基于接触模型的充水保压蜗壳工作机理及外围混凝土温控措施研究

针对水电站厂房充水保压蜗壳结构,提出了一种基于接触模型的工作机理及外围混凝土温控措施研究方法。结合充水保压蜗壳的结构特点、边界条件以及施工过程,开展施工及运行期的瞬态温度场仿真分析;基于混凝土徐变本构模型研究蜗壳结构施工早期混凝土温度应力的规律,同时利用三维非连续变形接触问题的有限元混合法来模拟施工过程中钢衬及外围混凝土的结构位移及应力变化规律,探讨钢衬与外围混凝土的联合承载机理。结合某抽水蓄能电站给出了工程应用实例。该方法为充水保压蜗壳工作机理研究及温控设计提供了新的计算方法及研究思路。     

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。     

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。     

某抽蓄电站厂房蜗壳结构保压值选定分析

结合某抽水蓄能电站厂房蜗壳外围混凝土结构配筋计算过程,运用三维有限元计算软件对该蜗壳结构保压值进行选定分析。根据计算结果并依照规范得出各种保压值方案下蜗壳外围混凝土配筋结果,通过各种因素的对比分析选定相对合理的蜗壳保压值。同时,通过该工程蜗壳保压值的选定分析过程,总结经验和规律,供参考。     

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．     

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。     

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。     

瀑布沟水电站厂房大型蜗壳结构设计与施工

瀑布沟水电站装机容量大,机组台数多,结构复杂。电站地下厂房蜗壳外围混凝土采用保压浇筑的方式。为确保机组运行稳定和结构安全,对机组及蜗壳外围混凝土结构进行了静、动力分析和模型试验研究。研究表明,在蜗壳保压1.40MPa下浇筑外围混凝土材料强度能满足要求。目前,全部6台机组均已安全投产,运行稳定。     

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.     

三峡电站厂房蜗壳外围混凝土结构设计综述

三峡电站厂房是三峡工程三大主要建筑物之一,是三峡枢纽的重要组成部分,电站装机容量大,机组台数多,结构复杂.电站厂房蜗壳外围混凝土,为大尺寸的异形钢筋混凝土结构,电站初期运行的上游水位与永久运行的上游最高水位相差40 m,采用保压浇筑蜗壳外围混凝土的方式施工.要使钢蜗壳在低水头运行时不会与外围混凝土结构间产生过多的间隙影响机组安全运行,在高水头运行时钢蜗壳也不至于过多地将内水压力传递给外围混凝土结构,对混凝土结构的安全不利,这便给该结构的受力分析、结构设计以及施工等都带来一定的难度,要保证水轮发电机组在各种工况下稳定运行,对蜗壳外围混凝土结构有许多需要认真对待和深入研究的问题.     

瀑布沟水电站大型蜗壳外围混凝土结构设计与施工

瀑布沟水电站装机容量大、机组台数多、结构复杂,地下厂房蜗壳采用保压浇筑外围混凝土的方式。为确保机组运行稳定和结构安全,对机组及蜗壳外围混凝土结构进行了静动力分析和模型试验研究,并对水压试验、混凝土浇筑等提出了技术要求。目前,全部6台机组均已安全投产,运行稳定。     

156 m水位下三峡水电站15#机组厂房结构的振动安全研究

三峡水电站机组蜗壳HD值高，其埋设方式对厂房和机组的安全稳定运行具有关键的影响。蜗壳直接埋入法相对于垫层埋入法和充水保压埋入法而言，其外围钢筋混凝土承担的内水压力较大，但施工比较简单且节省蜗壳钢材，因此三峡水电站15#机组拟采用直接埋入法。文中在已有静力研究成果的基础上，分析了局部混凝土开裂后的厂房结构的整体自振特性和振动响应，并根据计算结果和振动标准对厂房结构的振动做了安全评价。     

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。     

回龙抽水蓄能电站水轮机蜗壳充水加压值优化分析

回龙抽水蓄能电站地下厂房高水头、高转速可逆式水泵水轮发电机组采用中拆式整体结构（又称机墩组合结构），整体结构中蜗壳采用充水加压浇筑外围混凝土的方式，其加压值的确定直接影响到机组的运行稳定和蜗壳外围混凝土的配筋设计。利用三维有限元法对不同加压值（取350．0m水头和370．0m水头）情况下蜗壳外围混凝土的应力状态及承载比进行了计算分析，并选定了蜗壳的充水加压值为350．0m水头。     

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.     

三峡电站蜗壳敷设软垫层浇筑外围混凝土研究

三峡电站厂房蜗壳外围混凝土结构由于其几何形态的奇异而成为三峡电站厂房结构中最复杂的结构之一.蜗壳外围混凝土结构在水电站中既是水轮发电机和钢蜗壳的支承体,也是主厂房上部结构的基础.在该结构设计中既要充分发挥钢蜗壳的承载能力,又要满足机组的安全稳定运行以及蜗壳外围混凝土结构的安全;并且还应该具有施工方法较简便、施工质量容易保证、工期较短等综合效益.因此在三峡水利枢纽工程单项技术设计阶段,长江水利委员会推荐的是电站厂房蜗壳采用敷设软垫层后浇筑外围混凝土的蜗壳埋入方案(简称垫层方案).但由于像三峡电站这种单机容量700 MW的巨型水电站在国内外尚无采用垫层方案的工程实例,因而在三峡工程单项技术设计审查阶段是有争议的.目前三峡电站左岸厂房采用的是保压浇筑蜗壳外围混凝土的方案,但是垫层方案以其混凝土结构承担内水压力小、施工方便、工期短、造价低等优点,在三峡电站建设中是保压浇筑蜗壳外围混凝土方案所难以替代的.因此对于垫层方案应该在单项技术设计的基础上做更进一步的研究.     

水电站蜗壳保压浇混凝土结构的三维仿真分析

三峡工程水电站厂房蜗壳采用保压浇外围混凝土的结构形式。为研究钢蜗壳与外围混凝土交界面的接触性态，分别对冬季和夏季浇混凝土情况进行了模拟施工过程的三维有限元仿真计算，给出了交界面在不同季节不同水位运行期的传力和间隙，结果表明温度对传力的影响显著。对冬季浇筑情况，研究了通过提高保压水温来减小高温季节高水位运行期的传力；对夏季浇筑情况，研究了通过降低保压水头来减小蜗壳混凝土在低温季节低水位运行期的间隙。     

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。     

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。