三峡水电站左岸厂房10^#机组充水保压蜗壳监测成果分析

本文通过对三峡工程左岸电站10#机组蜗壳保压浇筑的全过程监测,分析了机组蜗壳在施工期加压、保压以及卸压过程中的钢板、混凝土和钢筋的应力状况和钢板与混凝土结合缝的开度状况,得出机组蜗壳在整个加压和卸压的浇筑过程中工作性态正常,应力和变形均在设计允许范围内。     

三峡水电站左岸厂房10^#机组充水保压蜗壳监测成果分析

本文通过对三峡工程左岸电站10^#机组蜗壳保压浇筑的全过程监测,分析了机组蜗壳在施工期加压、保压以及卸压过程中的钢板、混凝土和钢筋的应力状况和钢板与混凝土结合缝的开度状况,得出机组蜗壳在整个加压和卸压的浇筑过程中工作性态正常,应力和变形均在设计允许范围内。     

充水保压蜗壳结构保压值优化研究

以有限元软件Abaqus为分析平台,对某抽水蓄能电站充水保压蜗壳结构,建立了三维有限元模型,分析其在不同保压值下的钢衬应力、外围混凝土应力、钢蜗壳与混凝土之间的缝隙值、混凝土承载比及其损伤方面的情况.结果表明:选用较高的保压水头可有效降低外围混凝土的承载比,混凝土损伤带明显减小,钢衬的材料性能也得到了充分发挥.但是当保压值过高时,蜗壳与混凝土则处于脱开状态,考虑到蜗壳自振的特性,过高保压值对机组稳定性不利.通过5种保压值方案的比较,选取保压值为5.73MPa,即最大静水头的0.8倍较为合理,结论可为类似工程设计提供参考.     

水电站预热膨胀蜗壳埋设方式研究

基于钢蜗壳预热膨胀特性,提出水电站预热膨胀蜗壳埋设方式.结合一实际工程充水保压蜗壳结构,采用理论分析及有限单元法,针对完整施工和运行周期,围绕钢蜗壳初始变形、间隙演变及外包混凝土受力特性等方面进行研究,对钢蜗壳预热膨胀与充水保压的替代关系进行分析.结果表明:预热膨胀埋设方式能够产生与充水保压同等量级的变形,但变形规律具有明显的差异;预热膨胀埋设方式降低了运行期蜗壳外包混凝土承载比,改善了混凝土应力状态,且预热膨胀温度越高混凝土承载比越小,说明在混凝土受力状态的角度上,该方式能够实现充水保压埋设方式相似的效果;在运行期混凝土应力水平的角度上,对于本研究对象,预热膨胀温度取20℃时与1.4 MPa保压水头效果相当.     

水电站充水保压蜗壳结构非线性仿真分析

以ABAQUS有限元软件为平台,考虑水电站蜗壳充水保压浇筑外围混凝土、卸载形成间隙和再充水运行的全过程,建立仿真计算模型,研究保压蜗壳钢衬和外围混凝土部分联合承载的机理和混凝土结构损伤发生发展的规律.以某大型水电站充水保压蜗壳结构为实例,进行了三维非线性仿真分析,并与传统简化模型的计算结果进行比较,通过两模型间主要差异存在原因的探讨,得出了钢衬与混凝土间间隙不均匀性和间隙过早闭合是混凝土结构受力偏大和损伤程度发展的不利因素的结论.研究认为,仿真模型能够更真实地模拟保压蜗壳结构的受力与工作状态,可以为蜗壳结构优化设计和钢筋有效配置提供更为可靠的分析方法.     

瀑布沟水电站充水保压蜗壳结构模型试验

为了研究瀑布沟水电站充水保压蜗壳结构在设计内水压力反复作用及超载作用下的结构应力变形规律和超载能力,采用几何比尺为1：10的整体结构模型,对该水电站充水保压蜗壳结构进行了试验研究．结果表明,瀑布沟水电站采用充水保压蜗壳结构型式,在设计荷载2．45MPa内水压力的反复作用下,外围混凝土不会开裂,机墩变形较小;在7．0MPa的超载作用下,结构依然具有较好的整体性,具有较高的超载安全度试验结果还表明,充水保压措施有利于发挥铜蜗壳的承栽能力,有利于降低蜗壳外围混凝土的应力水平,减小机墩变形     

水电站充水保压蜗壳仿真分析的影响因素

基于接触非线性理论,考虑钢蜗壳与外围混凝土的接触滑移,采用仿真算法对充水保压蜗壳进行了三维仿真分析和平面轴对称仿真分析．研究了机墩和设备质量及平面轴对称简化模型对蜗壳打压后的变形、蜗壳与混凝土的间隙及其应力的影响．计算结果表明：机墩及设备质量对钢蜗壳的应力影响较小,但对钢蜗壳号外围混凝土的间隙和外围混凝土的应力影响较大,三维仿真模型应该考虑机墩及设备的质量;平面轴对称仿真模型虽未考虑闷头在仿真分析中的作用,但能反映钢蜗壳和外围混凝土的变形特征与受力特性,可以在初步设计时采用．     

充水保压蜗壳结构中钢衬的低周疲劳问题

鉴于抽水蓄能机组蜗壳通常采用充水保压技术埋入混凝土,在运行期钢蜗壳须要承受频繁的大幅值静水压力循环作用,面临一定程度的低周疲劳失效风险,以某实际充水保压蜗壳结构为例,首先基于ABAQUS有限元分析平台完成了该组合结构的施工-运行过程静力仿真分析,然后基于DesignLife疲劳分析平台,依据有限元静力分析结果采用常幅值荷载的循环方式预测了钢蜗壳的疲劳寿命,其中材料的S-N曲线(应力-寿命曲线)选取为Eurocode3-112.计算结果表明:运行期钢蜗壳的局部脱空现象会对其自身的受力产生不利影响,脱空区-高应力区-高疲劳失效风险区三者间存在显著的因果对应关系.从预测的疲劳寿命数量级(2×10~5以上)看,电站运行期内钢蜗壳无低周疲劳失效的风险.     

大型抽水蓄能电站充水保压蜗壳结构分析

应用有限元程序ABAQUS,对某大型抽水蓄能电站充水保压蜗壳结构进行了三维接触非线性有限元分析.通过模拟实际施工的全过程,给出了充水保压蜗壳结构各时期的应力分布规律和变形情况,并与传统简化算法进行了比较.结果表明,仿真方法能较好地模拟结构充水保压的过程,计算结果准确合理,而传统的常规简化算法偏不安全,计算结果相对于仿真算法有较大的误差,对于充水保压蜗壳结构最好采用仿真算法.     

温度变化对水电站蜗壳结构配筋的影响

水电站厂房下部结构是一个多孔洞的大体积混凝土结构，受力状况复杂，尤其是在温度变化作用下，蜗壳周边混凝土的应力状态更是难以确定，为此，运用三维有限元对某水电站地下厂房下部结构进行了数值分析，确定其在运行期间的最高温升、最大温降、半数磁极短路以及蜗壳未充水最大温降4种工况下的应力分布状态．根据数值计算的结果得到平行机组安装高程6个平面的环向应力和8个典型纵剖面的环向应力，然后进行配筋计算，分析温度变化对水电站厂房下部结构配筋的影响，为今后分析水电站厂房下部结构的温度应力以及优化水电站蜗壳外围混凝土的配筋提供了可靠依据。     

水电站充水保压蜗壳间隙闭合及接触传力特性

充水保压蜗壳结构的受力和变形与保压间隙的闭合特性直接相关,进口结构连接形式对保压间隙的闭合特性存在潜在的影响.为此,采用有限元法模拟保压蜗壳施工到运行全过程.结果表明:保压间隙具有显著的提前闭合特性,提前闭合区从进口断面和45°断面外侧、270°断面内侧开始,随内水压力的增大逐渐扩展;达到保压水头时,未闭合区与最先闭合区空间上相对.伸缩节过缝时设置止推环或者引水钢管与蜗壳直接相连都能有效延迟保压间隙提前闭合的时机,对外围混凝土大部分截面的受力有利,座环承担的不平衡水推力和扭矩减小约50%.采用简化算法时,蜗壳外围混凝土大部分特征截面的合力明显偏小,且机墩上抬变形偏小30%~40%,可能导致设计不安全.     

三峡工程电站设计

利用物理模型和数值模拟技术,系统研究了三峡电站布置、排沙及排漂措施、进水口形式、机组蜗壳埋设方式,以及地下电站洞室群布置、块体加固等技术问题。研究表明,三峡电站采用两岸坝后厂房+右岸地下厂房的布置及单孔小孔口进水口体型技术经济最优,采用分散排沙和排漂孔可较好解决电站的泥沙和漂污问题,蜗壳采用保温保压、垫层及组合埋设技术均可保证机组稳定运行,采用新型变顶高尾水洞优于设置尾水调压室。同时提出了与蜗壳埋设方式相关的技术标准,并对大型不利块体的加固进行了探讨,提出了利用阻滑键及结构面法向压应力加固块体的新思路。     

三峡工程建设中若干重大技术问题的突破

三峡工程规模巨大，技术复杂。文章介绍了三峡工程建设在大江截流和混凝土防渗墙施工技术、大坝混凝土快速施工新技术、船闸高边坡施工技术、电站大型钢衬钢筋混凝土压力管道和蜗壳保温保压技术、沥青混凝土心墙、船闸金属结构、水轮发电机组等重大技术问题上的突破。     

混凝土浇筑过程中方钢管柱的力学性能

钢管混凝土在内部混凝土浇筑过程中空钢管的受力特性和安全性非常重要。该文建立了分析混凝土浇筑过程中方钢管柱受力性能的有限元模型,并采用实测的混凝土静水压力、钢管管壁应变等指标的对比分析验证了该模型的合理性。基于有限元模型,分析了不同混凝土浇筑高度和钢管宽厚比时由于混凝土浇筑引起的管壁变形及应力。研究结果表明:空钢管内设置横向内隔板可有效地减小管壁应力及变形;当方钢管宽厚比较大时,混凝土浇筑过程中对管壁产生的应力和变形数值都较显著。该文建模方法可进一步用以模拟钢管混凝土结构在施工阶段的力学性能分析。     

水电站直埋蜗壳结构受力特性与承载力

基于损伤理论,采用ABAQUS程序对某大型水电站直埋蜗壳方案进行非线性有限元计算,实现了蜗壳加载过程及超载的数值仿真,研究了此新型结构在内水压力上升的过程中钢蜗壳和钢筋应力、混凝土开裂区和机墩上抬位移的变化规律以及结构的超载能力．结果表明：当荷载达到0．5倍的设计内水压力时,蜗壳外围混凝土将进入开裂阶段,钢蜗壳和钢筋应力变化加快,机墩上抬位移变化速率也增加;但是在设计荷载作用下直埋蜗壳的整体安全度仍然很高,其内水压力的超载安全系数在2．0以上．这种蜗壳结构型式应用于实际工程是完全可行的．     

不同埋设方式下巨型水轮机蜗壳结构动力特性研究

随着水电机组单机容量的提高,蜗壳日趋向巨型化发展,HD值很高.目前,关于巨型蜗壳结构动力特性的研究在理论和实践方面涉及较少,然而此问题在设计阶段尤其重要.为此,对典型的3种蜗壳埋设方式,即垫层、保压和直埋,以某巨型工程为实例,采用三维有限元方法,从优化设计的角度重点研究和比较了蜗壳结构的刚度、固有振动特性、脉动水压力作用下结构的振动反应和抗疲劳特性.计算与分析表明,蜗壳埋设方式对厂房结构的静、动力特性的影响不显著, 不应成为蜗壳埋设方式选择的制约因素.     

BeO陶瓷干压成型工艺参数的优化

采用干压成型制备BeO陶瓷,通过分析BeO陶瓷的坯体密度和断口形貌,研究加压压力、加压速度、保压时间、粘结剂等工艺参数对BeO陶瓷成型工艺的影响.研究结果表明:干压成型制备BeO陶瓷过程中,加压压力、加压速度、保压时间、粘结剂等工艺参数可以明显影响BeO陶瓷的坯体密度:为得到致密度高、热力学性能优异的BeO陶瓷,必须对加压压力、加压速度、保压时间、粘结剂等工艺参数进行优化;当压力为120 MPa,保压60 S,加入质量分数为1%的PVA作为成型剂压制时能得到致密度较高的BeO陶瓷坯体.     

基于光纤监测系统的桥梁移动模架安全性监测与控制

为提高混凝土浇筑过程中的安全性,在南京长江三桥北岸连续梁施工中,在移动模架上布置了光纤监测系统,拟订了报警指标与安全控制手段.在混凝土浇筑过程中,实时监测模架关键部位的应力变化情况.评估混凝土浇注过程中的安全性,并在出现不安全苗头时利用实测应力值指导了模架控制.利用该监测系统与控制手段,可有效地降低模架应力值,实现信息化施工,保证了混凝土浇筑施工的安全.     

垫层铺设范围对水电站蜗壳受力特性的影响

结合某大型水电站的工程实际,采用ABAQUS程序和其中的混凝土损伤塑性模型,对传统垫层、直埋及局部垫层蜗壳进行了三维非线性有限元计算.计算结果表明,直埋蜗壳外围混凝土损伤范围最大,局部设置垫层可以有效减少钢筋用量,降低钢筋应力,缩小外围混凝土的损伤区.垫层平面铺设范围越大,上述效果越明显,但是导致座环的扭转变形也越大.当垫层平面范围从蜗壳进口端铺设到135°断面时,定子和下机架基础板的相对不均匀上抬量最小,对机组运行有利.     

水电站垫层蜗壳配筋计算

为研究“Г”形框架简化、平面简化和接触摩擦对垫层蜗壳配筋计算的影响,分别采用结构力学法和有限元法对某垫层蜗壳进行计算结构力学法对蜗壳进口断面进行等截面简化,将其作为深受弯构件进行配筋计算;有限元计算采用ABAQUS软件,建立完整标;住机组段蜗壳结构模型及蜗壳进口断面平面轴对称模型,在铜蜗壳和混凝土及垫层之间创建接触对,模拟接触摩擦关系,将计算得到的弹性应力图形作为配筋依据计算结果表明,采用平面“Г”形框架法可能造成计算配筋面积偏小;在考虑接触摩擦的前提下,将蜗壳结构简化为轴对称结构进行初步配筋计算是可行的;对垫层蜗壳结构进行有限元分析时有必要考虑接触摩擦,摩擦系数f应慎重取值.