三峡工程水电站厂坝间压力钢管取消伸缩节研究

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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，而河床坝段取消伸裘缩节是有条件的；夏季合拢比冬季合拢对烩垫层管应力有利。关键词：水电站压力熙钢管取消伸缩节三峡工程仿真计算三维有限元法 

2、 三峡水电站共有26台机组亍，左岸14台，右岸12台。厂房蜗壳采┺用保压浇混凝土的结构形式，保压水头7奖0m。压力钢管直径D为，设计内水压力页H为，参数属世界前列。挡水坝为重力坝砟，厂房为坝后式，大坝与厂房之间设有温鲐度沉陷缝。如按常规设计，厂坝联接处压泅力钢管设置伸缩节以适应厂坝间的相对变贞形。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欤术问题都较突出。为克服伸缩节的缺点、迨节省工程投资，国内外很多工程都在设法Й取消伸缩节。三峡工程由于工期紧，工程16/16量大，也提出了是否取消伸缩

3、节问题。工刃程实践表明，在适当条件下，取消伸缩节粮技术是可行的。但是，每个水电站的条件劈各异，这些经验只能参考，不能照搬。特碹别是三峡压力钢管HD值超过1700m硌2，因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致坝间的相对位移，其上、下游两端分别置妤于大坝和厂房的混凝土中并随之变形。影婊响垫层管应力的因素包括内水压力、相对Μ合拢时的钢管温差及两端相对位移，以及戾垫层传力等。其中，两端位移与大坝、厂棼房所受荷载和温度徐变变形、钢管合拢时蒌间、端部的固定形式以及厂房蜗壳结构形宅式等有关，在论

4、证研究阶段，需通过三维嫌仿真计算确定。本文在左岸岸坡和河床部位各选取一台机组为研究对象，将大坝剔、厂房蜗壳和钢管及部分基础作为整体进ì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，考狳虑了自重、温度和徐变的影响，对设与不囿设预留环缝、钢管合拢时间、垫层管下游歼端是否设止推环等进行系统的分析比较，稂为取消伸缩节的决策提供科学依据。1腥计算模型及计算条件结构计算模型坝趁顶高程185m，建基面高程岸坡坝段9魑0m、河床坝段25m，厂房建基面高程。坝体包括钢管坝块及实体坝块，两坝块Ｘ16/16

5、间为永久横缝。主厂房模拟至，上、下游泱副厂房模拟下部实体部分，见图1。厂坝溟间分缝的计算模型为：岸坡坝段Δ51m蔗以下岩坡进行接缝灌浆，按传力考虑；河Ｐ床坝段下部岩坡(Δ222m～Δ42m蓄)也按传力考虑，上部分缝设软垫层，按＝不传力考虑。垫层管两端计算模型垫层图管长度10m，其中坝内长，厂内长。钢余管厚度60mm，考虑锈蚀厚度2mm，た计算厚度按58mm考虑。垫层厚度50葛mm，360°全包。两端固定形式分两橙种：(1)上、下游两端均设止推环；(2)上游端设止推环，下游端不设止推环猪，即下游端的下游侧长钢管段上

6、半圆设垫槛层(厚度30mm)、下半圆摩擦接触。ひ压力钢管合拢时间为研究选择有利的合旒拢时段，对钢管合拢时间和设与不设预留兄环缝进行了敏感性计算。对于不设预留环傀缝方案，凑合节(位于垫层管下游端附近植)的最后一道环缝在浇筑该部位混凝土之撕前合拢，合拢时间分别按夏、冬2个季节镔进行计算；对于设预留环缝方案(预留环枇缝位置距垫层钢管段上游端)，合拢时间骄在厂房混凝土浇筑完毕后(两个季节以上库)分别按春、夏、秋、冬4个季节进行计盍算。上、下游水沙压力荷载正常设计库蝇水位175m，泥沙高程，泥沙浮容重5ㄉkN/m3；下游设计

7、洪水位。初期运行库水位135m，相应下游水位。钢管合绔16/16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。河床坝段的钢管煺合拢前，库水位已到初期运行水位135唉m。材料参数(1)钢材。钢管、座环和固定导叶等钢材E=210GPa，μ赙=，α=×10-5/℃，γ=78kN葬/m3。(2)垫层。E=，分块铺设，宴只法向传力。(3)蜗壳管壁与混凝土间玖的摩擦系数f=，不计凝聚力。(4)基镱岩。厂房基岩E=26GPa；大坝基岩喉:河床坝段E=26GPa;岸坡坝段建尥基面以下5m和钢管槽周围10m范围E镳

8、=10GPa，Δ22mm以下E=26蝓GPa，其余E=15MPa。μ=，α胁=×10-5/℃，导温系数a=2/d枘。(5)大坝混凝土。E=26GPa。μ=，α=×10-5/℃,a=2/d弯。(6)厂房混凝土。μ=，α=×10掩-5/℃,a=2/d。γ=/m3；弹脎模、绝热温升和徐变度分别见式(1)～硝式(3)。(1)(2)(3靓)式中：t为混凝土龄期(