结构非线性特性对金属蜗壳结构应力影响分析

应用ABAQUS有限元软件,结合实际工程,对不同埋设方式蜗壳进行了三维非线性有限元计算,分析了各种结构的非线性特性对蜗壳结构受力状态的影响。结果表明,垫层蜗壳结构中,接触非线性特性考虑与否对数值分析结果影响较大,而是否考虑混凝土的开裂非线性则影响较小;直埋蜗壳结构中,混凝土采用弹塑性模型时,钢衬应力水平相比采用线弹性模型可提高50%以上,混凝土结构开裂非线性对数值分析结果影响明显,而是否考虑钢衬与混凝土间接触非线性特性,则对数值分析结果影响较小。明确各种结构非线性特性对数值计算结果的影响程度,能便于工程设计人员更为有效地利用数值分析手段进行蜗壳结构设计。     

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。     

大型水电站厂房弹性垫层蜗壳结构研究

钢蜗壳与外围混凝土之间设置弹性垫层是我国大型水电站厂房常采用的一种结构型式,鉴于弹性垫层的最优摩擦系数以及内水压力向外围混凝土传递机理的不确定性,应用ANSYS有限元程序对某大型水电站垫层蜗壳进行钢衬-钢筋混凝土结构三维非线性有限元仿真研究,考虑钢蜗壳与外围混凝土之间的滑移接触特性,研究钢蜗壳与混凝土之间合理的摩擦系数...     

内水压力重复加载作用下蜗壳外围钢筋混凝土的损伤分析

本文分析了三峡电站某直埋式蜗壳结构在内水压力重复加载下的混凝土损伤演变规律和钢蜗壳以及钢筋的受力特性,分析中考虑了钢蜗壳与外围混凝土间的摩擦接触特性,采用弹塑性损伤模型来描述混凝土的受拉损伤特性。研究表明,在历经内水压力的多次加、卸载循环后,蜗壳外围混凝土的损伤程度及范围虽有一定的增加并导致混凝土强度和刚度的相应退化和降低,但经一定的循环次数后,钢衬和钢筋的应力以及混凝土的损伤分布范围和程度将保持稳定状态。蜗壳外围混凝土出现稳定的损伤后,钢衬和钢筋承担的内水压力比例将比线弹性分析结果增大,从而能进一步发挥钢结构的承载作用。     

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。     

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。     

藏木水电站蜗壳垫层式与直埋式受力特征比较分析

本文以藏木水电站的蜗壳结构为研究对象,取蜗壳进口段包含一个完整固定导叶在内的扇形区域作为基本有限元模型,考虑钢衬和混凝土间的滑动摩擦接触性质,从应力特性及混凝土承载比两方面对垫层蜗壳和直埋式蜗壳两种蜗壳型式进行了对比研究,以期为蜗壳埋设方式的合理选择和优化设计提供参考。     

水轮机蜗壳不同埋设方式的流道结构刚强度分析

对蜗壳三种典型埋设方式，采用有限元方法分析和讨论了设置伸缩节与止推环对某巨型蜗壳结构整体受力特征和变形特性的影响，并对各方案进行了评价。研究表明，(1)从降低混凝土拉应力和提高钢衬承载比来看，垫层方案优于保压方案，保压方案优于直埋方案。从流道系统的变形来评价，直埋方案优于垫层方案和保压方案。但从蜗壳外包混凝土的整体变形来看，直埋方案则劣于垫层方案。(2)无论是对于垫层方案或是保压方案，是否设置伸缩节和止推环对蜗壳应力状态影响均较小。同时设置或取消伸缩节和止推环，从流道系统钢结构的整体轴向刚度和抗扭转刚度来评价，垫层方案比保压方案有所降低或基本相当。(3)对于垫层方案，若取消伸缩节，可考虑取消止推环。对于保压方案，若设置伸缩节，则建议设置止推环。本文可为蜗壳埋设方式的优化选择提供参考。     

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。     

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。     

万家寨水电站蜗壳组合结构有限元分析

万家寨水利枢纽工程电站采用全埋式金属蜗壳，按“蜗壳内水压力—钢衬—垫层—外围混凝土—结构上部荷载及自重”联合作用的力学模型， 用ＳＡＰ有限元结构分析程序， 对蜗壳组合结构进行三维有限元分析， 研究结构整体的应力分布及蜗壳垫层包角的合理范围。     

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。     

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。     

三峡电站厂房钢衬蜗壳不同埋设方式抗震分析

混流式水轮机发电机组钢衬蜗壳有不同埋设方式,三峡水轮发电机组钢衬蜗壳是目前世界上混流式水轮机最大的蜗壳,左岸电站全部为保压方案。针对右岸水电站厂房钢衬蜗壳2种埋设方案,建立三维有限元模型,研究蜗壳保压方案和垫层方案的固有振动特性和地震响应,采用振型叠加反应谱法计算地震动力响应,分析不同蜗壳埋设方案对结构的自振特性及地震响应的影响。分析结果表明：就抗地震作用而言,2种方案都是可取的,垫层方案略优于保压方案。     

长龙山抽水蓄能电站压力钢管接触灌浆技术研究

长龙山抽水蓄能电站引水压力管道下平段属于钢衬结构,其外包混凝土在终凝收缩后与钢衬的接触面不可避免出现脱空现象。为了保证钢衬与混凝土联合共同受力和运行安全,需采用接触灌浆方法对脱空区域进行处理。主要分析比较了电站压力钢管接触灌浆施工方案及优劣,着重介绍了可重复灌浆管接触灌浆方案的施工程序、主要施工方法、质量控制以及成果检查方法等。研究成果可为保证长龙山电站接触灌浆施工效果提供技术保障。     

钢筋混凝土蜗壳健康诊断技术及应用

水力发电工程水轮机蜗壳在长期运行的过程中，经常会出现裂缝、脱空、蜂窝等缺陷，如不及时进行处理，将会影响水工混凝土构件的安全性和耐久性。以“网状普探与定点检查相结合”的健康诊断技术思路为指导，采用基于“不同技术原理、不同方法特点、不同探测尺度、不同探测精度”的超声横波反射三维成像法、脉冲回波法、声波反射法、探地雷达法等物探方法对蜗壳周边混凝土质量、蜗壳顶部钢衬与混凝土接触状况进行检测，最终得出混凝土蜗壳缺陷的详细信息。通过对混凝土蜗壳健康诊断，从而为其工程处理提供数据服务和决策支持。     

光照水电站厂房蜗壳二期混凝土施工技术

水电站厂房钢衬蜗壳二期混凝土的施工由于结构体型异形,包络钢筋密集,机电安装要求高,是水电站施工的重点和难点。光照水电站根据国内其他工程施工的成功经验和自身的施工条件,采用自密实混凝土（简称SCC混凝土）浇筑钢衬蜗壳二期混凝土,解决了在负高差下的混凝土入仓问题以及常态混凝土在蜗壳二期回填时振捣不密实易出现脱空的难题。实践表明,在光照水电站4号蜗壳二期混凝土上应用SCC混凝土是成功的。     

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。     

潘口水电站厂房蜗壳垫层结构优化研究

利用ANSYS结构分析程序对潘口水电站蜗壳进行整体三维有限元分析,探讨了垫层弹性模量、厚度及铺设范围对外包混凝土影响.通过方案对比可知,当垫层厚度为5 cm,材料弹性为2 MPa,包角为190°时,能显著减小蜗壳外围混凝土的受力.另外,针对座环与钢衬蝶形边处存在应力集中现象,提出可在此处留出10°范围不铺设垫层,通过加强该处的配筋解决受力问题.