预应力混凝土压力管道受力性能与计算方法的研究

【摘要】： 近年来，随着预应力混凝土技术的成熟化发展，环形预应力作为适应压力管道结构形式的专业技术，广泛应用于水利水电工程隧洞和调压井、核电站安全壳、工业储料仓、市政工程消化池和蓄水池等诸多领域。目前，预应力混凝土压力管道已得到了越来越多的重视和研究。本文结合水利部水利科技重点项目《预应力混凝土压力管道受力性能与计算方法研究》(SZ9422)和三峡工程施工科研项目《三峡电站钢衬预应力混凝土联合受力压力管道设计方案选择及论证分析》(CT-00-2-3、CT-01-02-01)，主要进行了如下几方面的工作： 1．根据环形预应力作用机理，结合弹性地基梁理论，提出了单环预应力作用效应的计算方法和预应力混凝土压力管道施工阶段的验算方法。提出了相邻环预应力筋束的最大间距计算公式，确定了以混凝土抗裂为目标进行预应力筋束分步张拉施工与荷载控制的方法。 2．根据环形预应力作用机理，结合多层圆筒轴对称平面形变理论，导出了全部预应力作用效应的计算公式，提出了预应力混凝土压力管道和钢衬预应力混凝土压力管道运行阶段的验算方法，并确定了相应管道结构的极限承载能力设计方法。 3．结合黄河小浪底水利枢纽工程在施工现场进行的采用双层双圈环形无粘结预应力钢绞线和单圈有粘结预应力钢绞线对排沙洞衬砌混凝土施加预应力的1：1模型试验，对比分析了两种后张预应力施工体系的优劣，归纳总结了预应力筋束张拉过程中预应力混凝土压力管道结构管壁混凝土的内力分布规律，验证了模型试验实测数据、理论计算和三维有限元分析结果的一致性，确定了预应力混凝土压力管道理论计算方法的可行性。 4．结合三峡电站钢衬预应力混凝土联合受力压力管道的设计方案选择及论证分析，对比分析了钢衬预应力混凝土压力管道理论计算、平面有限元和管坝整体三维有限元分析结果的一致性，确定了管道结构在不同钢衬厚度、不同抗裂度要求、不同外包混凝土厚度及不同钢衬与管壁混凝土间初始径向间隙等因素影响下的内力分布规律，验证了钢衬预应力混凝土压力管道的设计方法。