鋼岔管極限承載力分析與整體安全評(píng)估研究.pdf

1、壓力管道是水利工程中重要的輸水建筑物，當(dāng)壓力管道輸水供應(yīng)多臺(tái)機(jī)組時(shí)，需要設(shè)置鋼岔管。鋼岔管靠近廠房，一旦發(fā)生破壞事故，將危及廠房和人員的安全，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，因此保證鋼岔管的整體承載安全非常必要。本文基于結(jié)構(gòu)極限分析的彈性模量縮減法，系統(tǒng)性地開(kāi)展鋼岔管極限承載力分析方法與整體安全評(píng)估研究。主要內(nèi)容如下:
　　(1)提出了鋼岔管極限上限分析的彈性模量縮減法。該方法確定表征單元承載狀態(tài)的板殼結(jié)構(gòu)的單元承載比，建立了基于變

2、形能守恒原則的彈性模量縮減策略，結(jié)合線彈性迭代分析獲得逼近結(jié)構(gòu)塑性極限狀態(tài)的失效模式。同時(shí)，根據(jù)極限分析的上限定理確定極限荷載乘子，進(jìn)而在結(jié)構(gòu)失效模式上構(gòu)造出鋼岔管極限上限分析的迭代計(jì)算方法。該方法克服了EMRM下限分析方法求解鋼岔管極限承載力存在的計(jì)算精度不佳的問(wèn)題。
　　(2)提出了鋼岔管極限承載力分析的基準(zhǔn)體法。該方法根據(jù)鋼岔管的受力特性，確定了基準(zhǔn)體失效排序策略。然后考慮鋼岔管整體破壞和局部破壞極限狀態(tài)時(shí)的失效模式特性，提

3、出失效單元的選取原則。從而建立了鋼岔管的基準(zhǔn)體選取方法。進(jìn)而在鋼岔管極限上限分析的彈性模量縮減法的基礎(chǔ)上，建立鋼岔管極限承載力分析的基準(zhǔn)體法。該方法為求解鋼岔管極限承載力提供了高效的途徑。
　　(3)提出了鋼岔管極限承載力分析的快速估算方法。首先，對(duì)鋼岔管結(jié)構(gòu)分析模型進(jìn)行第一次線彈性分析，確定迭代首步各個(gè)單元的單元失效系數(shù)，根據(jù)結(jié)構(gòu)的基準(zhǔn)失效系數(shù)選取原則，確定迭代首步鋼岔管的基準(zhǔn)失效系數(shù)，并根據(jù)迭代首步的單元失效系數(shù)和基準(zhǔn)失效系數(shù)

4、進(jìn)行彈性模量的縮減，使鋼岔管發(fā)生內(nèi)力重分布，模擬結(jié)構(gòu)的失效演化。然后，進(jìn)行第二次線彈性分析，再次確定單元失效系數(shù)和基準(zhǔn)失效系數(shù)，將單元失效系數(shù)大于基準(zhǔn)失效系數(shù)的單元選為參與塑性流動(dòng)的單元，進(jìn)而根據(jù)功能互等原理確定鋼岔管極限承載力的估計(jì)值。該估算方法僅需要兩次線彈性分析，實(shí)現(xiàn)了鋼岔管極限承載力的快速估算。克服了結(jié)構(gòu)極限承載力分析的彈塑性增量分析法需要設(shè)置復(fù)雜的加載過(guò)程和進(jìn)行多次增量迭代分析等不足，為鋼岔管初步設(shè)計(jì)階段鋼岔管極限承載力的快速

5、合理的確定提供了一種高效的途徑。
　　(4)初步建立了鋼岔管整體安全評(píng)估方法。針對(duì)我國(guó)壓力鋼管現(xiàn)行規(guī)范NB/T35056-2015中基于點(diǎn)層面安全系數(shù)評(píng)估方法的局限性，采用等效安全系數(shù)法求解鋼岔管點(diǎn)層面安全系數(shù)限值，再依據(jù)美國(guó)壓力容器規(guī)范ASMEⅧ-2-2010中壓力容器整體層面安全系數(shù)限值與點(diǎn)層面安全系數(shù)限值的比值，結(jié)合我國(guó)鋼岔管工程應(yīng)用情況，提出了適用于我國(guó)水電站鋼岔管結(jié)構(gòu)安全評(píng)估的整體層面安全系數(shù)限值的推薦取值方案。在此基礎(chǔ)