溧阳抽水蓄能电站地下厂房结构动力响应分析

以溧阳抽水蓄能电站地下厂房为原型,运用大型有限元计算程序ANSYS建立三维有限元模型,采用模态分析方法分析厂房结构的自振特性,基于谐响应法分别分析地下厂房结构在机组动荷载和水轮机流道脉动压力荷载作用下的动力响应。计算结果表明,各种振源对厂房整体结构的影响不大,在机组振动荷载及脉动压力分别作用下,结构的振幅、振动速度和加速度等均在允许范围内,厂房结构设计合理。     

蜗壳垫层材料压缩-回弹响应行为的试验研究及数值模拟

垫层在水电站钢蜗壳-混凝土组合结构中起传递内水压力的作用,但在当前的设计实践中,垫层通常被简化为线弹性材料。本文选取聚氨酯软木与聚乙烯闭孔泡沫等2种最常用的蜗壳垫层材料,首先采用土工轴承式单杠杆固结仪对2种材料分别进行循环加-卸压试验,材料试样由环刀切割成型,受压过程在环刀内完成,最大压力荷载定为1.0 MPa,加压与卸压过程均分10级完成,级差0.1 MPa。而后根据试验中的垫层材料试样尺寸,建立试样的平面轴对称有限元模型,在ABAQUS平台上采用HYPERFOAM和MULLINS EFFECT两者共同模拟单次加-卸压循环中2种材料的非线性响应过程,2种模型中必要的材料参数通过UNIAXIAL TEST DATA选项结合材料的压缩应力-应变试验数据确定。研究结果表明:2种材料均具有显著的非线性、不可逆的压缩特性,在循环加-卸压作用下均存在显著的残余应变;数值模拟对2种材料在单次加-卸压循环中的应力-应变响应过程的预测效果良好。认为在蜗壳结构的设计中不应忽略垫层材料的非线性力学特性,前述基于ABAQUS平台的数值模拟技术能够简便地实现垫层材料的非线性力学描述。建议垫层材料在出厂前,宜提前经历足够次数和时长的"预压"过程,最大程度上降低垫层材料残余变形对蜗壳结构受力的潜在不利影响,垫层材料的力学设计参数须基于已经历过"预压"过程的试样压缩-回弹数据确定。     

考虑管道自重荷载的埋地钢管结构计算方法

埋地钢管在重大引调水工程中应用越发广泛,作为整个工程的生命线,保证其结构安全至关重要。然而,目前埋地钢管的结构计算方法仍然较为粗略,常忽略管道自重荷载。针对此,采用理论分析方法,在Spangler模型理论基础上,构建出考虑管道自重荷载的新计算方法,并与传统计算方法和有限元法结果比较分析。结果表明：新计算方法仅需在原计算公式的分子项上增加管重项,较为简单方便;管道自重对变形增幅的影响基本上不超过20%,对管径大且埋深小的管道,应予以考虑,而对管径<1 m或埋深>4 m的管道,可以忽略;新计算方法与有限元法得出的变形结果规律性较好,一般情况下其计算精度较传统方法更高,并且同样适用于其他类型的埋地柔性管道。     

压气储能地下洞室密封钢衬的非线性力学响应特征

依托某压气储能电站实际工程,基于ABAQUS平台,研究密封钢衬应力的非线性影响因素,分别探究了围岩与混凝土材料非线性、密封钢衬-混凝土接触非线性的影响机理。结果表明,浅埋地下储气洞室围岩初始地应力水平不高,巨大气压导致围岩局部塑性屈服,混凝土严重开裂,密封钢衬高应力区-混凝土严重开裂区-围岩塑性区三者存在对应关系;考虑密封钢衬-混凝土之间的接触关系,使得密封钢衬应力分布更加均匀;检修期在重力影响下密封钢衬顶部与混凝土脱开,检修后再加压密封钢衬应力分布出现调整现象,顶部应力峰值和应力不均匀度有所增大;密封钢衬应力峰值随摩擦系数与缝隙值的增大而增大,当摩擦系数大于0.5时其影响不明显,随缝隙的变化梯度大致为30～40 MPa/mm;地下储气洞室密封钢衬受力分析时需同时考虑材料非线性与接触非线性,以保证密封钢衬具有足够的安全储备。     

完全联合承载蜗壳三维非线性分析

本文运用ABAQUS程序对某水电站完全联合承载蜗壳结构进行三维非线性有限元分析,得到钢材的应力分布情况和混凝土裂缝范围及其宽度。结果表明:完全联合承载蜗壳是一种具有明显优势的蜗壳结构型式,无论是在经济方面还是在施工工艺方面,都具有很大的优越性,在实际工程中应用是完全可行的。本文为有针对性地提高水电站蜗壳结构设计的安全性与可靠性提供了依据。     

埋藏式压力钢管加劲环抗外压稳定分析方法探讨

本文对国内外常用的埋藏式压力钢管加劲环抗外压稳定的计算方法进行了比较研究。结果表明:采用规范DL/T 5141—2001中(B16)式的设计结果偏于保守;而规范DL/T 5141—2001附录中(30)式是对Svoisky方法的错误表达,可能得出偏大甚至错误的加劲环临界外压值;Jacobsen方法不仅克服了Amstutz方法适应范围的局限,而且克服了Svoisky方法未考虑等效翼缘以外管壁上外压力的不足,经过比较最终建议采用Jacobsen方法,并为求解Jacobsen公式提供了一种有效的计算思路。     

河床式水电站副厂房GIS室隔振研究

结合某河床式水电站实际工程,采用有限单元法,对尾水管内水流脉动压力作用下阻尼弹簧隔振装置对副厂房GIS室的振动影响进行了研究。结果表明：GIS室楼板由隔振弹簧支承于梁柱上后,对副厂房整体结构的振动特性影响很小,GIS室楼板与其支承结构的振动特性差异明显;当隔振系统自振频率在3.5~4.5Hz时,隔振措施能兼顾隔离低频和高频脉动压力的振动影响,特别是能有效减小因高频脉动压力引起的高振动速度和加速度,对结构振动控制十分有利。     

水电站垫层蜗壳座环传力机理研究

本文结合国内两个典型的巨型水电站,基于单元结点力的方法对坝后式水电站伸缩节过缝和垫层管过缝条件下蜗壳座环的受力特性展开了研究,探讨了对座环受力较优的垫层平面铺设范围。研究结果表明,两类过缝措施条件下,座环承受最小不平衡力的垫层平面铺设范围为45°之前或270°断面之后;而对座环承受不平衡扭矩而言,则无明显的最优垫层平面铺设范围。垫层蜗壳采用伸缩节过缝时,止推环对座环承受水流向不平衡力及不平衡扭矩的改善效果明显且稳定;而垫层管过缝时,止推环的作用效果不明显,此时引水钢管已经起到了止推环的作用。在单机容量基本一致且采用垫层蜗壳埋设方式的条件下,高水头电站座环承受的水平面内不平衡力和不平衡扭矩更大,座环的受力更应该引起重视。     

不同边界条件对钢岔管水压试验应力变形的影响

结合某抽水蓄能电站月牙肋钢岔管的工程实际情况,采用有限元方法对比分析了工程中水压试验通常使用的边界条件简化方法与同时考虑钢岔管结构自重、水重及实际支撑的仿真方法,研究了结构自重、水重、支座及摩擦系数等因素对岔管应力分布及变形的影响。结果表明,简化方法与仿真方法计算所得的钢岔管应力及变形十分接近,用这两种方法分析水压试验中的岔管应力分布及预估埋藏式钢岔管水压试验压力值均是可行的,该计算结果为现场水压试验提供了很好的参考。     

日照温差下明钢管变位特性分析

为了探究日照温差下明钢管变位特性,基于某水电站典型管段明钢管,运用ANSYS软件,建立三维有限元模型,研究了检修时在日照两侧温差下明钢管的偏移及受力,进一步分析了在此偏移不能恢复时充水运行后的管段位移、受力情况。结果表明:在不均匀温差引起的管段变形的基础上充水运行,管段更显著地向低温侧偏移,管段弯曲加剧,运行水头越高则管段受不均匀温差影响越大;限位挡板缝隙越大,则支座、限位挡板受力越小,但是限位挡板对管段的约束作用越弱;管段变位以及支座、限位挡板受力较大的部位均出现在靠近伸缩节的支墩处,可以考虑在此处缩小支墩间距以加强管段约束、缓解结构受力;为防止不均匀温差下管段从支座上脱落,有必要适当增大限位挡板尺寸。