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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SAPDF4273

附录Ⅳ 结构优化设计源程序OSDP285

参考文献300