水电站垫层蜗壳结构应力及配筋分析

以某大型水电站为实例,采用接触非线性间隙元法模拟了蜗壳、混凝土及垫层之间的接触摩擦效应,并以分段线性模型的方式近似模拟了垫层的非线性本构关系,对不同垫层厚度下的水电站垫层蜗壳结构进行了计算分析,给出了垫层厚度与蜗壳应力、混凝土应力、承载比例及截面配筋量的关系,供工程设计参考．     

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．     

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.     

不平衡水推力下垫层蜗壳座环结构剪力特性分析

机组运行时蜗壳座环在不平衡水推力作用下承受较大的水平剪力,该剪力值过大将会给蜗壳结构的稳定带来安全隐患.考虑钢衬与软垫层、混凝土的摩擦接触,建立了垫层蜗壳的三维有限元模型,详细研究了垫层子午包角、平面包角、变形模量厚度比和围岩约束对座环剪力的影响.结果表明:垫层子午包角向下延伸不利于座环抗剪;垫层平面包角变化改变了钢蜗壳外围结构的刚度分布,对座环剪力具有显著影响;垫层变形模量厚度比的变化不仅改变了座环各向剪力的数值及其承担的沿厂房横向不平衡水推力的比例,还改变了座环剪力的空间分布规律;在其他条件不变的情况下,围岩约束的改变对座环剪力没有明显影响.     

影响水电站垫层蜗壳结构自振特性的若干因素分析

本文采用ANSYS软件对某水电站地下厂房蜗壳结构自振特性进行了分析,研究了水电站垫层蜗壳结构中垫层平面铺设范围、垫层老化性能、水体质量、水压力膨胀作用等因素对结构自振特性的影响.研究结果表明:垫层未老化时,垫层平面铺设范围、水体质量和水压力膨胀作用对蜗壳结构自振频率影响不明显;当垫层老化形成较大的缝隙并考虑流道内水体质量时,钢蜗壳和混凝土结构自振频率会明显减小,而由于内水压力膨胀作用使得钢蜗壳刚度的增加则会提高结构的自振频率,对结构抗振有利.因此在垫层蜗壳设计时一定要重视垫层材料的选择,确保其力学性能不因时间而改变.     

垫层蜗壳结构中钢板焊缝构造对传力行为的影响

针对大中型水电站钢蜗壳焊缝处的削坡构造使钢衬与混凝土的接触面具有非平滑的特点,以拉西瓦水电站垫层蜗壳结构的某子午断面为例,分别采用平面轴对称壳单元和实体单元描述钢衬并建立相应的数值模型,研究了非平滑接触面对钢衬-混凝土间的滑移及传力行为的影响.计算结果表明:下半部钢衬向腰线端的滑移会受到削坡构造的阻滞作用,削坡构造附近会交替出现局部脱空区和集中传力区.在考虑了接触面的非平滑特点后,钢衬与混凝土之间传力水平的提高并不明显(5%以内),这说明当前采用壳单元描述钢衬的常用简化处理方式对于结构设计是适宜的.     

水轮机垫层蜗壳结构应力应变规律研究

蜗壳结构系统在水轮发电机组中起着重要的作用,水轮机钢蜗壳埋入混凝土的方式有三种,拉西瓦水电站经过论证和设计采用垫层蜗壳埋入方式。为了更好地掌握垫层蜗壳的运行情况,垫层蜗壳周边的监测数据的分析就尤为重要。给出利用三维有限元计算的结果,再对实际监测成果进行分析,并对比有限元计算和监测成果的差异,得出了利用有限元对蜗壳结构进行分析的结果基本上和监测数据规律较为一致的结论。利用有限元计算在一定程度上可以反映蜗壳运行情况的一般规律,通过分析得到外围混凝土几乎不承担内水压力,蜗壳处在良好的运行状态。     

某水电站导流洞控制段三维有限元分析

某水电站导流洞进口控制段过水断面较大,封堵门设计水头达到75．52m,以结构力学方法计算,难以反映结构实际受力情况且配筋量较大．为反映结构应力应变实际情况,利用ANSYS有限元分析软件,建立某水电站导流洞控制段三维模型进行有限元计算,重点分析闸门颈口,边墩,中墩,顶板和底板等部位应力应变情况,为结构设计及结构配筋优化提供依据,也为今后的实际工程提供了有意义的参考．     

基于平面框架模型的肋式转向结构简化计算方法

针对肋式转向结构的受力分析和配筋设计,提出了一种基于平面框架模型的简化计算方法,将转向块所在的箱梁节段转化为平面框架模型,其中顶板、腹板、底板转化为三自由度梁单元,转向结构网式划分为等效梁格.由于顶板、腹板的纵向长度对转向结构受力影响很小,因此取为与转向结构同宽,此时平面框架模型如同倒置的简支T梁,平面框架模型中的底板纵向长度可以通过比拟规范中T梁的有效分布宽度确定.与空间网格模型、ANSYS实体模型的相比,简化方法在绝大多数情况下误差仅为5%~20%,且结果偏于安全.最后,将简化方法应用到国内的两座实桥中并与实桥配筋进行对比,发现实桥转向结构配筋量远大于计算值,配筋偏于安全.此简化方法同样适用于配置双层甚至多层转向管道的转向结构的配筋设计.     

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.     

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.     

钢筋混凝土受弯构件的断裂有限元分析

将混凝土线弹性断裂力学用于钢筋混凝土结构，对五种不同含钢率的钢筋混凝土梁的裂缝扩展问题，分别进行了以应力为判据的钢筋混凝土非线性有限元计算和以应力强度因子为判据的断裂有限元计算，同时对两组不同配筋率的钢筋混凝土梁进行了试验研究．其结果表明，配筋率对裂缝的扩展有很大影响；用有限元法分析具有较低配筋率的钢筋混凝土构件时，按断裂力学的开裂准则要比按应力σｍａｘ≤σｌ的开裂准则更客观     

多孔钢筋混凝土植被路面承载能力研究

多孔钢筋混凝土植被路面有着广泛的应用,这种路面不仅方便车辆通行,又保护生态环境。采用ANSYS有限元软件对多孔植被混凝土进行计算模拟研究,分析了其承载能力及影响承载力的因素。研究表明:垫层的厚度、弹性模量和结构的配筋率对承载力影响较大,通过提高垫层厚度、弹性模量和结构配筋率,可以满足重载车辆通行。在工程中应尽量选用卵石、碎石等做垫层并保证压实度。在保证结构承载力的前提下,选用经济合理的垫层厚度及结构配筋率。     

The design of Three Gorges Hydropower Station

Using physical model and numerical simulation techniques,some technical problems were studied systematically,including layout of power station,measures of sediment and floating debris discharging,types of intake,embedded types of spiral case,layout of underground powerhouse tunnel group and block reinforcement.It was optimal in technique and economy with the arrangement of powerhouse at the dam-toe of both banks +underground powerhouse in the right bank,as well as the intake with a single and small orifice.The sediment and debris problems could be solved with disperse sediment ejection and floating debris discharging holes.With the adoption of techniques for spiral cases such as heat and pressure preservation,cushion layer and combined embedding,the stable operation of generating units can be guaranteed.The arrangement of tailrace tunnel with sloping ceiling was better than that of tailrace surge tank.The technical requirements related to the embedding type of spiral case were proposed.The reinforcement of huge unfavorable blocks was discussed and the new idea for block reinforcement using anti-sliding piles and normal compressive stress of structural plane was put forward.     

连续配筋水泥混凝土路面的温度翘曲应力研究

通过素混凝土板温度翘曲应力的Westergaard理论解和有限元数值解的对比,论证了素混凝土板计算模型的适用性,得到了板体自重对板的温度翘曲应力不产生影响这一重要结论.以三向弹簧模拟钢筋和混凝土之间的粘结,对素混凝土板中加入钢筋前后板体特征点位的温度翘曲应力变化情况作了计算分析,认为配筋层位、粘结刚度系数、温度梯度、板长、板厚及配筋率等参数对板中加入钢筋前后温度翘曲应力变化值的影响可以忽略.结果表明,Winkler地基模式下连续配筋路面单独板的温度翘曲应力可以沿用与其尺寸一致的普通水泥混凝土板的温度翘曲应力计算方法.