抽水蓄能电站蜗壳结构非线性有限元仿真分析

采用ANSYS有限元非线性仿真技术,对某抽水蓄能电站保压蜗壳及外围混凝土结构进行受力计算分析,确定蜗壳外围环向和水流向配筋方案,计算配筋混凝土裂缝开展宽度及开裂部位钢筋应力。结果表明,蜗壳钢衬应力水平达到钢材屈服强度的45%～50%,蜗壳进口至下游墙侧蜗壳外围混凝土顶部及底部开裂明显,其他部位开裂不明显,蜗壳整体刚度满足规范规定。     

三峡水电站直埋式蜗壳结构的非线性分析

本文结合三峡水电站,采用三维非线性有限元法对右岸某机组段直埋式蜗壳结构的受力和变形特性进行分析。数值计算模型考虑了钢衬和外围混凝土之间的摩擦接触、混凝土材料的拉伸软化和损伤特性,对外围混凝土的损伤指标及分布、各钢部件应力、结构位移等进行了分析研究,并在蜗壳外围混凝土发生损伤的情况下对座环柔度进行了复核。结果表明,在内水压力等设计荷载作用下,直埋式蜗壳的钢材强度完全能够得到保证;混凝土的损伤密集区出现在上下环板附近,且损伤指标较大;在蜗壳腰部、顶部混凝土损伤程度较小;考虑蜗壳外围混凝土含有损伤情况下的座环柔度值远大于按线弹性理论得到的结果。     

碧口水电站厂房钢蜗壳和外围混凝土结构实测应力状态分析

水电站厂房钢蜗壳和外围混凝土结构的应力状态的研究是极为重要的问题,目前在中高水头的水电站中,一般采用金属衬砌的园形断面,为使蜗壳与外围混凝土受力明确,往往将金属蜗壳的上半部与外围混凝土分开,其间设置弹性垫层,蜗壳承受内水压力,而顶部传来的外荷截由外围钢筋混凝土独自承担.     

水电站蜗壳实测应力分析

水电站金属蜗壳及其外围混凝土的受力状况非常复杂,目前设计中做了很大的简化。为了了解结构的实际应力状态,本文对刘家峡、新安江两水电站的金属蜗壳及其外围钢筋混凝土的长期原型观测资料,进行了整理分析。并建立了涉及实际断面的力学模型,进行了有限元计算以验证观测分析成果。     

三峡地下电站27号机组蜗壳不同埋设方式下结构静力分析

三峡地下电站27号机组厂房蜗壳外围混凝土结构上下游侧及左侧与基岩相连,其变形会受到基岩的约束作用,受力情况特殊,需进行蜗壳埋设方式研究。采用三维接触非线性有限元法对27号机组段蜗壳流道及其外围混凝土结构和围岩进行分析,为蜗壳埋设方式的选择和配筋设计提供科学依据。研究表明:直埋方案拉应力最大,所需配筋也最多,不经济;垫层方案除局部区域外,拉应力普遍较小,不能充分发挥钢衬钢筋混凝土结构的联合承载作用;组合方案的应力介于直埋方案与垫层方案之间,但下机架基础相对上抬位移接近控制标准。     

高水头水电站蜗壳结构受力特性研究

针对柳洪水电站高水头充水保压混凝土蜗壳，进行了充水保压值优选；根据选定的充水保压值。采用三维有限元方法对蜗壳和外围钢筋混凝土进行了非线性分析，并对二者在温度荷载作用下的应力与变形情况进行了计算分析；对蜗壳的振动特性进行了初步分析．     

某抽水蓄能电站充水保压蜗壳保压值优化研究

针对某抽水蓄能电站充水保压蜗壳,采用三维非线性有限元法,对不同的保压值下钢蜗壳及环向钢筋应力、外围混凝土应力及承载比、钢蜗壳与外围混凝土的接触状态等进行了对比分析。研究结果表明,保压值越大对外围混凝土的受力越有利,但过大的保压值会使得蜗壳与外围混凝土之间出现脱空现象,这对机组运行是不利的。该水电站蜗壳保压值为496 m左右时,可以在保证机组稳定运行的前提下更大程度的发挥钢材及混凝土受力特性。     

黄金坪水电站蜗壳及弹性垫层结构设计

蜗壳及其外围钢筋混凝土结构是水电站厂房的重要部件之一,对水轮机蜗壳及外围混凝土结构设计进行研究并优化方案,关系到电站的长期安全运行。应用ABAQUS对黄金坪水电站垫层蜗壳结构进行三维非线性有限元计算与分析,指导蜗壳及垫层、外围混凝土结构设计。基于计算结果调整了蜗壳配筋及布筋方式,优化方案更利于结构安全运行。     

巨型水轮机蜗壳垫层埋设方式和监测设计研究

溪洛渡水电站单机容量770 MW,最大水头226 m,蜗壳尺寸大、承受的内水压力高。为设计蜗壳合理的垫层方案,从改善蜗壳结构的受力状况出发,通过建立蜗壳三维有限元模型,进行线弹性计算和非线性有限元计算,对垫层厚度、包角和平面铺设范围以及蜗壳应力、钢筋应力、混凝土裂缝开展与宽度等物理力学指标进行分析,从而确定合理的垫层方案。在结构计算结果的基础上进行蜗壳安全监测设计。针对蜗壳不同结构形状、不同垫层方案选择监测断面;选用多种监测仪器对钢衬及外围混凝土应力、应变进行全面监测,以分析机组运行性态和评价机组运行安全情况。     

莲花电站蜗壳设计

莲花电站蜗壳结构为金属蜗壳外包钢筋混凝土，根据蜗壳的钢衬与钢筋混凝土结构为联合承载结构的研究成果，同时参照白山电站蜗壳配筋和混凝土中钢筋应力的观测成果，在莲花电站蜗壳设计中采用了“三维非线性有限元分析”方法。通过“三维有限元分析”与工程类比相结合的方法，使蜗壳设计进一步接近实际，按初设阶段蜗壳设计的钢筋含量２５ｋｇ／ｍ３计算，技施阶段蜗壳设计实际节省钢筋２９３．５ｔ，节省投资约１００万元。经济效益显著，同时也为厂房蜗壳设计积累了经验。     

马鹿塘水电站一期工程厂房蜗壳设计探索

马鹿塘水电站一、二期水头相差112 m,一期工程蜗壳钢筋混凝土结构采用与钢蜗壳联合受力的结构形式,而蜗壳最大设计水头又要按二期建成后的450 m设计,因此在一期设计水头运行时,蜗壳内的水压力小于保压值,则保证蜗壳运行稳定性是设计的难点;同时因蜗壳混凝土结构分担内水压力较大,仍按传统的抗裂设计配筋,钢筋用量太大,对保证蜗壳混凝土的质量难度大,这次蜗壳设计突破传统设计方法,采用按限裂设计配筋,最大限度的减少钢筋量用量,易保证混凝土浇筑质量。     

水电站钢蜗壳与钢筋混凝土联合承载结构试验研究

本文通过两个大比例尺仿真材料蜗壳整体结构模型试验成果，介绍了在内水压力作用下有、无垫层时钢蜗壳与钢筋混凝土联合承载的工作情况和破坏机理。对比了两种条件下各层材料的应力值和承载比，分析了垫层的作用和效果。采用中间成果，龙羊峡水电站４＾＃机蜗壳钨裹了聚胺脂软木，已安全运行了３年。     

河床式水电站混凝土蜗壳防渗措施研究

混凝土蜗壳结构在运行中承受复杂荷载作用时容易开裂,由于裂缝的产生,蜗壳防渗设计是一个需要重点关注的问题。鉴于混凝土蜗壳在中低水头甚至高水头电站中将得到更多的应用,而目前对混凝土蜗壳防渗问题的研究还不充分,结合某河床式水电站工程实际,运用三维非线性有限元方法对混凝土蜗壳的多种防渗方案进行了研究。研究表明:高强混凝土、钢纤维混凝土和环氧砂浆方案能解决混凝土蜗壳结构的限裂问题,但实践中有较大的局限性,而在蜗壳混凝土内表面设钢衬以及预应力加固方案的防渗效果较好,建议在实际工程中优先采用。     

大型机组直埋式蜗壳结构不同限裂措施的三维非线性分析

 三峡工程右岸电站15＃机组蜗壳采用直接埋入混凝土的方式，采取合理的配筋和有效的结构措施以保证结构安全是研究的重点。通过对采用不同配筋方案及结构措施后的蜗壳及其外围混凝土结构进行三维非线性有限元分析，研究混凝土裂缝分布、钢衬钢筋应力、结构位移等，比较采取不同结构措施所产生的效果。计算结果表明，仅靠增加配筋量不能防止住结构产生贯穿性裂缝和有效降低结构的不均匀上抬位移,延长垫层敷设范围和局部提高混凝土标号对减少混凝土开裂区域、减小裂缝开度、降低定子和下机架基础板的不均匀上抬位移等有明显作用，且局部提高混凝土标号比增加一层钢筋的效果好。     

二滩水电站钢蜗壳与外围钢筋混凝土联合受力三维仿真材料模型试验研究

本文介绍二滩水电站钢蜗壳与外围钢筋混凝土联合受力三维仿真材料模型试验研究结果，结果表明：大型水电站采用保压浇筑钢蜗壳外围混凝土的方法是可行的，它可以充分发挥钢蜗壳自身承担内水压力的能力，减轻内水压力对外围钢筋混凝土的作用     

二滩水电站钢蜗壳与外围钢筋混凝土联合受力三维仿真材料模型试验研究

本文介绍二滩水电站钢蜗壳与外围钢筋混凝土联合受力三维仿真材料模型试验研究结 果，结果表明：大型水电站采用保压浇筑钢蜗壳外围混凝土的方法是可行的，它可以充分发挥钢 蜗壳自身承担内水压力的能力，减轻内水压力对外围钢筋混凝土的作用。     

三峡电站直埋式蜗壳结构试验模型的非线性有限元分析

 三峡水电站蜗壳为钢衬钢筋混凝土结构,钢蜗壳直径大,内水压力高,外围混凝土相对较薄,为研究三峡电站采用直埋式蜗壳的可行性,开展 了结构模型试验和非线性计算分析工作。采用三维非线性有限元法对三峡水电站直埋式蜗壳 结构试验模型进行混凝土开裂计算,计算中混凝土裂缝模型采用分布裂缝模型,并考虑混凝 土的拉伸软化,钢筋采用分离式模型并用埋入方法将其嵌入混凝土单元。并对裂缝分布、钢筋应力、结构位移等计算与试验成果进行了对比分析,结果表明计算结果与模型试验结果基 本一致。为模型试验提供了依据及指导,并验证了非线性计算方法的合理性。     

景洪水电站蜗壳设计

景洪水电站采用联合承载蜗壳结构型式,在国内尚属首例,采用三维非线性有限元方法,对外围钢筋混凝土的开裂荷载、裂缝发展、钢蜗壳和钢筋的应力分布以及蜗壳与机墩的变形特性进行研究,并对蜗壳外围混凝土配筋方案进行复核;同时研究了蜗壳结构动力特性,分析蜗壳自振特性,并进行共振校核,为避免共振的发生提供理论依据。景洪水电站于2009年6月5台机组全部建成投产,至今厂房5台机组的水轮机蜗壳均运行正常,未发现异常振动及漏水现象。     

钢筋混凝土结构开裂的非线性模型应用研究

本文采用三维非线性有限元方法,选用塑性损伤及弥散裂缝模型模拟混凝土,选用通用的理想弹塑性模型模拟钢筋。首先对钢筋混凝土悬臂梁开裂后应力进行计算,计算结果与解析解的对比验证了模型的正确性;然后将上述模型应用于实际工程—丹达河水电站拱坝闸墩的计算分析中。结果表明:采用上述模型时,计算结果合理,对于混凝土材料非线性关系的模拟是行之有效的,以丹达河水电站拱坝闸墩为例,计算成果可作为闸墩配筋设计的依据。