三峡工程水电站厂坝间压力钢管取消伸缩节研究论文

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1、三峡工程水电站厂坝间压力钢管取消伸缩节研究论文摘要：为论证三峡水电站厂坝间压力钢管取消伸缩节的可行性，本文在左岸岸坡和河床部位各选取一台机组为研究对象，将大坝、厂房和压力钢管作为整体进行模拟厂房混凝土施工过程的三维有限元仿真计算，重点分析了不同季节合拢情况下用以代替厂坝间压力钢管伸缩节的10m长度垫层管的变形和应力，并对若干影响因素进行了敏感性分析。结果表明，岸坡坝段可以取消伸缩节，而河床坝段取消伸缩节是有条件的；夏季合拢比冬季合拢对垫层管应力有利。关键词：水电站压力钢管取消伸缩节三峡工程仿真计算三维有限元法三峡水电站共有26台机组，左岸14台.freel。

2、压力钢管直径D为12.4m，设计内水压力H为1.40MPa，参数属世界前列。挡水坝为重力坝，厂房为坝后式，大坝与厂房之间设有温度沉陷缝。如按常规设计，厂坝联接处压力钢管设置伸缩节以适应厂坝间的相对变形。对于三峡水电站这样的巨型管道，伸缩节的制造、安装以及运行期的止水等技术问题都较突出。为克服伸缩节的缺点、节省工程投资，国内外很多工程都在设法取消伸缩节。三峡工程由于工期紧，工程量大，也提出了是否取消伸缩节问题。工程实践表明，在适当条件下，取消伸缩节技术是可行的。但是，每个水电站的条件各异，这些经验只能参考，不能照搬。特别是三峡压力钢管HD值超过1700m2，因

3、此需要专门论证研究。取消伸缩节后，常用一段外设软垫层的钢管以适应厂坝间的相对位移，其上、下游两端分别置于大坝和厂房的混凝土中并随之变形。影响垫层管应力的因素包括内水压力、相对合拢时的钢管温差及两端相对位移，以及垫层传力等。其中，两端位移与大坝、厂房所受荷载和温度徐变变形、钢管合拢时间、端部的固定形式以及厂房蜗壳结构形式等有关，在论证研究阶段，需通过三维仿真计算确定。本文在左岸岸坡和河床部位各选取一台机组为研究对象，将大坝、厂房蜗壳和钢管及部分基础作为整体进行三维有限元仿真计算，模拟厂房蜗壳混凝土保压浇筑过程、水库蓄水过程等，考虑了自重、温度和徐变的影响，对设

4、与不设预留环缝、钢管合拢时间、垫层管下游端是否设止推环等进行系统的分析比较，为取消伸缩节的决策提供科学依据。1计算模型及计算条件1.1结构计算模型坝顶高程185m，建基面高程岸坡坝段90m、河床坝段25m，厂房建基面高程22.2m。坝体包括钢管坝块及实体坝块，两坝块间为永久横缝。主厂房模拟至，上、下游副厂房模拟下部实体部分，见图1。厂坝间分缝的计算模型为：岸坡坝段Δ51m以下岩坡进行接缝灌浆，按传力考虑；河床坝段下部岩坡(Δ222m～Δ42m)也按传力考虑，上部分缝设软垫层，按不传力考虑。1.2垫层管两端计算模型垫层管长度10m，其中坝内长5.8m，厂内长4

5、.2m。钢管厚度60mm，考虑锈蚀厚度2mm，计算厚度按58mm考虑。垫层厚度50mm，360°全包。两端固定形式分两种：(1)上、下游两端均设止推环；(2)上游端设止推环，下游端不设止推环，即下游端的下游侧1.1m长钢管段上半圆设垫层(厚度30mm)、下半圆摩擦接触。1.3压力钢管合拢时间为研究选择有利的合拢时段，对钢管合拢时间和设与不设预留环缝进行了敏感性计算。对于不设预留环缝方案，凑合节(位于垫层管下游端附近)的最后一道环缝在浇筑该部位混凝土之前合拢，合拢时间分别按夏、冬2个季节进行计算；对于设预留环缝方案(预留环缝位置距垫层钢管段上游端3.0m)，合

6、拢时间在厂房混凝土浇筑完毕后(两个季节以上)分别按春、夏、秋、冬4个季节进行计算。1.4上、下游水沙压力荷载正常设计库水位175m，泥沙高程1.06m，泥沙浮容重5kN/m3；下游设计洪水位76.4m。初期运行库水位135m，相应下游水位6.2m。钢管合拢前后的上、下游水沙压力荷载按施工进度和水库蓄水过程确定。河床坝段的钢管合拢前，库水位已到初期运行水位135m。1.5材料参数(1)钢材。钢管、座环和固定导叶等钢材E=210GPa，μ=0.30，α=1.2×10-5/℃，γ=78kN/m3。(2)垫层。E=2.4MPa，分块铺设，只法向传力。(3)蜗壳管壁与

7、混凝土间的摩擦系数f=0.5，不计凝聚力。(4)基岩。厂房基岩E=26GPa；大坝基岩:河床坝段E=26GPa;岸坡坝段建基面以下5m和钢管槽周围10m范围E=10GPa，Δ22mm以下E=26GPa，其余E=15MPa。μ=0.23，α=0.85×10-5/℃，导温系数a=0.083m2/d。(5)大坝混凝土。E=26GPa。μ=0.167，α=0.85×10-5/℃,.freel2/d。(6)厂房混凝土。μ=0.167，α=0.85×10-5/℃,a=0.083m2/d。γ=24.5kN/m3；弹模、绝热温升和徐变度分别见式(1)～式(3)。(1)(

8、2)(3)式中：t为混凝土龄期(d)；τ为加荷龄期(