水利水电科技进展,2014,34(2)摇 Tel:025 83786335摇 E鄄mail:jz@ hhu. edu. cn摇 http: / / kkb. hhu. edu. cn
第 34 卷第 2 期
Vol. 34 No. 2
水 利 水 电 科 技 进 展
Advances in Science and Technology of Water Resources
2014 年 3 月
Mar. 2014
基金项目:国家自然科学基金(51169003,50909021); 广西自然科学基金重大项目(2012GXNSFEA053002)
作者简介:付传雄(1985—) ,男,湖北孝感人,硕士,主要从事水工建筑物安全鉴定及安全监测工作。 E鄄mail:hbfcxiong@ 163. com
DOI:10. 3880 / j. issn. 1006 7647. 2014. 02. 006
基于弹性模量缩减法的钢衬钢筋混凝土压力
管道极限承载力计算
付传雄
1
,张摇 伟
2
,张摇 瑾
2
(1. 广东省水利水电科学研究院,广东 广州摇 510610
2. 广西大学工程防灾与结构安全教育部重点实验室,广西 南宁摇 530004)
摘要:针对钢衬钢筋混凝土压力管道(SLRCP)的体形和承载特性,在弹性模量缩减法基础上引入变
截面拱和弹性中心法,建立了表征管道结构截面承载状态的单元承载比表达式,提出了 SLRCP 极
限承载力分析的新方法。 实例计算结果表明,该计算方法可通过弹性迭代模拟结构损伤演化过程,
进而结合极限分析定理得出管道结构的极限承载力,具有原理简单和应用方便的特点,能够准确高
效地求解 SLRCP 的极限承载力。
关键词:钢衬钢筋混凝土压力管道;极限承载力;弹性模量缩减法;弹性中心法
中图分类号:TV732. 4
+
2摇 摇 摇 文献标志码:A摇 摇 摇 文章编号:1006 7647(2014)02 0026 05
Calculation of ultimate bearing capacity of steel lined reinforced concrete penstock based on the elastic modulus
reduction method / / FU Chuanxiong
1
, ZHANG Wei
2
, ZHANG Jin
2
(1. Guangdong Research Institute of Water Resources
and Hydropower, Guangzhou 510610, China; 2. Ministry of Education Key Laboratory of Disaster Prevention and Structural
Safety, Guangxi University, Nanning 530004, China)
Abstract: According to configuration and bearing mechanism of steel lined reinforced concrete penstocks (SLRCP), a new
ultimate bearing capacity analysis method for SLRCP is proposed based on the elastic modulus reduction method. In this
new method, the variable cross section arch model and elasticity centre method are employed in the internal force analysis of
SLRCP, and an expression for element bearing ratio which characterizes the bearing condition of the corresponding section
is given. Case study shows that the structural damage evolution process can be simulated by the elastic iteration process of
the method, and then the ultimate bearing capacity of SLRCP can be obtained with combination of the limit analysis
theorem. It also proves the simplicity and practicality of the new method, and the ultimate bearing capacity of SLRCP can
be obtained by this method accurately and efficiently.
Key words: steel lined reinforced concrete penstocks; ultimate bearing capacity; elastic modulus reduction method;
elasticity centre method
摇 摇 钢衬钢筋混凝土压力管道(steel lined reinforced
concrete penstocks,SLRCP)在布置形式、结构形式和
施工安装等方面具有诸多优点,已广泛应用于国内
外重大水电站的输水系统中。 另外,SLRCP 体型巨
大,与坝体和厂房联结紧密,内有高速水流,一旦失
事,将造成重大生命和财产损失,因而该类管道结构
的安全性一直受到工程技术人员的关注。 SLRCP
由内层钢衬和外包钢筋混凝土两部分构成,设计中
考虑两者联合承载,常通过求解其极限承载力来评
估结构的承载安全性,其中高效求解 SLRCP 极限承
载力的计算方法是关键
[1鄄3]
。
目前,SLRCP 极限承载力的计算方法主要有模
型试验法和钢筋混凝土非线性有限元法。 东江、李
家峡、金安桥和三峡等水电站开展了模型试验,获得
了管道结构典型断面的极限承载力,为工程设计提
供了科学依据
[4鄄5]
。 模型试验法能直接获得管道结
构的极限承载力,但存在成本高、影响因素多的不
足。 鉴于此,钢筋混凝土非线性有限元法已被引入
一些重大工程的 SLRCP 极限承载力计算分析中,该
法采用混凝土和钢材本构模型,模拟管道结构加载
破坏全过程,但存在计算原理复杂、计算时间长和参
数敏感性大的缺点
[6鄄8]
。 为此,有必要探讨更高效的
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