钢衬钢筋混凝土压力管道分析与研究

• 作 者: 吕则欣
• 机 构: 贵州大学
• 出 处: 贵州大学
• 发表日期: 2005年期
• 关键词: 压力管道 钢衬 钢筋混凝土 有限元分析 水工结构 非线性分析

水电站钢衬钢筋混凝土压力管道是一种组合受力结构，是一种内衬钢板外包钢筋混凝土的组合结构，用坝下游面上的键槽及锚筋与坝体固定，钢衬与外包混凝土之间不设垫层，紧密结合，二者联合承载。当荷载较小，混凝土不开裂时，内水压引起的环向力大部由混凝土承受，钢衬和钢筋的应力不大。荷载较大时，混凝土管壁内发生径向裂缝，裂缝处环拉力由钢衬及钢筋共同承受。
　　钢筋混凝土是一种力学性能十分复杂的建筑材料。其中混凝土由水泥、砂、石、水和各种掺合材料及外加剂混合硬化而成。迄今为止，还不能说人们对于混凝土的力学性能已经全面掌握了。传统的钢筋混凝土结构设计中，对于梁、柱、墙板等构件，是在大量的构件试验基础上，按照极限状态的设计方法确定构件的承载力、刚度和抗裂性。大部分成熟的计算公式已经列入设计规范。而对于复杂的钢筋混凝土结构则用模型试验或线弹性理论来分析结构的应力和内力。批评者认为，设计规范提供的设计方法不能反映结构物在承载的不同阶段的性状及结构内部塑性区及开裂的扩展等状况，也无法计算结构内部任何一点的应力和应变。而线弹性理论除了弹性模量和泊松比以外，几乎无法考虑混凝土材料的其他复杂力学性质。为了解决这个问题，研究者的目光转向了非线性有限元。
　　在非线性分析中，可以反映钢筋混凝土下述材料特性：①混凝土的非线性本构关系；②多轴状态下材料破坏准则；③混凝土开裂及裂后表现；④混凝土与钢筋的交互作用；本论文主要包括以下内容：介绍了混凝土非线性的本构关系的数学模型，混凝土开裂数学模型，钢筋的数学模型及混凝土破坏理论等，本文采用有限元分析软件ANSYS对坝下游面的钢衬钢筋混凝土结构进行非线性有限元分析，以计算该组合结构在承载后的非线性响应，并在算例中与模型试验的结果进行了比较，证实了利用ANSYS程序进行分析的有效性；使两者能够相互验证。
　　本论文所研究的内容，仅局限于由于钢筋混凝土材料非线性的本构关系引起的材料非线性问题，涉及的材料非线性包括：在短期荷载作用下，混凝土和钢材的非线性应力—应变关系；混凝土开裂；混凝土与钢筋的非线性本构关系。