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第一章 水电站钢衬钢筋混凝土压力管道的布置与设计原则 1

1.1 混凝土坝下游坝面压力管道的布置 3

1.1.1 布置原则 3

1.1.2 工程实例 5

1.2 钢衬钢筋混凝土地面压力管道的布置 14

1.3 结构模型试验 17

1.3.1 概述 17

1.3.2 下游坝面管斜直段模型试验 22

1.3.3 下游坝面管上弯段模型试验 26

1.3.4 钢衬钢筋混凝土地面管模型试验 28

1.3.5 小结 36

1.4 钢衬钢筋混凝土压力管道的设计原则 37

1.4.1 设计特点及荷载组合 37

1.4.2 下游坝面压力管道的受力状态 39

1.4.3 下游坝面压力管道的合理外形 43

1.4.4 下游坝面压力管道与坝体的连接 46

1.4.5 伸缩节问题 48

1.4.6 钢衬与混凝土之间的间隙 50

1.4.7 强度安全系数 54

1.4.8 钢衬钢筋混凝土下游坝面压力管道的设计原则 60

第二章 结构计算方法 62

2.1 概述 62

2.2 混凝土开裂前联合受力计算公式——弹性模型 63

2.3 混凝土强度Kupfer判据 67

2.4 混凝土开裂后联合受力计算公式—正交异性模型 70

2.5 程序实现和算例 79

2.5.1 程序实现 79

2.5.2 算例 80

第三章 结构优化设计 85

3.1 概述 85

3.1.1 结构优化的基础知识 86

3.1.2 钢衬钢筋混凝土压力管道优化的任务 90

3.2 经济直径的优化模型 92

3.3.1 优化数学模型 103

3.3 管道的结构优化设计 103

3.3.2 齿行法 104

3.3.3 程序实现及算例 107

第四章 温度应力分析和混凝土裂缝宽度计算 110

4.1 温度场和温度应力分析 110

4.1.1 概述 110

4.1.2 计算原理 111

4.1.3 下游坝面管温度场和温度应力计算特点 118

4.2 混凝土裂缝宽度计算 121

4.2.1 概述 121

4.2.2 公式推演 126

4.2.3 算例和讨论 131

第五章 非线性有限元分析 138

5.1 材料非线性有限元的基础知识 138

5.1.1 线性有限元法简介 138

5.1.2 材料非线性有限元的基本概念 141

5.1.3 钢筋混凝土非线性分析主要数学模型简介 144

5.2 Willam-Warnke混凝土破坏准则 151

5.2.1 混凝土破坏曲面的特点 151

5.2.2 Willam-Warnke混凝土三参数破坏准则模型 155

5.2.3 Willam-Warnke混凝土五参数破坏准则模型 162

5.3 混凝土弹塑性模型 167

5.3.1 弹塑性矩阵的一般表达式 167

5.3.2 混凝土弹塑性三参数模型 174

5.3.3 混凝土弹塑性五参数模型 176

5.4 混凝土弹性—塑性硬化模型 178

5.4.1 等向硬化模型 179

5.4.2 应力应变增量关系 181

5.4.3 三参数混凝土等向硬化模型 183

5.5 混凝土裂缝模型 190

5.5.1 分布裂缝模型 190

5.5.2 混凝土开裂时的应力释放 196

5.5.3 混凝土开裂时的应力重分布 200

5.6 钢筋数学模型 202

5.7.2 弹塑性模型的数值计算步骤 206

5.7 非线性有限元模型的数值实现 206

5.7.1 材料非线性分析的求解方法 206

5.8 工程应用实例—东江水电站压力管道 211

5.8.1 结构模型试验 211

5.8.2 非线性有限元分析 214

第六章 工程应用 220

6.1 三峡水电站下游坝面钢衬钢筋混凝土压力管道设计和结构计算 220

6.1.1 三峡水电站压力管道的设计 221

6.1.2 常规荷载下管—坝整体结构三维有限元分析 226

6.1.3 混凝土正交异性准解析模型全过程分析 233

6.1.4 管道结构温度场和温度应力分析 234

6.1.5 混凝土径向裂缝宽度计算 242

6.2 依萨河二级水电站钢衬钢筋混凝土地面管结构计算 243

6.2.1 结构优化设计 243

6.2.2 非线性有限元全过程分析 245

6.2.3 径向间隙值的计算及工程对策 250

6.2.4 试验与计算对比分析及原型观测分析 252

附录Ⅰ 矢量与张量 255

附录Ⅱ 应力分析 264

附录Ⅲ 结构全过程分析源程序SAPDF4 273

附录Ⅳ 结构优化设计源程序OSDP 285

参考文献 300