在水利水电工程中,钢筋混凝土涵管常常是枢纽的一个重要组成部分,主要用于灌溉、引水发电、泄洪、放空、排沙及施工导流等,一般为圆形断面。我国六七十年代建成的众多钢筋混凝土涵管,在长期运行过程中由于设计标准低、材料不合格、施工质量差、环境功能的改变及材料本身的老化、损害等原因,导致混凝土管道发生了碳化、空蚀、麻面、内部受力钢筋锈蚀等,更为严重的会产生贯穿裂缝而出现大面积渗漏,所有这些都严重危及水库、大坝及建筑物本身的安全,需要重建或修复加固。 对这种埋于土体中的涵管,拆除重建是比较麻烦的,而加固却是一种有效的方法。常用的加固方法一般工期比较长、施工复杂,影响洪水期水库的运行,并且由于场地狭小,一些大型的机械根本没法使用。相比而言,选用纤维复合材料(FRP)加固是比较好的选择。目前,该技术在国内外的结构加固、改造领域方兴未艾,前景广阔。但是,在水利水电中的应用却寥寥无几,很多问题需要深入研究。 本文对纤维材料加固钢筋混凝土圆形涵管的受力状态用有限元进行了模拟和有效的研究探索。文中首先介绍了FRP的一些性能,然后又对水工涵管的结构形式、所受荷载进行了说明,重点介绍了涵管的几种加固方法并进行了优劣比较。非线性有限元是对钢筋混凝土结构分析的有效方法,本文结合黄坡水库低输水涵管这个实际工程,在对玻璃纤维布、碳纤维布加固涵管建立模型的基础上,着重分析了这两种加固措施在正常蓄水位和校核洪水位工况下,混凝土、钢筋、纤维材料共同工作的机理及应力变化规律,并对极限承载力进行了计算和比较。 由于碳纤维弹性模量相对强度来说低得多,将其自然粘贴于混凝土构件表面后,高强的突出优势并未发挥出来。对此,本文又对预应力碳纤维加固涵管建立了模型,通过计算发现预应力能有效的消除或延缓裂缝的出现,提高了涵管的承载力,同时也指出了这种方法若想应用于实际工程还需要进一步进行研究。