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地下储气洞室钢衬抗外压加劲环的布置方式研究

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水电能源科学 2025年第1期43卷 217-220,211页

作者：陈尧伍鹤皋傅丹王涛陈宗光李鹏武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室湖北武汉430072 武汉轻工大学土木工程与建筑学院湖北武汉430048 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司湖南长沙410014

为研究加劲环内、外布置两种方式对钢衬与加劲环自身受力的影响,以某地下储气库工程为例,利用ABAQUS软件分析了气压和温度两种荷载作用下钢衬与加劲环的力学响应。结果表明,地下储气洞室端部封头导致钢衬与混凝土之间产生轴向相对滑移,... 详细信息

为研究加劲环内、外布置两种方式对钢衬与加劲环自身受力的影响,以某地下储气库工程为例,利用ABAQUS软件分析了气压和温度两种荷载作用下钢衬与加劲环的力学响应。结果表明,地下储气洞室端部封头导致钢衬与混凝土之间产生轴向相对滑移,嵌入回填混凝土内的外设加劲环发生明显的弯曲变形,产生应力集中现象,可能引起加劲环与钢衬连接角焊缝破坏。与之相反,在储气库内压和温度作用下,内设加劲环应力分布更加均匀,钢衬整体变形更加协调,而且可以减小开挖半径和回填混凝土工程量,大大节省工程投资,在地下储气洞室密封钢衬设计时具有一定优势。

关键词：地下储气洞室钢衬加劲环接触非线性数值模拟

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引调水工程贴边岔管塞焊孔设置影响分析

水电与新能源 2025年第2期39卷 48-51页

作者：丁宏远伍鹤皋刘贤才汤怀萱黄巍水资源工程与调度全国重点实验室(武汉大学) 湖北武汉430072 湖北省水利水电规划勘测设计院湖北武汉430070 中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063

贴边岔管在引调水工程中应用广泛。但由于贴边与管壁是两层结构且只有外缘通过角焊缝与管壁焊接在一起,存在角焊缝破裂后贴边与主支管管壁错动而无法共同受力的风险。针对某引调水工程,基于实体单元建立贴边岔管模型,采用ANSYS软件分析... 详细信息

贴边岔管在引调水工程中应用广泛。但由于贴边与管壁是两层结构且只有外缘通过角焊缝与管壁焊接在一起,存在角焊缝破裂后贴边与主支管管壁错动而无法共同受力的风险。针对某引调水工程,基于实体单元建立贴边岔管模型,采用ANSYS软件分析了塞焊及其不同布置方式对于贴边岔管受力与变形的影响。研究结果表明,在贴边补强板与主支管管壁间设置一圈塞焊以及改变塞焊的位置与环向个数,对于贴边岔管整体的受力和变形特征并不会产生明显影响,降低钢岔管应力集中和增加贴边补强的作用不大,因此在实际工程中贴边岔管的贴边与管壁之间不必设置塞焊孔。

关键词：引调水工程贴边岔管塞焊孔角焊缝应力集中有限元法

考虑混凝土软化和分期施工的坝后背管非线性分析

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水力发电学报 2008年第6期27卷 73-78,83页

作者：张伟伍鹤皋广西大学工程防灾与结构安全教育部重点实验室南宁530004 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072

考虑混凝土开裂后的软化特性和坝体分期施工,采用三维钢筋混凝土非线性有限元法,研究钢衬钢筋混凝土坝后背管在静力作用下的承载性能规律。研究表明:考虑混凝土开裂后的软化特性将减小背管混凝土开裂区的范围,同时也将减小钢材应力,且... 详细信息

考虑混凝土开裂后的软化特性和坝体分期施工,采用三维钢筋混凝土非线性有限元法,研究钢衬钢筋混凝土坝后背管在静力作用下的承载性能规律。研究表明:考虑混凝土开裂后的软化特性将减小背管混凝土开裂区的范围,同时也将减小钢材应力,且背管斜直段长度越短,软化作用的有利影响越显著;考虑分期施工增大了背管混凝土的开裂区,提高了钢筋应力,坝基岩体强度参数越低,钢材应力提高值越大。

关键词：水下结构承载性能非线性有限元法坝后背管混凝土软化分期施工

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钢衬钢筋混凝土坝后背管管坝接缝面安全评价

岩土力学 2010年第3期31卷 799-804页

作者：张伟伍鹤皋苏凯广西大学工程防灾与结构安全教育部重点实验室南宁530004 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072

总结了钢衬钢筋混凝土坝后背管管坝接缝面的构造方式,分析了接缝面的破坏机理,指出地震作用组合工况下接缝面主要有沿缝面的剪切破坏模式和垂直缝面的受拉破坏模式。针对这两种破坏模式,建立了基于接缝面应力状态的极限状态设计表达式,... 详细信息

总结了钢衬钢筋混凝土坝后背管管坝接缝面的构造方式,分析了接缝面的破坏机理,指出地震作用组合工况下接缝面主要有沿缝面的剪切破坏模式和垂直缝面的受拉破坏模式。针对这两种破坏模式,建立了基于接缝面应力状态的极限状态设计表达式,用于对接缝面做结构设计和安全评价。算例分析表明,高烈度地震作用使接缝面呈现较大的拉剪应力状态,采用台阶形键槽并配置适量锚筋可使接缝面满足安全要求,管道与坝体能可靠地联合承载。

关键词：坝后背管钢衬钢筋混凝土管坝接缝面安全评价极限状态设计法高烈度地震

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水电站垫层蜗壳结构研究和应用的现状和发展

水利学报 2012年第7期43卷 869-876页

作者：张启灵伍鹤皋长江科学院湖北武汉430010 水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心湖北武汉430010 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072

结合我国水电站垫层蜗壳结构工程应用的发展近况,介绍了近年来垫层蜗壳结构设计理念的转变,指出了直埋-垫层组合方案将成为未来水电站蜗壳埋设方式选择的发展趋势。总结了垫层蜗壳结构研究发展中取得的两个重要进展——钢蜗壳与外围混... 详细信息

结合我国水电站垫层蜗壳结构工程应用的发展近况,介绍了近年来垫层蜗壳结构设计理念的转变,指出了直埋-垫层组合方案将成为未来水电站蜗壳埋设方式选择的发展趋势。总结了垫层蜗壳结构研究发展中取得的两个重要进展——钢蜗壳与外围混凝土联合受力、钢蜗壳与外围混凝土之间滑动摩擦,指出考虑垫层材料的非线性力学性能将是垫层蜗壳结构研究的发展趋势。分别阐述了垫层材料属性和空间属性对蜗壳结构受力特性的影响,在此基础上,归纳了垫层蜗壳结构研究存在的问题,最终提出未来的垫层蜗壳结构研究应强调"控制"的研究理念,视垫层为"控制工具",以全新的视角看待垫层的作用,探求控制蜗壳结构受力特性的理论与方法。

关键词：水工结构研究进展综述蜗壳垫层

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水工隧洞内水外渗耦合分析

岩土力学 2009年第4期30卷 1147-1152页

作者：苏凯伍鹤皋武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072

在水荷载体力理论的基础上,引入钢筋应变不均匀系数和混凝土应变不均匀系数。计算衬砌渗透系数,引入反映钢筋混凝土衬砌与围岩有条件联合承载特性的充水夹层单元模型,采用等效耦合分析方法,对水工隧洞内水外渗条件下的衬砌钢筋应力和围... 详细信息

在水荷载体力理论的基础上,引入钢筋应变不均匀系数和混凝土应变不均匀系数。计算衬砌渗透系数,引入反映钢筋混凝土衬砌与围岩有条件联合承载特性的充水夹层单元模型,采用等效耦合分析方法,对水工隧洞内水外渗条件下的衬砌钢筋应力和围岩应力状态进行了计算分析。计算结果表明,与考虑衬砌与围岩完全联合承载的耦合分析方法相比,钢筋应力有了较大幅度的降低,在一定程度上反映了钢筋混凝土衬砌高压隧洞运行过程中钢筋应力水平普遍较低的这一工程特性。

关键词：水工隧洞内水外渗耦合联合承载充水夹层单元

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水工隧洞钢筋混凝土衬砌非线性有限元分析

岩土力学 2005年第9期26卷 1485-1490页

作者：苏凯伍鹤皋武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072

在已有岩土程序的基础上,考虑混凝土材料的开裂特性,增加了钢筋和混凝土开裂的模拟功能,编制了相应的非线性有限元计算程序,实现了塑性迭代和开裂迭代计算的耦合。结合某水电站导流隧洞的工程实例,进行了施工、运行和封堵全过程仿真分... 详细信息

在已有岩土程序的基础上,考虑混凝土材料的开裂特性,增加了钢筋和混凝土开裂的模拟功能,编制了相应的非线性有限元计算程序,实现了塑性迭代和开裂迭代计算的耦合。结合某水电站导流隧洞的工程实例,进行了施工、运行和封堵全过程仿真分析。计算过程显示:本算法迭代计算稳定,收敛性好,满足精度要求。同时研究结果表明:运行期,混凝土衬砌的开裂范围、裂缝宽度和相应的钢筋应力随着衬砌与围岩之间初始缝隙值的增大而增大;封堵期,围岩塑性区随着外水位的增加而增大,需要采取相应的加固措施保证围岩稳定。

关键词：水工隧洞钢筋混凝土衬砌非线性有限元法屈服准则

基于收敛-约束法的隧洞纵向变形演化规律研究与支护时机估算

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岩土力学 2017年第S1期38卷 471-478页

作者：张妍珺苏凯周利伍鹤皋武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072

依托某供水工程输水隧洞建立三维数值模型,采用有限差分法和Mohr-Coulomb屈服准则进行施工开挖过程的数值模拟,研究不同围岩条件下隧洞支护时机的估算。首先,基于收敛-约束法进行隧洞开挖推进过程中的变形规律研究,分析监测断面的围岩... 详细信息

依托某供水工程输水隧洞建立三维数值模型,采用有限差分法和Mohr-Coulomb屈服准则进行施工开挖过程的数值模拟,研究不同围岩条件下隧洞支护时机的估算。首先,基于收敛-约束法进行隧洞开挖推进过程中的变形规律研究,分析监测断面的围岩变形特征,研究发现围岩位移的收敛规律与围岩质量相关,提出隧洞纵向变形曲线的修正公式。然后,采用一步挖穿分期释放的模拟方法,研究监测断面位移随开挖荷载释放的变化规律,以相同的位移释放系数为出发点,构建,开挖面推进距离与荷载释放率之间的关系,并将对应的围岩位移陡增点作为施加支护的推荐时机,得出不同围岩条件下施加支护与开挖面之间的控制距离。研究结果表明,提出的纵向变形公式相关参数确定过程简单,拟合效果良好,推荐的支护与开挖面之间的控制距离符合工程实际规律。

关键词：隧洞开挖纵向变形曲线位移释放系数支护时机

水电站坝下游面钢衬钢筋混凝土管道损伤和承载特性

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2014年第12期47卷 1081-1087页

作者：石长征伍鹤皋武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072

基于混凝土塑性损伤模型,对某水电站坝下游面钢衬钢筋混凝土管道的损伤和承载特性进行了非线性有限元分析.结果表明:在正常运行工况下,裂缝主要出现在位于坝体之外的背管部分,数条贯穿性裂缝将由主变平台延伸至上弯段;主变平台附近管道... 详细信息

基于混凝土塑性损伤模型,对某水电站坝下游面钢衬钢筋混凝土管道的损伤和承载特性进行了非线性有限元分析.结果表明:在正常运行工况下,裂缝主要出现在位于坝体之外的背管部分,数条贯穿性裂缝将由主变平台延伸至上弯段;主变平台附近管道受力状态复杂,管道断面出现贯通性损伤,可能出现短小而密集的裂缝;温度变化对结构受力影响明显,特别是温降荷载将引起管道外侧损伤区进一步发展,靠近管壁外侧的钢筋拉应力明显上升,因此应注意管道表面的保温和防护.

关键词：水工结构钢衬钢筋混凝土管道非线性损伤温度作用