改进的混凝土蜗壳结构平面框架分析法

《改进的混凝土蜗壳结构平面框架分析法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、第45卷第19期人民长江Vo1．45．No．192014年10月YangtzeRiver0ct．．2014文章编号：1001—4179(2014J19—0021—04一种改进的混凝土蜗壳结构平面框架分析法邰年，刘惟(长江勘测规划设计研究有限责任公司枢纽设计处，湖北武汉430010)摘要：钢筋混凝土蜗壳是低水头水电站厂房的主要结构之一，其形状比较复杂，主要结构计算方法有平面框架法和三雏有限元法，其中以结构力学为主的平面框架分析法是最常用的方法。传统平面框架分析法由于未考虑平面框架之间的相互作用(环向影响)，计算成果与实际受力有所差异。为此，提出了改进的平面框架分析法

2、，该法以传统平面框架模型为基础，通过改变约束条件，尽可能用平面模型反映三维空间效果。该法在清江高坝洲水电站厂房设计中得以应用，取得了满意的结果，其基本思路和假定已被《水工钢筋混凝土结构设计规范》SL192—2008和《水工设计手册》(第二版)所采纳。关键词：结构分析；平面框架法；结构力学法；钢筋混凝土蜗壳中图法分类号：TV332文献标志码：A蜗壳是水电站水轮机的过流部件，低水头(水头件的开发成熟，三维有限元法的使用日渐广泛。虽低于40m左右)水电站多采用钢筋混凝土蜗壳，这种然三维有限元法能够反映真实受力状态，但建模复杂，蜗壳结构既承受内水压力，又承受上部结构荷载。

3、钢计算工作量大，设计周期长，且在计算裂缝展开宽度方筋混凝土蜗壳一般采用梯形截面，由顶板、边墙、尾水面尚无成熟的手段。锥体和蜗壳底部结构相围而成，为一复杂空间受力构在实际应用中，对于小型水电站，采用平面框架法件。目前的蜗壳结构的计算方法主要有以下3种。一般可以满足工程需要；对于大型电站，由于蜗壳边界(1)以结构力学为主的平面框架法。该法沿蜗壳条件复杂，混凝土截面尺寸较大，受力条件复杂，在前中心线横切单宽竖向断面，并简化成r形框架进行计期设计及方案比较阶段，一般采用平面框架法，后期则算。该种方法是基于结构力学的线弹性分析方法，其采用三维有限元法加以验算。因此，平面框架

4、计算方计算过程简便，成果直观，方便承载能力计算，且与有法仍是目前最常用的蜗壳计算方法。限元计算结果比较，某些情况比较接近，是目前最常用为了解决上述平面框架计算法的不足，尽可能用平面模型反映三维空间效果，本文对传统计算模型进的蜗壳分析方法。但由于该法忽略了蜗壳的环向作用，计算成果与真实受力特性相比存在一定差异，某些行了改进，提出了改进的平面框架分析法。该方法基情况下偏差还较大⋯。本思路是以传统平面框架模型为基础，通过改变约束条件，以求反映平面框架之间的相互作用(主要是环(2)以弹性力学为主的环形板筒法。此法系将蜗向影响)。壳分成几部分，各部分按其支承条件和荷载分别采

5、用不同方法计算，即顶板近似按弹性力学环形板公式计1改进平面框架法的基本原理和假定算；侧墙根据外形及边界条件近似按单向板、双向板以及交叉梁法进行计算。由于计算复杂、假定较多、与真1．1基本原理实结构受力特性差异偏大，目前已较少使用。(1)温度等效性原理。假设半径为的圆形杆(3)三维有限元法。该法主要分为线弹性分析法件，杆件轴线温度变化值为△，杆件线胀系数为，则和非线性分析法。随着计算机的普及和大型有限元软轴线温度变化引起的杆件轴线伸长量△s为收稿日期：2014—04—07作者简介：邵年，男，高级工程师，主要从事水电站结构设计工作。E—mail：shaonian@cj

6、wsjy．com．cn22人民长江AS=otAt2,rrR(1)下锥体相铰接；顶板、侧墙均按其截面中心定轴线，上将AS改写为锥体、导叶、下锥体则按导叶中心定轴线。AS=27tAR(2)(4)约束假设。忽略了水轮机墩对蜗壳顶板的弹将式(2)代入式(1)，得性约束，侧墙与下锥体底部因与大体积混凝土相连，均2"rr△R=△t27rR取固端截面。另外，蜗壳侧墙考虑环向作用后，设有水即△=aAtR平弹性连杆支撑。(3)(5)结点刚域假定。由于蜗壳顶板与侧墙厚度较由式(1)和式(3)可知，半径为R的环形杆件的轴大，计算中均考虑节点刚域。线温度变形可用与其半径同长的平面直线杆件

7、反映。2工程实例(2)变形协调性原理。蜗壳竖向平面与各层环向水平面交点变形一致，即2．1基本情况，=艿(4)高坝洲水电站总装机容量252MW，电站设计最1．2

8、基本假设大水头40．0m，河床式厂房内安装3台单机容量为84(1)平面问题的假定。蜗壳作为一空问受力结MW的轴流式水轮发电机组。水轮机蜗壳为梯形断面构，径向的结构尺寸相对环向要小，其下部直接与大体的不对称钢筋混凝土蜗壳，包角210。，蜗壳最大净高积混凝土相连，刚度相对较大，是蜗壳的主要受力方10m，平面最大净宽16．4m，左右边墩厚3．8m，顶板向，故横切蜗壳流道单宽竖向断面，并简化成平面问题最小厚度5．5

9、5m，作用