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    钢衬钢筋混凝土压力管道可靠性分析

    2019-04-03   来源:   点击数:0次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合适字体大小:
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     中国钢管信息港网民提供:随机变量的统计参数在进行钢筋混凝土非线性随机有限元分析计算时,将钢衬、钢筋的弹性模量截面面积、混凝土变形水压械用,大量仿真模、二维三维非线性麻模量!混凝。播度、混凝土单元厚愚外荷载c钢―钢筋的屈服强度均看作随机变量。本文根据所收集的资料及水工统标编制组的统计数据,得到上述各随机变量的统计值和相应的概型分布现列入计算成果及分析3.1计算成果整理根据前述原理,三峡电站坝后钢衬钢筋混凝土压力管道承载力可靠指标计算结果列入表53.2计算成果分析根据概率统计理论,失效概率P/与可靠指标U有如下关系:表6给出了失效概率P/与可靠指标U的对应关系现对表5所列计算结果进行讨论21可靠指标的总体规律上弯段可靠指标最大,下弯段可靠指标最小;相同钢材配置情况下,设计水位(上游高程175.0m)时的可靠指标大,校核水位(上游高程180.4m)时的可罪指标小;对任一钢材配置,钢衬的可靠指标小于钢筋的可靠指标,说明钢衬的拉应力接近其屈服强度的程度(或概率)比钢筋的拉应力接近其屈服强度的程度或概率)要大;可靠指标的最小数值所对应的钢衬单元位于压力管道的顶部,可靠指标的最小数值所对应的钢筋单元位于压力管道顶部且为最内层钢筋处;表4随机变量统计值及概型分布随机变量材料种类材料规格均值变异系数(无量纲)概型分布钢衬正态模钢筋正态量混凝土正态钢正态截衬正态面正态面积正态钢正态筋正态重度混凝土正态屈服强度钢衬正态钢筋正态注:钢筋均为U1级钢筋。
      
      衬钢筋混凝土压力管求得了各种钢筋配置下的可靠指标并对管道的可靠性进行了分析。:钢衬;钢筋混凝土;压力管道;可靠性1:A三峡电站坝后式厂房引水系统采用浅槽式钢衬钢筋混凝土管道,管道内缘布置有钢板衬砌,外包普通混凝土且在其内布置有3层环向受力主筋和沿管道径向布置若干纵向构造筋。目前,尚无成熟的钢衬钢筋混凝土压力管道承载力计算公式,更没有适合设计人员运用的可靠性分析方法三峡电站设计单位一一长江水利委员会在总结了国内外钢衬钢筋混凝土管道设计实践的基础上,采用了锅炉公式表达极限状态承载能力,并用安全系数描述结构的可靠性首先介绍设计单位的设计方法,然后采用钢筋混凝土非线性随机有限元方法,对三峡电站钢衬钢筋混凝土管道进行计算分析,用可靠指标直接描述其可靠性,所得结论可供有关单位。
      
      1三峡电站压力管道现行设计方法1.1设计原则及假定为采用锅炉公式,提出如下原则和假定:将钢衬钢筋混凝土作为整体承担荷载在各荷载组合产生的环向应力中,钢衬仅承担内水压力引起的环向应力;外包钢筋混凝土除分担部分内水压外,还承担坝体荷载产生的环向应力坝管共同工作时对管道形成的纵向应力(沿管轴向)由钢衬钢筋混凝土共同承担。
      
      中国钢管信息港网民提供:钢衬钢筋混凝土管道需按满足两种极限状态设计。
      
      1.2设计计算公式在承载力极限状态下,钢衬与钢筋混凝土联合承载,外包混凝土出现有限条径向裂缝假定在开裂截面上,钢衬与各层环向钢筋达到其屈服强度,钢衬及钢筋的配置面积用下式计算:力时的安全系数;Rg,es分别为钢筋、钢衬设计强度;0为钢衬焊缝系数,取d95;Fg,Fs分别为钢筋,钢衬截面面积。
      
      1.3安全系数的取值钢衬钢筋混凝土管道在按承载力极限状态设计时,采用安全系数的方法来描述可靠度,并且用总安全系数K描述钢衬与钢筋混凝土共同承担内水压力的情况和用Ks,Kg描述钢衬及钢筋各自单独承担内水压力的情况三峡大坝专家组在总结国内外工程经验的基础上,提出应要求三峡电站钢衬钢筋混凝土压力管道的钢衬和钢筋混凝土,各自单独承受全部内水压力的安全系数大于1.0有的专家希望钢衬单独承受内水压力时安全系数比1.0更大一些。经分析确定,在取总安全系数K=2.0的前提下,对于钢衬、钢筋分别单独承担内水压力时的安全系数,考虑如下两种组合:Ks=Kg= 0.81.4设计成果根据总安全系数K=20,单独安全系数为两种组合的原则,长江水利委员会将钢衬钢筋混凝土压力管道轴线方向分为上弯段、斜直I段、斜直段和下弯段,经计算得到的有关成果示于下列表中。
      
      管段设计压力值Table设计工况上斜直弯段I段斜直I段下弯段上游设计水位上游校核水位表2钢材设计强度钢板钢筋级(新hi级)注:(1)上、下弯段钢板设计强度降低10%(2)钢衬焊缝系数0195在考虑温度应力和裂缝宽度等影响因素后,设计单位推荐采用心=1.2,Kg=0.8的钢材配置。现将推荐的钢材配置列入表3表3钢材配置推荐方案管段钢板型号钢板厚度/mm钢筋配置上弯段斜直i段下弯段注:钢筋均为U1级钢筋。
      
      5对现行设计方法的几点讨论1.5.1安全系数的取值三峡电站坝后压力管道的现行设计方法是采用安全系数K(或Kg,Ks)来描述结构安全度的。无论总安全系数或是单独安全系数,随着设计人员实践经验的积累,其取值将会适当减小,虽然考虑单独安全系数可取小于1.0的情况,但总安全系数取值总是大于1.0根据水工结构统一标准,结构的可靠度指的是结构在规定条件下,规定的时间内完成预定功能的概率,换言之,若结构可靠性高,则其可靠概率大(失效概率小),反之则其可靠概率小(失效概率大)因而可以认为,只有求出结构在实际情况下的可靠概率(或失效概率),才能正确判断结构的可靠性1.5.2承载力极限状态三峡电站钢衬钢筋混凝土压力管道主要承受内有限元计算结果表明:在设计内水压力下,钢衬和钢筋均未达到各自的屈服强度,只有当达到设计内水压力的3倍左右时,管道径向裂缝断面处的钢衬和钢材才能达到屈服强度从而说明:钢衬和钢筋混凝土共同承担内水压力;钢衬或钢筋单独承担内水压力的假定与管道结构的实际工作性态不相符;在设计内水压力作用下,结构的真实安全系数比相应的设计取值大基于以上讨论,如何正确评价三峡电站钢衬钢筋混凝土压力管道的实际可靠性,是值得研究的问题2非线性随机有限元可靠性分析元相结合,建立了钢筋混凝土非线性随机有限元理论和相应的计算方法,编制了计算机软件及其前后处理软件。并将用这种方法对三峡电站钢衬钢筋混凝土压力管道现行设计进行可靠性评价,直接求出其在各种钢材配置情况下的可靠指标,用失效概率来评价管道的可靠性关于钢筋混凝土非线性随机有限元基本理论和计算方法可参见,限于篇幅,本文不再赘述2.1计算模型选取由于管道结构主要承受内水压力,根据原设计,沿管轴线方向分别取上弯段斜直I段、斜直段和下弯段作为控制截面,按平面应变问题考虑管道混凝土等级为250号,其余混凝土为150号2.2计算荷载主要计算荷载为内水压力,各管段控制截面内水压力设计值和校核值见表12.3极限状态方程根据仿真模型试验研究结论,可以认为钢衬钢筋混凝土压力管道的破坏标志为钢衬和钢筋的拉应力达到各自的屈服强度,因此,与之对应的承载力极限状态可用下列极限状态方程表示:上:f.c,fs分别为钢衬和钢筋的屈服强度;e,es分别为钢衬和钢筋的计算应力。中国钢管信息港网民提供
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