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南湃水电站压力钢管出洞后,接钢衬钢筋混凝土压力管道,压力管道长629.45m,沿线布设5个镇墩,不设伸缩节。该压力管道结构主要存在在一定初始缝隙值(钢衬与混凝土间)下,复合结构的受力特性、混凝土开裂特性和管道整体稳定性等关键技术问题。目前,国内外高水头电站采用钢衬钢筋混凝土压力管道的相对较少,像南湃电站这样布置复杂且管线较长的压力管道更不多见。因此,系统开展南湃水电站钢衬钢筋混凝土压力管道的有限元结构分析具有重要的理论意义和工程实践意义。 本文首先依据《水电站压力钢管设计规范》,初步确定了压力管道的钢管壁厚和配筋;然后,选取典型压力管道断面,运用有限元方法,针对初始缝隙值(钢衬与混凝土之间)0.52mm、0.35mm和0mm三种情况,进行了平面有限元非线性应力变形分析,在此基础上,提出了满足规范要求的钢管壁厚和配筋推荐方案;再次,选取典型管段,在考虑温度荷载作用下,对推荐的钢管壁厚和配筋方案进行了三维有限元非线性应力变形分析,校核分析了典型管段的应力变形性态;第四,结合压力管道整体布置方案,进行了压力管道整体的三维有限元应力变形分析,获得了压力管道整体的应力变形分布规律,论证了压力管道整体布置设计及结构设计的合理性;最后,通过提取有限元计算结果中各镇墩基础面的三向分力,进行了各个镇墩的抗滑稳定验算及其应力变形有限元分析,论证了镇墩布置设计及结构设计的合理性。 本文的研究结论,为南湃水电站钢衬钢筋混凝土压力管道的结构设计提供了依据,所获研究成果以及所采用的研究方法对类似工程问题的研究具有较好的参考和借鉴意义。