分析水电站泄洪闸闸室强度与稳定性分析

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1、四川建筑科学研究第41卷第1期122SichuanBuildingScience2015年2月水电站泄洪闸闸室强度与稳定性分析朱晓琳，王潘绣，祁潇(1．河海大学土木与交通学院，江苏南京210098；2．金陵科技学院建筑工程学院，江苏南京211169)摘要：采用材料力学法对某发电站泄洪闸闸室结构进行4种不同工况下强度和稳定计算，同时利用有限元分析法进行复核，使用大型通用软件ANSYS进行分析，对泄洪闸闸室结构进行稳定性安全评定。结果表明，泄洪闸闸室结构设计合理，闸基面应力状态、抗滑及抗浮稳定性均满足规

2、范要求。对泄洪闸闸室结构的安全问题进行了系统的研究，得出了一些有价值的成果，可供其他类似工程参考。关键词：泄洪闸；材料力学法；有限元分析；强度；稳定性中图分类号：．rV662．1文献标志码：B文章编号：1008—1933(2015JO1—122—04算：1工程概况P=罕±㈩某水电站工程规模为Ⅳ等小(1)型⋯，泄洪闸为主体建筑物之一，为Ⅳ级建筑物，地震设计烈度为式中Pm~i——闸室基底应力的最大值或最小值；Ⅷ度。泄洪闸主要用来宣泄洪水，在其运行过程中，∑G——作用于闸室结构上全部竖向荷载；可能出现闸基

3、的稳定、渗漏和闸体本身的强度问题，∑——作用于闸室结构上全部荷载对基对于这些工程安全问题，必须对其进行安全监测与底面形心轴的力距；评定。A——闸室基底面的面积；该泄洪闸布置在河床左侧，由闸室段和消能区——闸室基底面对其形心轴的抵抗矩。段组成，闸底板高程2405m，共分为两孔，孔高9m，按照下式进行闸基抗滑稳定验算：孔宽8m，泄流前沿总宽19in，以3m厚中墩隔开，：(2)闸底板为平底。设一道工作弧门，孔口尺寸8nl×9m，设计最大泄量1989In／s，下游采用底流消力池式中——沿闸室基底面的抗滑稳定

4、安全系数；消能。工作门前设一道检修闸门，为平面闸门，孔口厂——滑动面上的抗剪断摩擦系数，可按尺寸8In×10In。水闸主体部分闸室为普通钢筋混《水闸设计规范》取值；凝土结构，结构受力复杂，本文将着力对不同工况下C——抗剪断粘结力；的闸室进行稳定性验算，包括闸室基底应力、抗滑稳∑P——作用于闸室结构上全部水平荷载。定以及抗浮稳定验算，以确保泄洪闸结构的安全运按照下式进行泄洪闸抗浮稳定验算：用。I，=(3)2泄洪闸闸室结构的分析方法Lu式中——闸室抗浮稳定安全系数；2．1材料力学法∑——作用在闸室上全部

5、向下的铅直力之材料力学法计算简便，适应面广，并有一套比较和；成熟的应力控制标准，目前仍被普遍采用，适应于地∑——作用在闸室上全部向下的扬压力。质比较简单的水闸。依据SL265-2001《水闸设计按SL265-2001《水闸设计规范》要求，在各种规范》⋯，使用材料力学法对闸室验算其基底应力、计算情况下，对于岩基上闸室，(1)式最大基底应力抗滑稳定以及抗浮稳定。按照下式进行闸基应力计不大于地基允许承载力；在非地震情况下，闸室基底不出现拉应力；在地震情况下，闸室基底拉应力不大收稿日期：2014-01．16

6、于0．1MPa；(2)式沿闸室基底面的抗滑稳定安全系作者简介：朱晓琳(1991一)，女，硕士研究生，研究方向为混凝土微观结构。数不小于规范规定的允许值，闸室抗浮稳定安全系E—mail：602283496@qq．corn数不小于规范规定的允许值，见表1。2015No．1朱晓琳，等：水电站泄洪闸闸室强度与稳定性分析123表1闸室基底抗滑及抗浮稳定安全系数允许值模量E=2．85×10MPa，泊松比／．t=0．167；闸基岩体的材料参数：变形模量E=8．0GPa，容重=28．1kN／m，泊松比／．t=0．2

7、00；根据现场地质情况，水闸基底属较坚硬硬质岩石，依据《水闸设计规范》，混凝土与闸基接触面之间的力学参数为：c=1．30～1．10MPa，=1．30—1．10，取c=1．10MPa，厂=2．2有限元分析法1．10。有限单元法建立于有限元方程的变分原理3．2荷载或加权余量法上，适用性强且应用范围广，能成功地计算中考虑的荷载主要包括：分析具有复杂边界条件、非线性、非均质材料、动力1)结构自重——闸室混凝土的自重按质量密学、热传导、电磁场、流体力学等问题。由于其分析度、体积与重力加速度的乘积计算，设备重量

8、：检修步骤可表达出规范化的矩阵形式，特别适合计算机闸门自重取16．302吨，泄洪闸弧形工作闸门自重取的编程和执行，随着计算机飞速发展，有限单元法在8O吨。工程计算领域得到了广泛的应用。已经出现了许多2)静水压力——在正常蓄水位为2424m，设计大型结构分析通用程序，如ADINA、ANSYS、洪水位2425m，校核洪水位2426m，不同高程下，闸ABAQUS等，可以直接应用。室与水接触的部位按相应的水位计算施加静水压力本文作者为了进一步复核闸室闸基强度与验证材料力学法的