發(fā)布時間：2020-11-23 09:47

　　 河床式水電站因水頭較低通常采用鋼筋混凝土蝸殼。針對較高水頭混凝土蝸殼的限裂和防滲問題,國內(nèi)高壩洲和銀盤水電站采用預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)取得了良好的加固效果。但目前關(guān)于預(yù)應(yīng)力混凝土蝸殼的研究成果和工程案例數(shù)量較少,特別是水頭更高,尺寸更大的預(yù)應(yīng)力蝸殼的錨索設(shè)計仍缺少必要的理論和實踐依據(jù)。本文結(jié)合工程實例開展了大型預(yù)應(yīng)力混凝土蝸殼的仿真模型試驗研究,并輔以三維非線性有限元分析驗證了預(yù)應(yīng)力錨索的加固效果,得到的結(jié)論如下:(1)無預(yù)應(yīng)力蝸殼試驗。在設(shè)計內(nèi)水壓力下,各測試斷面上環(huán)向和水流向鋼筋拉壓應(yīng)力數(shù)值較小,均未超過鋼筋的設(shè)計強度。環(huán)向鋼筋拉應(yīng)力、混凝土環(huán)向拉應(yīng)變遠大于水流向的對應(yīng)值,且各測試斷面上的最大值沿水流方向不斷減小。蝸殼側(cè)墻與頂板和底板連接內(nèi)側(cè)拐角附近存在應(yīng)力集中現(xiàn)象,鋼筋應(yīng)力最大值已達到23.2MPa,蝸殼混凝土內(nèi)部已接近開裂或者剛剛開裂�；炷�土外表面未發(fā)現(xiàn)可見裂縫,左側(cè)墻外側(cè)中部混凝土最大拉應(yīng)力已接近混凝土的設(shè)計抗拉強度2.01MPa,處于開裂邊緣。(2)預(yù)應(yīng)力蝸殼試驗。在1#—2#斷面范圍內(nèi)左側(cè)墻外側(cè)設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力錨索。加載至正常運行工況,施加預(yù)應(yīng)力前后各斷面上鋼筋、混凝土應(yīng)力應(yīng)變分布曲線規(guī)律基本一致,只是1#和2#斷面左側(cè)墻外表面中部混凝土豎向拉應(yīng)變分別降低了5.0%和7.7%,說明設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力錨索可有效降低該位置處豎向拉應(yīng)力,但降幅不大。超載試驗結(jié)果表明,蝸殼左側(cè)墻外表面混凝土的開裂荷載為0.62MPa,超過設(shè)計內(nèi)水壓力33.3%。加載至超載工況時,結(jié)構(gòu)仍可滿足承載力要求。說明設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力錨索后,混凝土蝸殼具有較高的超載能力。(3)考慮溫度作用的混凝土蝸殼非線性分析。對不同溫度荷載下無預(yù)應(yīng)力蝸殼結(jié)構(gòu)進行了三維非線性計算分析。結(jié)果表明,夏季工況下,蝸殼頂板和左側(cè)墻內(nèi)側(cè)受力鋼筋應(yīng)力分別增加了21%和20.6%,夏季工況下溫度荷載對結(jié)構(gòu)影響相對較大,整個結(jié)構(gòu)裂縫最大寬度均小于規(guī)范限值0.30mm。但左側(cè)墻外側(cè)中部混凝土主拉應(yīng)力值已接近2.01MPa,處于開裂邊緣。(4)考慮溫度作用的預(yù)應(yīng)力混凝土蝸殼非線性分析。將單索張拉力提高到3000kN進行非線性計算分析。結(jié)果表明,夏季運行工況下,左側(cè)墻外側(cè)中部混凝土的豎向拉應(yīng)力和主拉應(yīng)力降幅可達10.7%和8.4%,整體結(jié)構(gòu)的最大裂縫寬度可減小0.03mm,說明單索張拉力提高到3000kN后,預(yù)應(yīng)力錨索的加固效果會更加明顯。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TV332
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 水電站預(yù)應(yīng)力蝸殼發(fā)展概述
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
    1.4 本文主要研究方法
2 蝸殼模型設(shè)計及試驗方案
    2.1 工程概況
    2.2 模型試驗理論
    2.3 模型設(shè)計
        2.3.1 模擬范圍
        2.3.2 模型配筋
        2.3.3 預(yù)應(yīng)力錨索布置方案
        2.3.4 量測內(nèi)容和量測斷面
    2.4 試驗方案
        2.4.1 試驗荷載
        2.4.2 加載方案
3 無預(yù)應(yīng)力蝸殼試驗
    3.1 蝸殼頂部豎向荷載的影響
    3.2 內(nèi)水壓力作用下的結(jié)果分析
        3.2.1 鋼筋應(yīng)力分析
        3.2.2 混凝土應(yīng)變分析
        3.2.3 蝸殼混凝土開裂分析
    3.3 本章小結(jié)
4 預(yù)應(yīng)力蝸殼試驗
    4.1 正常運行工況下的預(yù)應(yīng)力蝸殼試驗
        4.1.1 預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉力的影響
        4.1.2 預(yù)應(yīng)力和內(nèi)水壓力作用下的結(jié)果分析
    4.2 正常運行工況下預(yù)應(yīng)力施加前后蝸殼試驗對比分析
        4.2.1 鋼筋應(yīng)力分析
        4.2.2 混凝土應(yīng)變分析
    4.3 預(yù)應(yīng)力蝸殼超載試驗
        4.3.1 鋼筋應(yīng)力分析
        4.3.2 混凝土應(yīng)變分析
        4.3.3 混凝土開裂分析
    4.4 本章小結(jié)
5 考慮溫度荷載的蝸殼非線性分析
    5.1 ANSYS相關(guān)理論分析
        5.1.1 鋼筋混凝土理論
        5.1.2 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土理論
        5.1.3 熱應(yīng)力分析理論
    5.2 計算模型
    5.3 計算工況和荷載
    5.4 無預(yù)應(yīng)力蝸殼非線性分析
        5.4.1 混凝土應(yīng)力分析
        5.4.2 裂縫分布
        5.4.3 鋼筋應(yīng)力分析和裂縫寬度復(fù)核
    5.5 預(yù)應(yīng)力蝸殼非線性分析
        5.5.1 混凝土應(yīng)力分析
        5.5.2 裂縫分布
        5.5.3 鋼筋應(yīng)力分析和裂縫寬度復(fù)核
    5.6 本章小結(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

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本文編號：2894678