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第1章 水电站坝后背管工程技术综述 1

1.1 坝后背管技术发展过程 1

1.2 背管工程中面临的主要技术问题 5

1.2.1 钢管和外包钢筋混凝土联合承载问题 5

1.2.2 安全系数的取值问题 6

1.2.3 结构计算方法 7

1.2.4 外包混凝土裂缝控制问题 7

1.2.5 背管的结构安全度评价问题 7

1.3 坝后背管的主要特点 8

参考文献 9

第2章 水电站坝后背管工程实例 11

2.1 克拉斯诺雅尔斯克水电站背管 12

2.2 契尔盖水电站背管 12

2.3 萨扬舒申斯克水电站背管 14

2.3.1 工程简介 14

2.3.2 结构设计原则 15

2.4 库尔普沙伊斯克水电站背管 16

2.5 东江水电站背管 17

2.5.1 工程简介 17

2.5.2 东江水电站背管结构设计 19

2.5.3 东江水电站背管技术研究 23

2.5.4 管坝接缝面键槽模型试验研究 24

2.6 紧水滩水电站背管 26

2.6.1 工程简介 26

2.6.2 紧水滩水电站背管结构设计 27

2.7 五强溪水电站坝后背管简介 27

2.7.1 工程简介 27

2.7.2 背管结构设计 29

2.7.3 背管技术研究 31

2.8 李家峡水电站坝后背管 32

2.8.1 工程简介 32

2.8.2 背管结构设计 34

2.8.3 背管技术研究 36

2.8.4 李家峡水电站背管仿真材料接缝面剪切模型试验研究 37

2.9 三峡水电站坝后背管 39

2.9.1 工程简介 39

2.9.2 背管结构设计 41

2.9.3 三峡水电站背管技术研究 43

2.10 万家寨水电站坝后背管 46

2.10.1 工程简介 46

2.10.2 管道结构设计 48

2.10.3 压力钢管结构仿真模型试验 50

2.10.4 万家寨工程压力管道管型讨论 50

2.11 扎戈尔抽水蓄能电站钢衬钢筋混凝土管 50

2.12 依萨河二级水电站钢衬钢筋混凝土管 53

2.12.1 工程简介 53

2.12.2 结构设计 54

2.12.3 技术研究 56

2.13 隔河岩水电站外包钢筋混凝土钢管 58

2.14 公伯峡水电站钢衬钢筋混凝土管 59

2.14.1 工程简介 59

2.14.2 结构设计 60

2.14.3 技术研究 62

参考文献 64

第3章 水电站坝后背管工程设计 65

3.1 坝后背管的设计方法 65

3.1.1 各国压力钢管的设计方法 65

3.1.2 坝后背管结构计算的基本原则 69

3.1.3 坝后背管设计中的作用及作用组合 70

3.2 坝后背管联合承载安全系数研究 71

3.2.1 已建背管工程安全系数比较 71

3.2.2 前苏联“规范”中的安全系数 71

3.2.3 傅金筑计算式综合安全系数 72

3.2.4 陈际唐计算公式综合安全系数 73

3.2.5 可靠度套改中背管与其他管型结构系数γd的比较 74

3.2.6 小结 76

3.3 坝后背管结构计算方法 77

3.3.1 结构计算方法 77

3.3.2 上下弯段计算原则 77

3.3.3 管坝接缝面 77

3.3.4 抗外压设计 78

3.3.5 温度应力计算 78

3.4 坝后背管布置 79

3.4.1 平面布置 79

3.4.2 立面布置 79

3.5 坝后背管工程材料 81

3.6 坝后背管构造设计 82

3.6.1 横截面外轮廓形状 82

3.6.2 管坝接缝面的连接 83

3.6.3 钢筋接头位置 85

3.6.4 钢筋直径 85

3.6.5 纵向钢筋 85

3.6.6 小结 85

3.7 背管外包混凝土裂缝控制 86

3.8 坝后背管结构安全度初步评价 87

3.8.1 钢筋混凝土结构复核计算 89

3.8.2 背管结构安全度评价 91

3.8.3 背管安全度评价结论 93

参考文献 93

第4章 水电站坝后背管结构力学计算方法研究 95

4.1 概述 95

4.2 基本假定及计算模型 97

4.2.1 基本假定 97

4.2.2 计算模型 98

4.3 内水压力作用下的内力计算 99

4.3.1 计算公式推导 99

4.3.2 计算步骤 101

4.3.3 需要说明的几个问题 102

4.4 内水压力作用下的应力计算 104

4.4.1 计算公式推导 104

4.4.2 矩形组合截面Am计算 106

4.4.3 混凝土开裂后的应力计算 108

4.5 内水压力作用下的计算例题 108

4.5.1 内力计算 109

4.5.2 应力计算 110

4.5.3 轴力和弯矩对混凝土和钢筋应力的影响 112

4.5.4 分段数对计算结果的影响 113

4.5.5 135°模型和180°模型计算结果对比 114

4.5.6 计算结果讨论 116

4.6 温度应力计算 117

4.6.1 背管温度分布研究 118

4.6.2 温差引起的结构内力计算 120

4.6.3 温度应力计算 121

4.6.4 计算例题 121

4.6.5 根据坝后背管实测温度缝宽计算温度应力 123

4.6.6 小结 124

4.7 自重作用应力计算 125

4.7.1 计算公式推导 125

4.7.2 计算例题 126

4.8 坝后背管结构计算其他方法介绍 127

4.8.1 弹性力学法 128

4.8.2 正交异性法 129

4.8.3 近似多层环法 130

4.8.4 苏萨法 132

4.8.5 弹性支座法 132

4.8.6 小结 135

4.9 背管结构力学计算与试验、有限元计算及现场实测成果对比分析 136

4.9.1 东江水电站背管结构力学计算结果与试验及有限元计算结果对比 136

4.9.2 三峡水电站背管结构力学计算结果与实验与试验结果对比 143

4.9.3 李家峡水电站背管结构力学计算结果现场实测应力结果对比 146

4.9.4 小结 146

4.10 背管结构力学弹性中心法的应用 147

4.10.1 工程应用 147

4.10.2 对已建工程的结构分析 149

4.10.3 小结 156

4.11 背管计算程序BJC-99的编制与使用说明 156

4.11.1 计算原理与程序功能简介 156

4.11.2 程序设计框图 157

4.11.3 程序中几个特殊问题的处理 157

4.11.4 程序使用说明 158

4.12 小结 159

参考文献 159

第5章 水电站坝后背管有限元法分析 161

5.1 坝后背管有限元法分析原理及目的 161

5.1.1 钢筋混凝土非线性有限元法简介 161

5.1.2 坝体变位作用对背管结构的影响分析 163

5.1.3 管坝接缝面的应力状况分析 163

5.1.4 背管上弯段和下弯段的应力状况分析 163

5.2 李家峡水电站坝后背管有限元法分析 164

5.2.1 计算条件 164

5.2.2 平面有限元计算 165

5.2.3 三维非线性有限元分析 176

5.3 三峡水电站坝后背管有限元法分析 200

5.3.1 平面有限元分析 200

5.3.2 三维非线性有限元分析 205

5.4 公伯峡水电站钢衬钢筋混凝土管有限元法分析 209

5.4.1 计算方案及荷载组合 209

5.4.2 计算成果分析 211

5.5 万家寨水电站压力管道有限元法分析 226

5.5.1 三维有限元分析 226

5.5.2 平面有限元分析 227

5.6 小结 228

参考文献 229

第6章 水电站坝后背管原型观测分析 230

6.1 克拉斯诺雅尔斯克与契尔盖水电站背管原型观测资料介绍 230

6.1.1 克拉斯诺雅尔斯克水电站背管原型观测资料介绍 230

6.1.2 契尔盖水电站背管原型观测资料介绍 231

6.1.3 分析结论 232

6.2 东江水电站背管原型观测资料介绍 233

6.2.1 斜直段观测成果 233

6.2.2 管坝接缝面观测成果 234

6.2.3 上弯管段观测成果 234

6.2.4 分析结论 234

6.3 紧水滩水电站背管原型观测资料介绍 235

6.3.1 上弯段观测成果 235

6.3.2 斜直段观测成果 236

6.3.3 下弯段观测成果 237

6.3.4 管坝分缝面 237

6.3.5 结论 237

6.4 李家峡水电站坝后背管原型观测资料分析 238

6.4.1 背管内观仪器布置 238

6.4.2 上弯段钢筋应力原观成果分析 239

6.4.3 上弯段钢管应力观测资料分析 242

6.4.4 斜直段钢筋应力观测资料分析 245

6.4.5 斜直段钢管应力观测资料分析 248

6.4.6 背管原观资料分析结论 249

6.5 万家寨水电站压力管道原型观测成果分析 250

6.6 小结 251

参考文献 252

第7章 钢管与外包混凝土联合承载仿真模型试验研究分析 253

7.1 概述 253

7.2 模型试验技术简介 253

7.2.1 模型试验裂缝量测技术 253

7.2.2 极限承载力的确定 254

7.3 龙羊峡水电站钢管与混凝土联合作用模型试验研究 254

7.3.1 试验目的 254

7.3.2 模型设计与制作 254

7.3.3 测试仪器及测试项目 256

7.3.4 荷载级别及加荷方法 256

7.3.5 小模型主要试验成果及分析 257

7.3.6 大模型主要试验成果及分析 271

7.3.7 模型试验温度测试成果 280

7.3.8 小结 281

7.4 东江水电站钢管与混凝土联合作用试验研究 282

7.4.1 概述 282

7.4.2 大模型试验 282

7.4.3 小模型试验 291

7.5 李家峡水电站钢管与混凝土联合作用试验研究 294

7.5.1 概述 294

7.5.2 武汉水利电力学院试验成果 295

7.6 三峡水电站钢管与混凝土联合作用试验研究 297

7.6.1 大模型试验 297

7.6.2 上弯段模型试验 301

7.7 结语 306

参考文献 306

第8章 坝后背管外包混凝土裂缝研究 308

8.1 概述 308

8.2 背管外包混凝土裂缝的现状和规律 310

8.2.1 李家峡水电站背管裂缝原型观测及成果分析 310

8.2.2 其他坝后背管混凝土裂缝调查 325

8.2.3 背管外包混凝土裂缝成因分析 331

8.2.4 小结 333

8.3 钢筋混凝土管裂缝分布情况介绍 334

8.3.1 柘林水电站钢筋混凝土压力管道裂缝情况简介 334

8.3.2 湖南云里坳倒虹吸管裂缝情况简介 335

8.3.3 背管外包混凝土裂缝与混凝土管裂缝比较 336

8.4 混凝土裂缝的相似性研究 336

8.4.1 问题的提出 336

8.4.2 理论分析 337

8.4.3 小结 347

8.5 坝后背管外包混凝土裂缝处钢筋应力状况的探讨 347

8.6 坝后背管外包混凝土裂缝宽度计算方法的探讨 349

8.6.1 规范DL/T5057—1996中正截面裂缝宽度验算方法 349

8.6.2 董哲仁法 352

8.6.3 陶然法 355

8.6.4 前苏联钢管钢筋混凝土结构设计参考资料中裂缝宽度计算方法 358

8.6.5 我国港口工程设计规范（JTJ220—82）中裂缝宽度计算公式 359

8.6.6 各种方法计算结果比较 360

8.6.7 小结 363

8.7 外包混凝土裂缝对坝后背管正常运行的影响及裂缝处理措施 364

8.7.1 外包混凝土裂缝对坝后背管正常运行的影响 364

8.7.2 外包混凝土裂缝处理的工程措施 369

8.8 背管外包混凝土裂缝宽度的限制问题 372

8.8.1 背管设计中限制混凝土裂缝宽度的必要性 372

8.8.2 背管裂缝宽度限制值的确定 373

8.8.3 背管混凝土裂缝控制措施 379

参考文献 380

后记 383