水电站引水隧洞衬砌结构三维有限元分析

根据某水电站引水系统实际情况,采用ANSYS三维非线性有限元法,建立其引水系统中新建引水隧洞的三维有限元模型;并对引水隧洞的衬砌结构进行分析。验证衬砌方案和支护参数的合理性;同时提供衬砌配筋计算结果及优化建议,论证现有衬砌和支护方案合理性,补充和完善加固处理措施。结果表明,引水隧洞各段衬砌在各个工况下,水平位移最大值为0.41 mm,出现在侧面;垂直向最大位移为-6.53 mm,出现在顶拱处。衬砌最大第一主应力为拉应力,其值为2.33 MPa,发生于工况四,出现在顶拱处;衬砌最大第三主应力为压应力,其值为-8.19 MPa,发生于工况二,出现在衬砌侧面。由于衬砌C25混凝土的抗压强度为17 MPa,故衬砌结构安全。衬砌采取单层筋布置,各段环向配筋Φ20@200 mm,纵向钢筋Φ12@300 mm,考虑到方圆渐变段的应力状态较为复杂,优化设计后建议采用50 cm厚的衬砌方案。