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压力钢管是水电站建筑物中的关键结构之一。稳定性问题一直是压力钢管设计中的必须考虑问题。本文提出了埋藏式加劲压力钢管局部稳定性分析的半解析有限柱壳元法,建立了压力钢管稳定性分析的半解析有限元模型。考虑到加劲环和初始缝隙的影响,把加劲环间管壁划分成圆柱壳元,对实际结构进行了良好的模拟,并考虑了结构的几何、物理双重非线性因素的影响,推导出了圆柱壳元的弹性刚度矩阵和几何刚度矩阵。在此基础上编制出了有限柱壳元法的计算程序,计算结果表明,半解析有限元模型能够比较好地模拟工程的实际情况,通用性强,为埋藏式加劲压力钢管局部稳定性分析提出了一个新的可行方法。
本文首先叙述了水电站压力钢管及其稳定理论的发展概况,提出了压力钢管的外压稳定性问题。然后,总结了现行压力钢管稳定性计算的解析方法各自的特点及存在的不足。介绍了已经提出的压力钢管稳定性分析的几种半解析有限元法,并分析了每种方法的适用条件与特点。最后,提出了埋藏式加劲压力钢管局部稳定性分析的半解析有限柱壳元法。给出其基本原理及公式推导过程,研制开发了半解析有限柱壳元法的计算程序,通过算例分析及工程实例,验证了有限柱壳元法合理性与精确性。