘结预应力混凝土压力管道三维有限元计算模型

3.3.2有粘结预应力混凝土压力管道三维有限元计算模型

§3.4预应力混凝土压力管道理论计算与试验和有限元分析成果对比

3.4.1无粘结预应力混凝土压力管道理论计算与试验和有限元分析成果对比

3.4.2有粘结预应力混凝土压力管道理论计算与试验和有限元分析成果对比

§3.5结论

附录1 ：预应力混凝土压力管道预应力筋束应力损失计算方法

参考文献

第四章钢衬预应力混凝土压力管道结构分析

摘要

§4.1引言

§4.2钢衬预应力混凝土压力管道结构方案

4.2.1工程简介

4.2.2钢衬预应力混凝土压力管道断面

4.2.3钢衬预应力混凝土压力管道预应力施加方法

4.2.4钢衬预应力混凝土压力管道材料参数

§4.3钢衬预应力混凝土压力管道理论计算

4.3.1验算依据及相关说明

4.3.2钢衬厚度验算

4.3.3钢衬与管壁混凝土径向间隙的确定

4.3.4钢衬预应力混凝土压力管道配筋计算

§4.4钢衬预应力混凝土压力管道平面有限元和理论计算对比分析

4.4.1钢衬预应力混凝土压力管道平面有限元计算模型

4.4.2钢衬预应力混凝土压力管道不同抗裂度要求分析

4.4.3钢衬预应力混凝土压力管道不同钢衬厚度分析

4.4.4钢衬预应力混凝土压力管道不同初始径向间隙分析

4.4.5小结

§4.5钢衬预应力混凝土压力管道三维有限元计算分析

4.5.1钢衬预应力混凝土压力管道三维有限元分析的目的

4.5.2钢衬预应力混凝土压力管道三维有限元计算模型

4.5.3钢衬预应力混凝土压力管道三维有限元计算分析

4.5.4钢衬预应力混凝土压力管道平面有限元和三维有限元计算结果对比分析

§4.6结论

参考文献

第五章总结与展望

摘要

§5.1本文研究的主要结论

§5.2研究前景与展望

创新点摘要

作者在攻读博士期间发表的论文

作者在攻读博士期间所参加的科研项目

致谢