基于ANSYS的蜗壳有限元分析

发电厂房中蜗壳结构的安全稳定对水电站的正常运行至关重要,而其复杂的空间结构特征,使蜗壳的结构设计存在难度。本文依托国外某水电站工程,采用有限元分析软件ANSYS对发电厂房中的蜗壳结构建立三维模型并进行计算,得到蜗壳结构的应力分布情况,据此对蜗壳的结构设计的合理性进行验证,并进行相应的配筋计算。目前该工程已发电运行多年,给当地创造了良好的经济效益,发电厂房内的蜗壳结构状况良好。本工程的蜗壳设计计算方法可以为类似工程提供参考。     

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。     

景洪水电站工程设计优化与创新成果

景洪水电站枢纽由碾压混凝土重力坝、溢流表孔及左右冲沙底孔、引水钢管及发电厂房、300t级水力式垂直升船机、变电站等组成。枢纽总体布置形式为:坝后式厂房布置在河道左侧,溢流表孔和升船机布置在河道右侧,一字排列。采用的300t级水力式升船机、水淬铁矿渣与石灰岩粉混凝土双掺料、大型直埋式联合承载蜗壳、特大单宽流量宽尾墩溢流表孔等是该电站的主要特点,可供其他工程借鉴和参考。     

垫层铺设范围对水电站蜗壳结构特性的影响分析

基于接触非线性和开裂非线性理论,采用ABAQUS程序对某水电站地下厂房蜗壳结构进行了三维非线性有限元计算,研究了水电站垫层蜗壳结构中垫层平面铺设范围对厂房蜗壳结构特性的影响。研究结果表明:蜗壳结构中垫层平面铺设范围分别自蜗壳进口铺至0°、45°、135°和270°断面时,垫层铺设范围越大,环向钢筋应力和混凝土损伤区域明显减小,相较于0°方案,其他3种方案的最大裂缝宽度和发电机基础不均匀上抬位移均有明显减小。     

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.     

莲花电站蜗壳设计

莲花电站蜗壳结构为金属蜗壳外包钢筋混凝土，根据蜗壳的钢衬与钢筋混凝土结构为联合承载结构的研究成果，同时参照白山电站蜗壳配筋和混凝土中钢筋应力的观测成果，在莲花电站蜗壳设计中采用了“三维非线性有限元分析”方法。通过“三维有限元分析”与工程类比相结合的方法，使蜗壳设计进一步接近实际，按初设阶段蜗壳设计的钢筋含量２５ｋｇ／ｍ３计算，技施阶段蜗壳设计实际节省钢筋２９３．５ｔ，节省投资约１００万元。经济效益显著，同时也为厂房蜗壳设计积累了经验。     

猴子岩水电站蜗壳垫层铺设方案分析研究

针对猴子岩水电站蜗壳垫层铺设范围,笔者拟定了四个方案,选取包含一个固定导水叶范围的扇形区进行分析,以进口断面的第一个管节建立数值计算模型,分别对蜗壳外包混凝土环向应力;钢蜗壳、座环环板和固定导叶应力分布规律;混凝土应力承载比、钢蜗壳和外包混凝土位移分布特征进行了分析研究,最终综合考虑蜗壳及外包混凝土应力、位移水平和施工难度确定了猴子岩水电站蜗壳垫层下末端铺至腰线。该铺设方案的应用可为类似工程参考。     

景洪水电站金属结构设计简介

景洪水电站位于澜沧江下游河段,是澜沧江中下游河段规划的两库八级开发方案的第六级,上、下游分别与糯扎渡水电站和橄榄坝水电站衔接。该电站于2008年6投运发电。本文就景洪水电站的金属结构设计进行了系统的介绍,以供同类型电站金属结构设计时借鉴。     

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。     

景洪水电站厂房设计

厂房布置、整体稳定和应力分析及挡水结构应力分析是可行性研究阶段景洪水电站设计的主要课题。     

溪洛渡水电站蜗壳垫层几何参数的选择

结合溪洛渡水电站工程具体情况,采用线性和非线性有限元方法,比较了蜗壳垫层铺设厚度及范围变化时对基础板最大竖向位移、最大裂缝宽度、有无贯穿性裂缝的形成、结构自振特性的影响,选择了较优的垫层几何参数。计算成果及分析方法可为巨型蜗壳结构的优化设计提供参考。     

小湾水电站大型金属蜗壳水压试验

小湾水电站最大水头251m,机组转速150r／min,为我国目前在建水电站单机700MW水头和转速最高的水轮发电机组。蜗壳水压试验压力43．5bar,采用保压混凝土浇筑工艺方法,保压压力为17．4～18．6bar。目前,已完成6台机蜗壳水压试验,5台机蜗壳保压混凝土浇筑（4号机保压混凝土浇筑正在进行中）。文章总结了蜗壳水压试验、保压混凝土浇筑以及变形监测的工作经验和体会。     

Dadinkowa水电站厂房蜗壳外围薄壁混凝土受力分析

针对国内对水轮机蜗壳外围薄壁混凝土结构研究较少、设计经验欠缺的问题,以尼日利亚Dadinkowa水电站厂房续建项目为典型案例,对水电站蜗壳外围薄壁混凝土结构进行设计分析。建立三维有限元模型,分析蜗壳外围混凝土在正常运行工况和检修工况下的应力,提取内力进行配筋计算;建立蜗壳0°断面的平面有限元模型,分析蜗壳顶部及基坑里衬附近混凝土应力,提取弯矩和轴力进行正截面和斜截面承载力计算。结果表明,基坑里衬附近混凝土尺寸较小,最薄处仅约21 cm,压应力峰值位于内侧,为5.67 MPa,未超过C25混凝土抗压强度;拉应力峰值位于外侧,为1.55MPa,最大拉应力范围较小。从而,混凝土尺寸能够满足斜截面抗剪承载力要求,无需另外设置抗剪钢筋。为保障结构安全,采用一期混凝土凿毛4 cm、配合植筋φ16@1×1 m的措施,基坑里衬采用双层双向配筋和C30混凝土,蜗壳及引水钢管顶部设置弯起φ32@15 cm钢筋提高斜截面承载力。设计经验可为同类工程设计提供参考。     

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...     

景洪水电站大坝坝基深层抗滑稳定分析及处理措施

介绍景洪水电站大坝坝体建基面及坝体深层抗滑稳定复核分析计算和处理措施,经计算结果分析,在考虑上游齿槽作用下,正常蓄水位工况下,不能满足规范要求;在不考虑上游齿槽作用下,正常水位工况和导游底孔封堵工况下,不能满足规范要求。根据计算成果,结合电站的施工进度及不利结构面的组合情况,经考虑最终采用齿槽＋锚索＋锚筋桩＋高压固结灌浆的综合处理措施。景洪水电站自2008年4月电站下闸蓄水以来,大坝在经历了正常蓄水位和高水位运行后,通过监测发现坝基深部变形很小,坝基变形已经趋于稳定。     

梨园水电站厂房布置及结构设计

梨园水电站岸边式厂房布置紧凑合理,主机间与安装问不同高度布置、节省了投资;通过厂房三维有限元的分析研究,验证了厂房结构的安全性,确定了合适的蜗壳弹性垫层铺设范围;主厂房施工期先浇上、下游边墙方案加快了施工进度,保证了项目发电目标顺利实现。     

龙滩水电站700 MW水轮机蜗壳现场焊接

龙滩水电站机组蜗壳结构尺寸大,安装精度和焊接要求高,焊接环境差,工期要求短。为此,对焊接工艺、标准、质量控制制定了一系列要求,并取得了很好的效果。针对安装完毕的5、6号机蜗壳焊接工艺、探伤要求所作的介绍,对同类机组有一定的借鉴作用。     

龙滩水电站蜗壳凑合节安装工艺

为了保证蜗壳凑合节瓦片的下料质量、吊装设备安全可靠和焊接质量,切实可行和科学合理的安装工艺将是极其关键的一项工作内容。龙滩水电站安装完毕的5号机蜗壳凑合节的下料方法、安装与焊接工艺都取得了良好的效果,对同类机组会有一定的借鉴作用。     

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.