某大型水电站机组直埋式蜗壳结构应力分析

采用三维线弹性有限元法,对某大型水电站机组直埋式蜗壳结构进行应力分析,并与采取一定结构措施后的方案进行对比,分析结构的变形、混凝土应力及承载比,对外围混凝土配筋提出部分建议。     

温度作用下蜗壳外围混凝土裂缝稳定性分析

大型直埋式蜗壳结构在温度作用下,外围混凝土裂缝受力条件复杂。以某水电站蜗壳结构为计算实例,应用ANSYS有限元软件建立了带裂缝的蜗壳管节模型,引入混凝土断裂力学。考虑温度变化作用,计算蜗壳结构在温度荷载作用下外围混凝土裂缝的应力强度因子,根据混凝土复合裂缝判据判断蜗壳外围混凝土裂缝的稳定性。计算结果表明,温度荷载对蜗壳外围混凝土裂缝稳定性影响较大。     

高水头抽水蓄能电站蜗壳混凝土与钢衬联合作用应力分析方法研究

为了增加机组基础的刚度、改善机组运行的稳定性，高水头抽水蓄能电站的钢蜗壳广泛采用充水预压的施工方法．其应力分析一般采用简化的计算方法，该方法忽略蜗壳内预压水头及蜗壳与外围混凝土之间的预压缝隙的影响．文中以我国已建的三座高水头抽水蓄能电站的蜗壳联合承载结构为背景，运用三线有限元法的仿真技术对其蜗壳联合承载结构的应力进行了研究，即计算应力时考虑了蜗壳内预压水头及蜗壳与外围混凝土之间预压缝隙的影响．结果表明，蜗壳联合承载结构应力分析的简化方法与用仿真方法所得到的应力分布规律是一致的，其数值上的误差在允许范围内，证明蜗壳联合承载结构应力分析的简化方法用于工程设计是可行的．     

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...     

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。     

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。     

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。     

景洪水电站蜗壳设计

景洪水电站采用联合承载蜗壳结构型式,在国内尚属首例,采用三维非线性有限元方法,对外围钢筋混凝土的开裂荷载、裂缝发展、钢蜗壳和钢筋的应力分布以及蜗壳与机墩的变形特性进行研究,并对蜗壳外围混凝土配筋方案进行复核;同时研究了蜗壳结构动力特性,分析蜗壳自振特性,并进行共振校核,为避免共振的发生提供理论依据。景洪水电站于2009年6月5台机组全部建成投产,至今厂房5台机组的水轮机蜗壳均运行正常,未发现异常振动及漏水现象。     

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。     

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。     

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。     

某水电站垫层蜗壳结构受力特性研究

垫层蜗壳是大型水电站厂房蜗壳的常用结构型式。运用三维有限元分析方法对某水电站垫层蜗壳结构的受力特性进行研究,分析比较了承载能力极限状态与正常使用极限状态下正常运行时钢蜗壳的应力状态、钢筋混凝土的开裂范围与应力分布规律。分析成果验证了蜗壳型式选取的合理性,并为蜗壳外包混凝土配筋设计提供了参考。     

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。     

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。     

水电站蜗壳联合承载结构内水压力荷载分配规律的研究

本文论述了近几年来水电站蜗壳结构的趋向，简要介绍了钢蜗壳与外围混凝土联合承载结构的基本概念，并用三维有限元法结合我国在龙羊峡水电站，岩滩水电站的厂房蜗壳结构，对联合承载时的内水压力荷载分配规律及其影响因素进行了初步探讨。     

大型水轮机蜗壳充水加压结构三维有限元分析

采用三维线弹性有限元方法分析了大型水轮机蜗壳充水加压结构的受力状态,得到了该结构的应力分布规律,通过两种充水加压内水压力值方案的比较,提出了该蜗壳外围混凝土配筋建议及充水加压内水压力值的选择范围。     

三峡右岸电站15号机组蜗壳采用直埋方案探讨

三峡右岸电站厂房15号机组蜗壳直埋方案的研究,其分析方法是:根据该方案线弹性三维有限元计算结果,配置蜗壳外围混凝土结构所需的钢筋,根据此配筋示意图,进行蜗壳与外围钢筋混凝土结构联合受力的非线性三维有限元分析.其分析又分为静力分析与动力分析两种.研究结果表明,采用直埋方案蜗壳外围混凝土结构内水压力承载比高,配筋量大,对混凝土结构的长期安全运行仍有需深入研究的问题.     

三峡水电站直埋式蜗壳结构的非线性分析

本文结合三峡水电站,采用三维非线性有限元法对右岸某机组段直埋式蜗壳结构的受力和变形特性进行分析。数值计算模型考虑了钢衬和外围混凝土之间的摩擦接触、混凝土材料的拉伸软化和损伤特性,对外围混凝土的损伤指标及分布、各钢部件应力、结构位移等进行了分析研究,并在蜗壳外围混凝土发生损伤的情况下对座环柔度进行了复核。结果表明,在内水压力等设计荷载作用下,直埋式蜗壳的钢材强度完全能够得到保证;混凝土的损伤密集区出现在上下环板附近,且损伤指标较大;在蜗壳腰部、顶部混凝土损伤程度较小;考虑蜗壳外围混凝土含有损伤情况下的座环柔度值远大于按线弹性理论得到的结果。