地下埋藏式岔管非线性分析与加固措施研究

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1、定连理：I：人学硕十学位论文摘要目前水电站规模越来越大，地下埋藏式钢岔管越来越多的被应用在大中型水电站项目中。对于高水头、大直径的地下埋藏式压力钢管的HD值已经超过钢管规范值，而且规范中限制钢管在弹性范围内工作，视围岩为弹性体，这不能真实反映钢材和围岩的实际承载能力。因而不能满足现代水电站项目的需要。由于埋藏式钢岔管结构非常复杂，设计中一般按明岔管进行，但是这种方法没有反映出钢岔管与围岩的真实应力，也无法体现围岩的承载能力。随着计算机技术的发展和有限元理论的不断完善，许多优秀的计算软件越来越广泛的应用在工程设计与分析中，已经成为解决复杂工程问题的

2、有效工具。本论文以ANSY$和FLAC3D为平台，对某大型水电站埋藏式钢岔管进行了多种方案的计算分析。为了尽可能准确的反映结构的力学行为，作者分别对混凝土衬砌和围岩的线弹性和弹塑性材料不同考虑时，岔管应力状态及荷载分配的影响进行了分析。并且考虑了由于开挖造成的一次应力场和衬砌形成的二次应力场的影响作用。对于钢衬、混凝土衬砌和围岩，作者选取了不同的单元形式和材料进行了计算分析。由于地下埋藏式岔管的结构复杂性，岔裆区域应力高度集中，为了降低岔裆区域应力、加固岔管，作者提出了三种加固方法：增加钢衬厚度、钢衬钢筋混凝土衬砌新型式和设置预应力支撑，并对这三

3、种方案进行了计算分析，从适用性和经济性上进行了比较。加厚钢衬和钢衬钢筋混凝土衬砌新型式都能有效地达到降低岔管应力集中的效果，然而这两种方案会增加工程造价、加大施工难度，影响工期。布置预应力支撑体系同样能达到降低岔管应力集中的效果，而且具有操作方便、经济实用的优点。对于加固效果更加理想的预应力支撑体系，作者进行了敏感性分析，得出了一些有益的结论。关键词：埋藏式岔管；有限元分析；加固措施地卜．埋藏式岔管1F线性分析与加固措施研究Nonlinearfiniteelementanalysisandreinforcementmeasuresofsteelb

4、ifurcationembeddedinrockAbstractSteelpenstocksembeddedinmckarebeingwidelyusedinmiddleandlarg争scalehydroelectricprojects．whosescalesaregettinglargerandlarger．1rt坞valueofHDexceedsthevaluesetbytheCode,andthemethodsuggestedbytheCodecannotembodytherealloadbearingcapabilityofthemat

5、erialsundertheimemalwaterpressure．Soit伽notmeettheneedofconstructionofmodernhydroelectricprojects．Embeddedbifurcationisgenerallyregardedasexposedbifurcationinengineeringdesignforitscomplexs血'uetore．However,thismethoddoean’treflectontheinteractionofsteelbifurcationandsurroundin

6、grock．Therefore,theirrealstresscan’tbetightlyjudged，andtheinfluenceofsurroundingrockbearingcapacity．Inaddition,theverycomplex刚a'ucRIrecausestresstohighconverge，andthelargestressexcocdthecriterionofmaterial．Withincreasingdevelopmentofcomputerscienceandcontinuousperfectionofthe

7、finiteelementtheory,manykindsofexcellentuniversalanalysissoftwarearcmoreandmorewidelyusedinengineeringdesignandanalysis，andevanhavebeenvalidtoolsinsolvingcomplicatedengineeringproblem．Inthispaper,withthehelpofANSYSandFLACso脚龇severalschemesarecarriedoutforembeddedbifurcationin

8、onelarge-scalehydroelectricprojects．Inordertoreflecttheloads-bearing