水电站垫层蜗壳结构研究和应用的现状和发展

结合我国水电站垫层蜗壳结构工程应用的发展近况,介绍了近年来垫层蜗壳结构设计理念的转变,指出了直埋-垫层组合方案将成为未来水电站蜗壳埋设方式选择的发展趋势。总结了垫层蜗壳结构研究发展中取得的两个重要进展——钢蜗壳与外围混凝土联合受力、钢蜗壳与外围混凝土之间滑动摩擦,指出考虑垫层材料的非线性力学性能将是垫层蜗壳结构研究的发展趋势。分别阐述了垫层材料属性和空间属性对蜗壳结构受力特性的影响,在此基础上,归纳了垫层蜗壳结构研究存在的问题,最终提出未来的垫层蜗壳结构研究应强调"控制"的研究理念,视垫层为"控制工具",以全新的视角看待垫层的作用,探求控制蜗壳结构受力特性的理论与方法。     

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。     

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.     

水电站垫层蜗壳结构研究和应用的现状和发展

结合我国水电站垫层蜗壳结构工程应用的发展近况，介绍了近年来垫层蜗壳结构设计理念的转变，指出了直埋-垫层组合方案将成为未来水电站蜗壳埋设方式选择的发展趋势。总结了垫层蜗壳结构研究发展中取得的两个重要进展——钢蜗壳与外围混凝土联合受力、钢蜗壳与外围混凝土之间滑动摩擦，指出考虑垫层材料的非线性力学性能将是垫层蜗壳结构研究的发展趋势。分别阐述了垫层材料属性和空间属性对蜗壳结构受力特性的影响，在此基础上归纳了垫层蜗壳结构研究存在的问题，最终提出未来的垫层蜗壳结构研究应强调“控制”的研究理念，视垫层为“控制工具”，以全新的视角看待垫层的作用，探求控制蜗壳结构受力特性的理论与方法。     

某水电站垫层蜗壳平面铺设范围的影响研究

结合某大型水电站机组安装工程,采用三维有限元方法,从蜗壳外围混凝土应力与配筋、混凝土承载比、座环和机墩位移等3个方面讨论了垫层平面铺设范围的影响。研究结果表明,随着垫层平面铺设范围的增加,垫层区域的蜗壳外围混凝土拉应力和损伤区域明显减小,配筋量降低,座环、定子和下机架基础的不均匀上抬位移也明显减小。在综合考虑上述3个方面的影响后,建议dc-270方案作为该水电站钢蜗壳的垫层铺设方案。     

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。     

接触滑移对不同埋设方式蜗壳结构应力的影响分析

为研究水电站厂房蜗壳的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,钢蜗壳应力增加约27%;当摩擦系数由0.25增大到1.00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较小,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,不考虑接触作用对结构应力的影响很小,共节点模型可以在实际工程中采用。     

小浪底水电站蜗壳外围混凝土结构设计

小浪底水电站安装 6台 30 0MW混流式水轮发电机组 ,钢蜗壳外铺设弹性垫层 ,金属蜗壳承担全部内水压力 ,蜗壳外围混凝土结构只承担上部结构传来的水轮发电机和楼板等重力荷载。根据结构设计的特点进行强度计算、配筋和构造设计。监测资料表明 :在钢蜗壳上部铺设弹性材料后浇筑混凝土的结构形式是可行的 ,只要垫层材料选择合适 ,施工措施得当 ,结构的安全是有保证的     

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。     

水轮机垫层蜗壳数值模拟研究

采用平面轴对称计算模型,对某水电站垫层蜗壳进行平面非线性有限元分析,并对钢蜗壳与外围混凝土之间设置柔性垫层的4个方案进行计算,探讨了垫层包角对蜗壳结构的影响规律;对接触摩擦节点模型和常规共节点模型计算结果的对比表明,模型的建立和应用是合理和可靠的;并探讨了利用弹簧间隙元代替垫层实体元的可行性,从而为工程建设提供参考依据.     

高水头电站垫层式蜗壳自振特性分析

垫层蜗壳作为蜗壳结构形式中的一种,其结构形式复杂,内水压力传递比例不易控制,受力条件复杂,为分析探讨钢蜗壳在不同的垫层弹性模量和垫层包角作用下的自振特性,研究其自振频率与垫层弹性模量、垫层包角的关系,本文建立钢蜗壳的三维有限元模型,采用弹簧单元替代垫层和外包混凝土,考虑了垫层与钢板、混凝土与钢板接触效应,模拟了垫层和外包混凝土对钢蜗壳的作用。分析研究表明:钢蜗壳的自振频率随着垫层弹性模量的增大而增大,随着垫层包角的增大而减小,为机组的共振校核提供了一定的理论依据。     

大型水电站蜗壳及厂房结构动力分析问题探讨

介绍我国大型水电站蜗壳与厂房结构的动力分析研究现状,以及蜗壳与厂房结构和机组运行稳定性之间的关系,并就影响动力反应特性的几个因素,如垫层材料的非线性、蜗壳钢衬和外围混凝土间的非均匀接触、外围混凝土的已有损伤和开裂、流道内巨大水体的存在等进行论述,指出在内源荷载作用下地下厂房及蜗壳结构动力分析数值模型构建中所存在的问题。最后,结合汶川地震中地下厂房的震害,详细论证了进行地下蜗壳及厂房抗震研究的必要性和紧迫性。     

不同HD值下软垫层蜗壳结构优化分析

应用有限元模型分别对高低两种HD值下的水电站蜗壳结构进行分析,研究了软垫层材料的弹性模量、厚度以及铺设范围对蜗壳结构强度和变形的影响.通过不同HD值下垫层蜗壳的结构分析,得到水电站垫层蜗壳优化设计的规律性认识,进而明确了高HD值下垫层蜗壳结构设计的难点和重点,以及通过垫层优化设计的解决途径,从而进一步说明了高HD值蜗壳采用软垫层结构方案的可行性.     

水轮机蜗壳垫层参数分析

利用ANSYS有限元软件,并考虑钢壳-垫层、钢壳-混凝土之间的摩擦接触条件,建立钢蜗壳及其外围混凝土的局域三维应力计算,来分析垫层的弹模、厚度、泊松比等参数对钢壳及其外混凝土受力状况的影响,得到一些参考价值参数成果。     

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。     

设垫层的坝内浅埋管计算研究

通过对某水电站顶部设置垫层的大直径坝内浅埋管进行线弹性和非线性有限元计算,得到钢管、外包混凝土及钢筋的受力规律。提出在钢管外侧设置垫层可以较好地使钢衬发挥承载作用．减少坝体混凝土的受力,防止或减轻坝体表面产生裂缝。     

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     

水电站蜗壳垫层结构研究

应用三维非线性有限元研究了水电站蜗壳垫层的弹性模量、厚度和铺设范围对承载比的影响。为减轻钢蜗壳在上蝶边处的应力集中，提出在蝶形边附近一定范围内不设垫层。如果垫层铺到180°，则恰好该处外包混凝土较薄，易产生混凝土贯穿裂缝，若将垫层下延20°～30°，则该处外包混凝土变厚，可改善垫层末端混凝土受力状态。建议将垫层的厚度与弹模之比作为垫层设计的一个参考指标，并给出厚度与弹模的优化比值，可适用于一定PD值范围的蜗壳，供工程设计参考。