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《钢衬钢筋混凝土压力管道混凝土裂缝宽度数学模型》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、1996年第5期水力发电钢衬钢筋混凝土压力管道混凝土裂缝宽度数学模型‘董哲仁董福品鲁一晖,,(中国水利水电科学研究院北京100044),摘要从计算具有混凝土径向裂缝的管道结构位移出发导出了计算钢衬钢筋混凝土压力管道混凝、,1,,土裂缝宽度的半解析半经验的实用数学模型经与1比尺真实材料结构模型试验结果相对照计算值与试验值符合良好。文中还给出算例并讨论了控制裂缝宽度的途径。关扭词钢衬钢筋混凝土压力管道裂缝宽度数学模型,了这种管道的仿真材料模型试验完成各类比1概述,尺的破坏模型总数已逾50多个这些试验结果水电站钢衬钢筋混凝土压力管道是一种新可以作为我们建立裂缝宽度数学模型的试验基型结构。由于
2、这种结构具有一系列技术经济先础。从这些模型的加载到破坏的全过程,可以,已被一批水电站工程所采用,归纳出以下一些特点:进性如已建成的东江、紧水滩水电站,正施工的李家峡、五(1)裂缝是径向辐射状的,裂缝一旦开裂、、。,、强溪桃林口三峡水电站这种新型结构还即裂穿形成贯通裂缝,成功地运用于引水式电站的地面管如云南依(2)裂缝基本均匀分布在外悬的圆筒部分,,,,,萨河二级水电站水头高达94m居全国第2内一般情况下在设计荷载作用下没有裂,,位经系统的科研工作论证后采用了钢衬钢缝向上游伸延到坝体以内(对下游坝面管)或筋混凝土地面压力管道。向地基方向发展(对地面管);:,这种新型结构的设计原则是钢衬与
3、钢筋(3)到达某一特定荷载以后外悬圆筒内混凝土联合工作承受内水压力,,,,允许混凝土出裂缝出齐条数即稳定下来荷载继续增大裂,,现径向裂缝以发挥钢筋的作用;但应限制裂缝缝数目一般不再增加只是缝宽增大。宽度在相应设计规范允许的范围内目前对于(4,)裂缝形状内窄外宽最大缝宽出现在、这种复合结构的工作性状应力状态及破坏机圆筒外缘。,,理等都有了较为深入的认识同时已有若干有关钢筋混凝土结构裂缝宽度计算方法问。,结构应力分析方法可供设计者使用但是对,题现有的一般钢筋混凝土构件裂缝计算方法于这种新型结构混凝土裂缝宽度的计算方法国都要求计算结构断面应变值和裂缝平均间距。。,内外尚无成熟经验可供借鉴所以
4、研究和提,。应该看到这种方法具有一定局限性这是因供一种对工程师实用的裂缝宽度计算方法就显,,为裂缝间距问题是开裂结构物的位移问题较得十分必要了。为精确的计算方法应该是直接计算开裂结构物钢衬钢筋混凝土压力管道的混凝土开裂问,题有其特殊性难于套用一般钢筋混凝土构件,该项目为国家自然科学基金资助项目。,:的裂缝公式近10多年来国内一些单位开展收稿日期1996一02一26水力发电1996年第5期,。1,1的位移而不是先计算结构应变特别是在现。。:尸一P、r‘,上.户声、,U~了、乙乃:;,Et代以位移法为基础的非线性有限元方法或者,,一Kl1其他准解析方法如笔者提出的正交异性材料P’尸,,1模
5、型方法都是先解出位移值其后才计算应lKl,.(3)trt,。En变值显然前者的精度要高对于裂缝宽度这一二一一,一全)Ll十一十苦cr、,rl乙一‘,样以10mm为量级的值保证其计算精度无tk山K二2疑是至关重要的。,.,,工,,、尸,式中为内压荷载为钢衬壁厚X为本文的思路是以大量仿真或真实材料结K线2,,r,,r:构模型试验为基础综合考虑这种管道结构混各层环筋折算厚度之和为钢衬半径为,,。,。凝土的开裂特征首先求出已具有混凝土径向第1层环筋的圆环半径EE分别为钢衬与,。裂缝的钢衬钢筋混凝土结构的环向总位移扣混凝土的弹性模量除混凝土的环向极限变形,再求出结构出现的2.2全部径向裂缝宽度之
6、和乏W,。,R,径向裂缝条数继而解算出裂缝平均宽度值所设管道结构的外缘半径为ou加载前圆:,建议的数学模型是可供设计工程师使用的半解筒外周长为2。加载后混凝土出现径向裂试、。,。u,,,,析半经验的实用公式缝圆筒外周长变为27t(R+Uou)显然圆27roti:。筒外缘环向总伸长为U考虑到混凝土尚2公式推演,有一定拉伸变形能力在外缘处混凝土可能最2.1混凝土开裂后结构的径向位移计算大圆周变形值为2。:·‘.,二,et.~为混凝土认笔者在文献[4」中提出了模拟混凝土开裂单轴极限拉伸值。故圆筒外缘径向裂缝宽度之的正交异性材料模型的递推算法。和艺W应为结构外缘环向总伸长与混凝土最.3om,:
7、在本间题中对于内径大于的管道大圆周变形值之差即,(参见图:out。·.可采用简易算法具体步骤如下1)设艺W=2兀(U一R二‘~)(4),。管道承受内压将钢管和环筋一律视为钢环钢,Uou,,式中为管道结构外缘处径向位移见式t,t·。:。,.:筋采用折算厚度一mF/100(单位m)(l)一(;out;‘,3)R为管道结构外缘半径为.,。nF为钢筋截面积m为每延米钢筋根数设混凝土单轴极限拉伸值。,,。,.r,r:rrl层钢环的半径分别为⋯⋯即为钢23
