进水塔塔背回填抗震设计优化研究与动态响应

为分析塔背不同回填材料与不同回填厚度对进水塔动态响应的影响,建立6种回填材料与4种回填厚度相互组合下的数值试验模型,对进水塔进行动力分析。对比进水塔关键部位的应力与位移发现:回填材料的不同对塔背与回填交界区域应力有一定影响,石渣回填时,此区域应力最大值有很大减小,接触面应力分布状态也发生了变化;回填厚度对塔顶位移的影响不大。根据数值试验的计算结果与分析规律,合理使用石渣回填,设计了一种新的回填型式。此型式下塔背与回填交界区域不在为集中应力发生的部位;接触面最大应力大幅减小,相同部位的应力值减小;大应力区位置向下偏移,且区域变大、变宽,说明新回填型式改善了进水塔结构的应力状态,对其安全很有利。将提出的回填方法应用于某泄洪洞进水塔结构中,对比分析了新回填型式与原回填型式两种情况下此进水塔塔背与回填交界角点应力时程曲线、塔背与回填接触面应力云图与损伤云图。结果表明新回填型式下进水塔与回填接触面的动态响应得到了很大改善,该方法对进水塔结构的抗震与安全具有重要意义,可供类似工程借鉴。     

高耸进水塔结构塔背回填高度抗震研究

为了得到高耸进水塔结构塔背回填高度的合理值以降低塔体应力,在保证塔体安全运行的基础上降低成本,减少投资,以某工程为例,使用反应谱法计算了进水塔结构在地震作用下的动力响应并分析了塔体的动力特性,采用单因子变量法研究了回填高度对进水塔结构自振频率、变形和应力的影响。结果表明:随着回填高度的增加,塔体自振频率增大,塔体在地震作用下顺水流向和垂直水流向的位移峰值逐渐减小,塔体关键部位拉应力峰值先减小后增大。回填高度在某一高程下,塔体拉应力可达到最小值,同时塔体位移也较合理。综合应力和位移的分析成果,此算例推荐塔体既经济又合理的回填高度为0. 64倍的塔高,即塔背回填高度为35 m。     

联合进水塔塔背回填混凝土最优高度 三维有限元计算分析

当发生地震时,水电站进水塔塔背回填混凝土的高度对整个塔体受力至关重要,回填过高使得设计过于保守也会造成不必要的浪费,因此确定最优回填混凝土高度对减小联合进水口单项工程投资具有一定意义。通过建立进水塔塔群三维网格模型,采取振型分解反应谱法进行动力分析,结果表明:塔背回填混凝土高度对进水塔水平向位移有明显的限制作用,这对减小进水塔结构大变形及提高抗震性能很重要,最终通过混凝土回填量与塔体位移应力综合指标,得出塔群最优回填高度范围,为今后进水塔结构优化设计提供借鉴。     

基于波动理论的进水塔塔背回镇高度仿真分析

以波动理论为基础,采用粘弹性人工边界模拟地震波的远域能量逸散效应,用ABAQUS有限元软件分析地震荷载作用下,塔背回填高度对进水塔结构动力响应的影响。塔背回填处与进水塔塔背接触位置为结构几何突变部位,塔背回填高度对进水塔结构的应力集中区域影响明显。因此存在一个合理的塔背回填高度,其不仅可降低塔背地震荷载的放大效应,也能有效缓解局部区域的应力集中,对结构的整体抗震设计有利。     

高耸进水塔塔后回填高度对其抗震性能的影响

针对高耸进水塔塔后回填高度的选取问题,规范未给出通用的取值范围,在计算分析时一般只考虑塔后回填对塔体应力的影响,对塔后回填与基岩交接处的应力涉及较少。在保证进水塔稳定的条件下,采用ANSYS有限元分析理论,建立进水塔三维有限元模型,选用反应谱法计算了进水塔在地震作用下的动力响应,对比分析了不同塔后回填高度对进水塔结构自振频率、位移、塔体应力、回填与基岩交接处应力的影响程度。结果表明:塔后回填高度在一定范围内时,塔后回填能够有效提高塔体的自振频率,改善塔体的位移及应力,塔后回填混凝土与基岩交界面处的应力值有小幅度的增大;当塔后回填高度超过一定值时,回填高度的增加对塔体的自振频率、位移、应力的改善逐渐减弱,塔后回填混凝土与基岩交界面处的应力出现突增。综合分析得出此类进水塔合理的回填高度约为0. 64倍塔高。     

塔背回填混凝土对进水塔地震响应的影响分析

塔背回填混凝土将岸塔式进水塔和山岩连成一体,提高了进水塔整体刚度,有效改善了塔体在地震情况下的拉应力幅值,对进水塔结构的抗震设计非常关键。以某水电站的岸塔式进水塔为例,针对不同高度塔背回填混凝土的塔体模型进行三维有限元静动力计算,以分析回填混凝土对进水塔地震响应的影响。     

塔侧混凝土回填高度对长拦污栅墩进水塔的动力影响分析

为了研究侧面混凝土回填高度对长拦污栅墩进水塔结构动力响应的影响规律,提高拦污栅框架结构的抗震性能,针对高耸进水塔结构建立不同塔侧回填高度的三维有限元模型进行动力计算,系统分析了侧面混凝土回填高度对进水塔自振特性、位移和应力的影响规律。结果表明：过高的塔侧回填会导致拦污栅墩部分连系梁的压应力超出混凝土抗压强度而发生断裂;无塔侧回填则会造成塔体横河向位移较大,同时连系梁的拉应力均比较大;合理的塔侧回填高度能够有效降低长拦污栅框架结构的应力,限制进水塔横河向位移,并且提高结构整体抗震性能。提出了长拦污栅墩进水塔侧面回填高度的合理范围,可供类似工程借鉴。     

双江口进水塔塔背回填混凝土稳定性数值仿真研究

水电站进水塔塔背回填混凝土对整个塔体的受力至关重要,合理的回填高度要求在低成本、低投资的基础上能够实现塔体的安全运行,而塔背回填混凝土的合理设计、施工则是保证工程安全的前提,因此,对于双江口进水塔塔背回填混凝土稳定性研究具有重要工程意义。本文通过建立进水塔塔背岩质边坡的计算模型,采用有限差分法分析了回填过程混凝土和边坡的稳定性,考虑了回填混凝土与边坡接触面(岩-混凝土接触面)的相互作用。结果表明:塔背回填混凝土分层施工过程中混凝土以及岩质边坡整体稳定性较好;岩-混凝土接触面直接影响模型的应力、位移场分布特征,其力学参数的选取和设计对回填混凝土施工工艺优化具有重要参考价值。     

岸塔式电站进水口塔背回填高度研究

岸塔式进水口的塔背回填高度增加了结构整体刚度,但在地震作用下,又增加了地震惯性力,因此塔背回填高度对结构受力影响有利有弊,但回填高度如何确定,有待进一步研究。本文采用三维有限元方法,对某电站进水口结构进行了动力分析,针对塔背回填高度在地震工况下作了敏感性分析,整理了各计算模型关键部位的位移及应力值,通过对比分析,提出了此进水口经济合理的塔背回填高度。     

强震作用下进水塔非线性时程分析

进水塔是水利枢纽输水系统的首部建筑物,是宣泄洪水的安全通道。通常在强地震作用下进水塔塔体响应强烈,局部混凝土进入塑性阶段,甚至产生破坏,针对此种情况,采用时程分析法,对某实际工程进水塔施加强地震作用,考虑塔体混凝土材料的非线性,对进水塔进行非线性时程分析。结果表明:进水塔在地震作用下,塔体响应随着地震作用的加强而加强,塔体腰部(塔体与塔背回填交界部位)混凝土最早进入塑性阶段,塑性破坏程度随着地震作用的推移与加强而加重,并从此部位向四周扩张,此部位为结构薄弱部位,这是因为结构自身特性与此部位为几何突变部位。研究成果对进水塔的设计与施工具有借鉴意义。     

工作桥对进水塔整体结构的抗震性能影响研究

地震作用下,进水塔与工作桥、库水、地基的相互作用复杂。通过建立塔身主体结构-启闭机房-工作桥-地基-库水整体有限元模型,基于势流体理论模拟结构与库水的相互作用,采用黏弹性人工边界考虑地基辐射阻尼,研究结构与库水、工作桥和地基的动力相互作用对进水塔整体体系自振特性和地震动力响应的影响。结果表明：在正常蓄水位下,工作桥的存在会使进水塔结构的顺流向位移最大减小25.15%,加速度最大减小14.33%,进水塔关键点最大拉应力降幅可达12.0%以上;考虑地基的辐射阻尼效应时,进水塔结构的动力响应明显减小,其关键点的最大拉应力降幅可达40%以上。相比工作桥,地基辐射阻尼效应对进水塔地震作用下动水压力、加速度、位移和应力响应的影响更加显著。     

进水塔基础接触面力学模型对塔体结构应力的影响

用ANSYS中的接触单元分析进水塔基础接触面力学模型对塔体结构应力影响;经分析,基础接触面的力学模型对扬压力作用的影响非常明显,对地基反力、地震作用影响很小;接触面力学模型对塔体结构应力影响主要表现在底板部位;接触单元的接触面与目标面易发生相互嵌入而产生应力增加或降低的假象,因此,对接触单元的应用一定要慎重。     

埋藏式月牙肋岔管内压分担比研究

采用三维有限元模拟了岔管、回填混凝土与围岩的联合承载体,分析了回填混凝土的塑性性质、岔管与回填混凝土之间的缝隙及围岩力学性能等重要因素对联合承载体的影响。结果表明:考虑回填混凝土的塑性性质后,围岩分担率下降;缝隙宽度超过一定值后,回填混凝土与围岩对岔管约束急剧下降,围岩分担率接近0;围岩力学性能越好,围岩分担率越高;考虑联合承载后,水压试验时岔管可能不足以承担1.25倍的设计压力,应根据岔管钢材允许应力研究水压试验值。研究成果为钢岔管与围岩共同分担内水压力的埋藏式月牙肋岔管的设计提供了参考。     

高进水塔地震波斜波入射有限元分析

在水工结构抗震动力分析中,反应谱和时程分析都是基于地震波垂直入射来考虑地震荷载的影响,而实际地震波的传播方向往往是斜波入射。斜入射地震波会引起地面运动的非一致变化,从而对结构产生很大的影响。基于波动理论和黏弹性人工边界波动输入方法,采用有限元模拟地震波斜波入射,并比较在45°斜波入射情况下进水塔与基岩接触的上游建基面、塔背回填混凝土与塔身接触位置等关键部位的顺水流向和竖向加速度、位移、应力时程曲线,结果表明,采用黏弹性人工边界等效荷载方法可以实现地震波斜入射的输入,计算结果与理论分析结果一致。     

郎恒水电站右水源引水隧洞防渗补漏工程施工

根据郎恒水电站右水源引水隧洞衬砌混凝土裂缝的分布情况,对开裂较大的纵向裂缝,凿除开裂的混凝土后进行泵送混凝土回填;较小的纵向裂缝采取化学灌浆,封堵因裂缝产生的渗漏通道,同时通过固结的化学材料增强薄弱面的强度。回填混凝土达到设计强度70％后,对溶洞及连接衬砌段顶拱进行回填灌浆,使衬砌混凝土与围岩整体结合,漏水通道得到填充和封堵并降低顶拱2／3拱高处应力。工程完成后溶洞衬砌混凝土裂缝结合良好,渗漏流量减小,达到了预期目的。     

涵洞检修闸井基础加固设计优化及高寒环境下施工技术

为增强头屯河水库涵洞进口检修闸井基础承载力,按照动态设计的原则,根据实际揭露的工程地质条件,研究了基础加固设计优化。在施工过程中,经历了2009年新疆60年一遇严寒的极端气候,为保证基础加固质量和工期要求,采取了多重温控措施,对941~946.5 m高程基础回填C15F100W4混凝土;采用固结灌浆技术对基础范围进行加固;在946.5 m高程进行砂浆锚杆。实践证明,基础设计优化后,并在高寒环境下采取了合理的施工技术和措施,实现了基础加固的目的。