基于ANSYS的水电站钢衬钢筋混凝土压力管道的应力分析及优化校核设计

【摘要】： 20世纪70年代以来,在高水头的混凝土坝后式电站中,将引水压力管道布置在下游坝面上,在设计、试验研究、施工和运行等方面取得了宝贵的经验。我国建成的东江和紧水滩两座双曲薄拱坝,其坝后厂房的引水管道率先采用了下游坝面管道的布置形式,积累了宝贵的经验。随着我国水电事业的不断发展,目前在建和拟建的高混凝土坝后式电站中,采用和研究下游坝面管的工程日益增多,管径、水头和HD值也不断增大。我国的科研人员针对这种结构的内力分析、强度计算、截面设计以及外包混凝土的开裂等方面开展了多项研究工作,提出了我国现行最具代表性的理论分析方法——“正交异性多层环拟解析法”和一种简单方法,结构力学法 本文阐述了压力管道的发展状况,总结了钢衬钢筋混凝土压力管道设计研究成果和突出的结构优点,分析了钢衬钢筋混凝土压力管道的力学特征和破坏机理,主要包括:钢衬钢筋混凝土压力管道的混凝土、钢筋、钢衬数值模拟;应力应变分布特点和破坏机理。重点探讨了目前钢衬钢筋混凝土压力管道结构的计算方法和有限元非线性分析。钢衬钢筋混凝土压力管道结构的计算方法主要有理论分析法、有限单元法和模型试验法。钢衬钢筋混凝土压力管道的理论分析方法主要有结构力学方法和正交异性模型的内脱壳法。 研究方法主要是根据钢衬钢筋混凝土压力管道设计原则、研究成果,结合结构模型实验成果和非线性分析理论,建立钢衬钢筋混凝土压力管道计算模型,使用先进计算软件ANSYS对钢衬钢筋混凝土压力管道进行非线性分析,计算中考虑了经典理论分析方法中不太好处理或是作了简化的因素:混凝土与钢筋的交互作用、弹塑性能、多轴应力状态下的材料特性、混凝土开裂特性和骨料咬合内锁性能等。从而得到钢衬钢筋混凝土压力管道的应力分布特点和破坏机理。对钢衬钢筋混凝土压力管道的应力发展历程作了具体的分析,并利用ANSYS的提供的优化模块,借助APDL语言对钢衬钢筋混凝土压力管道进行了优化设计校核。