蜗壳外围混凝土裂缝稳定性分析

根据某水电站蜗壳外围混凝土非线性静力有限元计算结果,确定了裂缝分布范围和长度。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概念,在裂缝尖端设置应力奇异单元。计算分析表明:蜗壳外围混凝土裂缝在荷载作用下主要是I-II复合型裂缝;蜗壳结构在正常运行期间裂缝稳定;在最大内水压力作用下和蜗壳检修期间部分裂缝会继续发展,应予以注意。     

三峡电站机组蜗壳直埋方案仿真模型试验研究

 三峡电站机组蜗壳HD(H表示水头,D表示蜗壳直径)值高,外围混凝土相对较薄,结构受力条件复杂。其埋设方式关系到机组的安全稳定运行。试验针对右岸电站15#机蜗壳直埋方案,运用仿真模型试验技术,采用1∶12 几何比尺制作钢筋混凝土整体模型。试验研究了在主要荷载作用下,结构的应力、应变和裂缝开裂状况,以及重复荷载对结构应力和裂缝开展的影响。并通过超载试验研究了混凝土裂缝的扩展规律和结构的承载能力。试验研究证实此直埋方案是可行的,结构是稳定的。     

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。     

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。     

抽水蓄能电站蜗壳结构非线性有限元仿真分析

采用ANSYS有限元非线性仿真技术,对某抽水蓄能电站保压蜗壳及外围混凝土结构进行受力计算分析,确定蜗壳外围环向和水流向配筋方案,计算配筋混凝土裂缝开展宽度及开裂部位钢筋应力。结果表明,蜗壳钢衬应力水平达到钢材屈服强度的45%～50%,蜗壳进口至下游墙侧蜗壳外围混凝土顶部及底部开裂明显,其他部位开裂不明显,蜗壳整体刚度满足规范规定。     

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。     

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．     

混凝土的温度裂缝及其裂缝稳定性初探

分析了大坝混凝土表面温度裂缝的成因、混凝土的破坏机理,以及模拟计算中的裂缝处理方法,并采用分布裂缝模型的处理方法,应用ANSYS软件对盐津桥拱坝重力墩在已知温度场下的温度裂缝进行了计算分析.还对该重力墩在温度荷载与外荷载共同作用所形成的复杂应力场下的裂缝计算分析,将其分析结果与仅仅在温度荷载作用下的裂缝分析结果进行了对比,并研究裂缝在使用期的稳定性.     

王快小水电站蜗壳外围混凝土及尾水室结构设计

在立式机组小型水电站金属蜗壳外围混凝土结构计算中，当机坑里衬直径大于水轮机座环直径、上部荷载不能通过座环向下传递时，外围混凝土结构可按静定悬臂结构设计；直锥式金属尾水管所形成的箱式尾水室结构可按倒刚架进行计算，本文同时给出了其计算假定及荷载分解方法。     

直埋式蜗壳三维非线性有限元静力计算

直埋式蜗壳具有明显的优势，但在我国迄今尚无实际的工程应用。三峡右岸电站15#机组蜗壳拟采用直埋式方案，蜗壳结构的可靠性、机组运行的稳定性等都需得到数值计算和模型试验的验证。为此，本文运用钢筋混凝土弹塑性断裂损伤模型对该蜗壳结构进行了三维非线性有限元分析，得到了钢材的应力、混凝土损伤范围、混凝土裂缝宽度和结构位移。计算结果表明，直埋方案从强度上可以保证蜗壳结构的安全，若能采用适当的工程措施，将混凝土裂缝宽度限制在规范限定的要求以内，那么三峡右岸电站15#机组蜗壳采用直埋方案是完全可行的。     

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。     

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。     

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。     

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。     

直埋式蜗壳结构动力响应特性真机测试分析研究

水电站直埋式蜗壳的钢衬和外围混凝土完全联合承载,蜗壳内部的静动态内水压力很大的比例可以外传至外围混凝土结构,从而引起蜗壳结构较大的振动反应。采用数学统计和Welch法的功率谱估计分析方法,针对机组升负荷运行时蜗壳振动测试信号进行分析处理。结果表明,在升负荷运行时,尾水管脉动压力为主要水力振源;蜗壳内部脉动压力、蜗壳外围加速度与尾水管脉动压力变化趋势基本相同;同时揭示了直埋式蜗壳脉动压力振动能量的衰减、传递规律。可为直埋式蜗壳的机组与厂房的振动评估及动力反馈分析提供可靠的依据。     

预应力混凝土蜗壳三维仿真材料结构模型试验研究

采用三维仿真材料结构模型试验，研究了高坝洲水电站预应力混凝土蜗壳在预应力、竖向荷载、内水压力及温度荷载作用下的应力分布情况，论证了在混凝土蜗壳这一结构复杂，限裂要求高的建筑结构中采用预应力先进技术的必要性、可行性和优越性。