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。     

巨型水轮机蜗壳垫层埋设方式和监测设计研究

溪洛渡水电站单机容量770 MW,最大水头226 m,蜗壳尺寸大、承受的内水压力高。为设计蜗壳合理的垫层方案,从改善蜗壳结构的受力状况出发,通过建立蜗壳三维有限元模型,进行线弹性计算和非线性有限元计算,对垫层厚度、包角和平面铺设范围以及蜗壳应力、钢筋应力、混凝土裂缝开展与宽度等物理力学指标进行分析,从而确定合理的垫层方案。在结构计算结果的基础上进行蜗壳安全监测设计。针对蜗壳不同结构形状、不同垫层方案选择监测断面;选用多种监测仪器对钢衬及外围混凝土应力、应变进行全面监测,以分析机组运行性态和评价机组运行安全情况。     

高混凝土坝蜗壳及软垫层互馈机理探究

垫层作为蜗壳与混凝土之间的传力部分,其材料特性和尺寸对发电机组的稳定运行起着重要作用。为探究垫层蜗壳组合埋入方式对结构特性的影响范围及程度,分析比较了不同垫层材料的物理特性,对软垫层物理尺寸进行了特性分析,在对高压聚乙烯闭孔泡沫板软垫层特性进行详细分析的基础上,对蜗壳与垫层之间的摩擦系数、垫层平面铺设范围进行了研究,最后确定了合适的混凝土重力坝蜗壳垫层。同时详细阐述了蜗壳有限元模型的建立过程,通过选取不同的垫层弹性模量,对正常工况、半数磁极短路、短路三种组合甩负荷工况下的蜗壳进行三维有限元计算,进而分析了蜗壳外混凝土的应力分布规律。结果表明垫层弹性模量对蜗壳外混凝土的应力分布影响显著,弹性模量越大外围混凝土越容易出现应力集中,并导致局部裂缝的出现,而采用软垫层则可以很好地避免此问题。     

向家坝水电站不同埋设方式蜗壳结构有限元分析

针对向家坝地面电站,采用三维有限元法分析比较蜗壳不同埋设方式下的流道及其外围混凝土结构的静力特性,为蜗壳埋设方式的选择提供依据。研究表明:直埋方案所需配筋最多,不经济,且可能产生贯穿性裂缝;垫层方案应力普遍较小,垫层沿水流向敷设至蜗壳45°断面的组合方案仅局部区域有较大拉应力。推荐采用垫层埋设方式或垫层敷设至蜗壳45°断面的组合埋设方式,但同时应采取有效工程措施避免局部产生贯穿性裂缝。     

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。     

大型机组蜗壳不同埋设方式的结构开裂分析

三峡电站水轮机组蜗壳采用保压、垫层、直埋3种埋设方式,其中左岸保压方案机组已安全稳定运行,直埋方案为国内首次应用于大型机组。为比较不同埋设方式下的结构开裂及位移等情况,并为垫层方案尤其是直埋方案机组提供借鉴,对蜗壳3种不同埋设方式下的蜗壳流道及外围钢筋混凝土结构进行开裂分析,研究裂缝分布、钢衬钢筋应力、结构位移等问题。计算结果表明：混凝土开裂范围和结构上抬位移均以直埋方案最大,保压方案最小;垫层方案和保压方案差别较小,可以成功运用于三峡机组,而直埋方案只要采取有效的结构加强措施,也能达到安全稳定运行的要求。     

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。     

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。     

黄金坪水电站蜗壳及弹性垫层结构设计

蜗壳及其外围钢筋混凝土结构是水电站厂房的重要部件之一,对水轮机蜗壳及外围混凝土结构设计进行研究并优化方案,关系到电站的长期安全运行。应用ABAQUS对黄金坪水电站垫层蜗壳结构进行三维非线性有限元计算与分析,指导蜗壳及垫层、外围混凝土结构设计。基于计算结果调整了蜗壳配筋及布筋方式,优化方案更利于结构安全运行。     

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。     

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。     

不同HD值下软垫层蜗壳结构优化分析

应用有限元模型分别对高低两种HD值下的水电站蜗壳结构进行分析,研究了软垫层材料的弹性模量、厚度以及铺设范围对蜗壳结构强度和变形的影响.通过不同HD值下垫层蜗壳的结构分析,得到水电站垫层蜗壳优化设计的规律性认识,进而明确了高HD值下垫层蜗壳结构设计的难点和重点,以及通过垫层优化设计的解决途径,从而进一步说明了高HD值蜗壳采用软垫层结构方案的可行性.     

巨型水轮机蜗壳软垫层埋设方式可行性论证

对于巨型水电站高HD值的蜗壳,国内外目前多采用打压埋设方式。但垫层蜗壳也有其明显的优点,能否在巨型蜗壳中采用,一直存在疑虑并缺乏工程经验,研究的成果也相对缺乏。以某巨型工程为例,采用数值模拟方法,重点从垫层蜗壳的静力强度、变形特性、整体刚度、自振特性、振动反应和疲劳特性等若干重要方面,对垫层蜗壳埋设方式的可行性加以论证,以期为蜗壳埋设方式的方案选择提供参考依据。     

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.     

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。     

聚氨酯软木垫层材料在水电站的应用

通过对聚氨酯软木垫层材料生产工艺的介绍和基本特性的分析,研究、对比分析了该软木垫层材料作为水电站钢蜗壳外包垫层的作用和效果,说明了聚氨酯软木垫层材料用作大、中型水电站钢蜗壳及压力引水钢管的外包垫层,具有优良的物理性能和良好的使用特点。     

心墙高塑性黏土与垫层裂缝渗透实验研究

为了从实际工程的角度更深一步地对黏土心墙混凝土垫层裂缝接触冲刷和填充保护进行研究,通过不同的仪器方案的对比以及实验仪器和试验方法的改进,建立了针对黏土心墙混凝土垫层裂缝接触渗流的实验方法。通过不同条件下的渗流特性试验,探讨了混凝土垫层裂缝对坝体抗渗性的影响因素。对试验数据进行分析后,得出以下结论:缝宽的影响,工程中反滤层下的垫层及廊道混凝土裂缝应小于1.0 mm,超过1.0 mm的裂缝应当做适当处理;压应力的影响,当应力达到0.5 MPa及以上时,在反滤层保护下,围压的作用可以延迟接触冲刷破坏的发生;反滤措施的作用和影响,渗透水中进入裂缝的黏土颗粒由于下游反滤层的保护作用逐渐停滞下来并对裂缝进行了填充。     

三峡三期水电厂700MW机组蜗壳埋设施工技术

介绍了三峡700 MW特大型机组蜗壳埋设三种方式(弹性垫层式、保温保压式及直埋式)的结构特点及施工技术。