充水保压蜗壳与外围结构联合承载过程的力学仿真分析

水电站充水保压蜗壳兼备直埋式与垫层式蜗壳的优点,但受力分析复杂。为此,以一个HD值较高的蜗壳为例,应用三维有限元法研究了充水保压蜗壳与外围结构联合承载的过程,模型和计算过程精细,展示了联合承载过程中各结构的力学规律。结果表明:充水发电时,蜗壳与混凝土大部分区域闭合,脱开的面积约3%;外围混凝土大部分区域处在压应力状态,受拉部位少且拉应力较低,钢筋拉应力较小,此情况被现场观测所证实;采用常用公式或完全用有限法计算,蜗壳承载比的计算结果相差不超过3%;蜗壳充水保压值越低,充水运行期与混凝土的接触压力越大、蜗壳的承载比越小,因此蜗壳宜取较小的充水保压值,有利于减少振动;与常规打压顺序相比,非常规打压顺序不利于蜗壳与混凝土的贴合。此成果为该水电站的蜗壳设计提供了重要参考,电站已全面投产,蜗壳及外围结构工作表现良好。     

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。     

三峡水电站蜗壳保压浇筑外围混凝土的设计研究

三峡水电站钢蜗壳采用充水保压方式埋入混凝土。计算分析了 3种蜗壳保压埋入混凝土方案和保压水头值与蜗壳外围混凝土结构应力的关系。探讨了解决保压蜗壳中提高水轮机抗振性与减小混凝土应力之间矛盾的方法。     

三峡水电站“充水保压”蜗壳三维仿真整体结构模型试验

采用比尺为1:12仿真整体结构模型，以设计内水压力值反复加载1200次和超载试验的方法，对三峡水电站70m水头保压值蜗壳结构的应力和变形进行研究。结果表明，三峡水电站采用“充水保压”钢蜗壳外围混凝土结构型式，具有较高的超载安全度，特别有利于提高水轮发电机运行的抗振性能；后续机组的充水保压值可适当提高；可减少钢蜗壳外围混凝土中的配筋量，有利于保证混凝土的施工质量和节省工程投资。     

接触滑移对不同埋设方式蜗壳结构应力的影响分析

水电站厂房蜗壳结构中，蜗壳与外围混凝土之间的接触滑移客观存在。为研究接触滑移对蜗壳结构应力的影响，本文采用三维面面接触单元对不同埋设方式蜗壳结构进行了三维有限元计算。计算结果表明，考虑接触滑移后与共节点模型相比，垫层蜗壳外围混凝土孔周应力平均值可降低约30%以上，而钢蜗壳应力增加约27%；当摩擦系数由0.25增大到1.0时，蜗壳外围混凝土孔周应力平均值也增大30%左右；而考虑接触滑移与否对直埋蜗壳结构应力影响很小，差值不超过3%。因此在利用有限元求解蜗壳结构应力时，垫层蜗壳考虑接触作用将使计算结果更加合理，而对于直埋蜗壳和充水保压蜗壳，不考虑接触作用对结构应力的影响很小，共节点模型仍然可以在实际工程中采用。     

基于非均匀缝隙的充水保压蜗壳三维仿真算法研究

保压蜗壳的计算方法在很大程度上影响了结果的精度和对结构受力特性的判断。为深入了解结构的受力特性。本文从施工流程出发,考虑保压缝隙的非均匀性和接触关系,实现了保压蜗壳的施工过程全仿真,并通过算例和理论分析,验证了算法(SUA)对保压缝隙模拟的有效性和准确性。该算法应用于糯扎渡水电站保压蜗壳的施工过程模拟,研究了非均匀保压缝隙的形成机理和接触界面的接触性态,并对外围混凝土应力做了细致分析。结果表明,初始保压缝隙具有非均匀和局部非张开特性,其主要导致原因是结构的非对称性,因此钢蜗壳与外围混凝土之间正好即无缝隙也不传力的理想状态不可能存在。座环上环板、机墩根部和蜗壳进口端腰部混凝土拉应力较大,是裂缝萌生的危险区域。此外,应力对比分析表明,简化算法和仿真算法应力分布规律基本一致,简化算法应力偏小,对结构配筋不利,仿真算法更加符合实际情况。两种算法混凝土环向应力在蜗壳腰部和底部吻合度较高,蜗壳顶部误差次之(个别地方误差达80%),而在座环上、下环板附近相差甚远。     

毛尔盖水电站充水保压蜗壳对厂房结构自振特性的影响分析

为分析充水保压蜗壳对毛尔盖水电站厂房结构自振特性的影响,采用有限元法建立了厂房整体结构模型,分别进行了两个工况的计算:工况一,考虑机组运行时钢蜗壳与外围混凝土结合紧密;工况二,蜗壳和外围混凝土完全脱开。在此基础上,通过对引起结构振动的振源及其频率的分析,进行了初步的共振校核,结果表明:充水保压方案对钢蜗壳的抗振有利。     

大型水轮机蜗壳结构研究

结合某大型水电站，本应用三维有限元方法，对其蜗壳进行了三种结构型式的动静力计算，分析了外围混凝土的应力分布情况、承载比以及蜗壳结构的自振特性。结果表明：充水保压蜗壳结构，外围混凝土内应力均匀，拉应力值较小，承载比明确，整体结构刚度较大，有利于机组的安全稳定运行，是一种比较适合大型水轮机蜗壳的结构型式：并且这种蜗壳结构在减薄钢板厚度以钢筋代替钢板、缓解施工困难等方面具有较大的经济和技术潜力。     

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．     

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。     

抽水蓄能电站保压蜗壳复合结构非线性接触分析

针对抽水蓄能机组充水保压蜗壳联合承载结构的受力特性,考虑到钢蜗壳与外包混凝土间的接触传力关系,基于ABAQUS程序平台,引入一种新的不同材料交界面接触单元模型,对某水电站机组蜗壳结构进行非线性接触分析,并将其计算结果与传统简化模型的有限元计算成果及实测资料作比对分析。结果表明:接触单元模型计算成果与实测值较吻合,其更符合工程实际,较好地揭示了充水保压蜗壳复合结构的真实力学行为规律,验证了考虑接触单元模型的合适性,亦为蜗壳结构的优化设计提供了可靠的科学依据。     

三峡工程左岸电站4#机组蜗壳水压实验全过程监测分析

通过对三峡工程左岸电站4#机组蜗壳水压实验的全过程监测,分析蜗壳关键断面在加压、保压以及卸压过程中的钢板应力状况,得出蜗壳在整个过程中的应力变化及分布规律。为蜗壳充水加压、保温保压下二期混凝土施工及蜗壳自身的承载情况提供了依据。     

大型水电站配水环管充水保压值优化分析

厄瓜多尔Coca Codo Sinclair电站拥有8台大型高水头冲击式机组,最小水头604.90 m,需要配水环管和外侧混凝土共同承担水头压力,充水保压值至关重要,因此采用三维有限元方法对拟定的配水环管三种保压方案进行了模拟。对比分析不同保压方案在正常运行水头作用下钢衬、环向钢筋的应力及外围混凝土应力变形分布规律,同时考虑配水环管与外围混凝土之间的接触状态及混凝土的承载比等因素,最终选用最小水头压力的85%作为保压值。     

水电站充水预压蜗壳结构的应力仿真算法研究

应用三维有限元程序仿真模拟充水预压蜗壳结构的施工及运行全过程，得出的钢衬和外围混凝土的应力、应变状态与传统的简化算法结果相比较，其应力分布规律基本一致。但由于简化算法忽略了预压水头及预压施工缝隙对整个结构的影响，因此简化算法的外围混凝土的应力值要小于仿真算法，其相对误差一般在8％以下。     

新疆盖孜水电站蜗壳充水保压打压顺序分析

通过对盖孜水电站蜗壳及外围混凝土结构联合承载力进行有限元计算分析,假定在3.2 MPa的充水保压值下,对蜗壳的打压顺序进行分析,通过计算最终确定先打压后浇筑的施工顺序.     

三峡水电站“充水保压”钢蜗壳外围混凝土结构三维有限元分析

本文介绍三峡水电站蜗壳结构三维有限元计算结果，结果表明：三峡水电站钢蜗壳选用充水保压浇筑外围混凝土的埋置方式是合适的；采用78～88m保压水头值比较合适；蜗壳结构各截面最大拉应力值出现在不同荷载组合情况下，在配置钢筋时应引起重视。     

大型水电站半垫层蜗壳非线性联合承载力分析

为研究钢衬-混凝土摩擦及其之间的粘性滑移等因素对水电站半垫层蜗壳结构承载能力的影响,以某水电站蜗壳结构为工程背景,在理论分析的基础上,建立了考虑钢衬与外围混凝土摩擦接触、钢筋与混凝土粘结滑移的非线性数值模型,探讨了半垫层蜗壳非线性联合承载力特性。研究结果表明,在静水压力等荷载作用下,外围混凝土虽在薄弱区域出现局部损伤带,但损伤区域的损伤值较小,混凝土裂缝开展宽度也小于规范规定。此外,钢衬及钢筋应力水平远低于其屈服强度,可以保证蜗壳结构有足够的安全储备,不会因为强度不足而引起结构的破坏。整体而言,研究对象的应力及超载能力均满足要求,设计安全储备较高。     

三峡电站保温保压浇蜗壳二期混凝土装置设计

要使三峡电站在一年四季各种水头(水温)下运行时,既要使蜗壳外缘与外围混凝土紧贴,又要使蜗壳外围混凝土受力适中,尽量减少钢筋配置,便于混凝土浇筑,保证施工质量.经过大量的分析研究,提出用保温保压的办法浇筑蜗壳二期混凝土,即浇筑混凝土时的蜗壳中心平面保压水头控制在70±1 m,水温控制在16～22℃,于是提出了在冬季浇筑蜗壳外围混凝土时,蜗壳内的压力水需要加温,夏季浇筑蜗壳外围混凝土时蜗壳内的压力水需要降温的问题.介绍了左岸电站充水保温保压浇筑蜗壳外围混凝土的升温装置和降温装置系统设计中几个主要技术问题,推导了传热计算公式,在此基础上提出加温、降温装置的设计,实际运行验证了本设计是正确的.     

三峡水电站充水保压蜗壳平面非线性分析

采用自编的三维钢筋混凝土非线性有限元程序，对三峡水电站充水保压蜗壳进行了平面非线性分析，分析了钢蜗壳及外围钢筋混凝土的应力变形特性。非线性计算分析表明，在蜗壳进口断面处，虽然外围混凝土较薄，但在设计内水压力、结构自重和设备重量这些荷载组合作用下，蜗壳进口断面混凝土可能不会开裂，因此钢材应力均比较低，结构具有较高的安全度。说明现有配筋方案钢筋用量可能偏多，没有充分发挥钢材的作用，在进一步设计时可以适当优化。     

三峡水电站左岸厂房水轮机蜗壳保温保压后运行监测成果分析

对三峡水电站左岸厂房蜗壳在充水保温保压进行外包二期混凝土浇筑后,设计低水头运行的情况下的监测资料进行了简要分析,通过对蜗壳的钢板应力、钢筋应力、应变等监测资料在蜗壳运行期间充、放水的变化,结合数理统计模型与应力分布图,简述了三峡蜗壳钢板及外包混凝土的不同工况下的变化规律,为工程运行和保温保压进行二期混凝土浇筑工艺的效果提供了参考依据.