对戈兰滩水电站泄洪表孔闸墩结构设计

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1、2011年第30卷第3期·DWRHE水利水电工程设计戈兰滩水电站泄洪表孔闸墩结构设计马妹英王立成吴桂兰顾小兵摘要戈兰滩水电站坝址区河谷狭窄，洪水峰高量大，闸孔宽度相应较大，使得泄洪表孔闸墩的厚度较薄。通过大量的分析和合理的布置钢筋，解决了闸墩应力复杂这一结构难题。为加快施工进度，节约工程投资创造了条件。关键词闸墩结构有限元戈兰滩水电站中图分类号TV314文献标识码B文章编号11307．6980(2011)03．0001．03戈兰滩水电站位于云南省思茅地区江城县和红方法及平面有限元计算不能准确反映闸墩及牛腿的河洲绿春县

2、的界河——李仙江干流上，拦河坝为碾实际受力状态，故结构分析采用空间有限元方法，压混凝土重力坝，坝顶长度为466m，坝顶高程计算程序采用大型商业有限元软件——ANsYs。458m，最大坝高113m。戈兰滩水电站枢纽由碾压2．1基本资料混凝土重力坝、泄洪表孔、底孑L及引水发电隧洞、(1)混凝土参数如表1所示。地面厂房等建筑物组成。工程等别为二等，规模为表1混凝土参数表大(Ⅱ)型，其主要建筑物拦河坝、泄水及冲沙建筑物、引水发电建筑物等为2级，护岸等次要建筑物为3级。拦河坝、泄水及引水发电等主要建筑物的洪水标准按100年一遇

3、洪水设计，1000年一遇洪水校核；消能防冲建筑物按50年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核。1泄水建筑物布置(2)正常蓄水位：456．00m；校核洪水位：457．29m。泄水建筑物由5个表孔和2个底孔组成，布置(3)牛腿支铰总水推力：正常蓄水位时，F=在河床中部，溢流前缘宽度96m，表孔孔口尺寸为2×14065．5kN，与水平线的夹角为9．6128o。13mX18m(宽×高)。堰顶高程438．00m，堰面曲线2．2计算模型方程为Y10．050037x舒，下游坡面坡度为1：0．75。计算模型顺水流方向为方向，坝轴线方向

4、闸墩为宽尾墩型，长39m，中墩宽10m或5．5m，为z方向，铅垂向上为Y正方向，具体见图1所边墩宽4．5m。每孔均设工作闸门和检修闸门，工作示。闸门为露顶式弧形闸门，由2×2500kN液压启闭机操作，启闭机室设在闸墩顶部下游侧；工作闸门前设置的叠梁检修闸门，由坝顶25001500kNf-I机启闭。闸墩顶部设有工作桥、交通桥等。2表孔闸墩结构分析700m戈兰滩水电站泄洪表孑L闸墩较薄，闸墩承受弧门水推力较大，因此，闸墩结构应力问题突出。正图1计算模型区域及坐标系—Y常蓄水位，表孔闸门全关时，弧形闸门推力作用在平面示意图

5、支铰处，单铰推力值为F=14065．5kin，与水平线计算分别取泄洪表孔9、10坝体计算。大坝的夹角为9．6128。。巨大的水推力使弧门支座上游和地基按统一整体建模，建基面处坝体和岩石不同的闸墩墙及支铰所处的牛腿中形成大面积的拉应力节点，采用面接触的接触单元。按材料非线性分别区，呈复杂的三向应力状态。一般的材料力学分析考虑地基岩体，在动力分析计算中假定人工边界范水利水电工程设计DWRHE·2011年第30卷第3期围以内的地基是“无质量的弹簧”，在形成整个系统的特征矩阵时，地基单元只考虑弹性，不考虑质量。9坝段(边孔坝

6、段)有限元计算模型单元划分如图2所示(为清晰起见，仅显示部分模型)。坝体、基岩划分8节点实体单元，坝体与围岩问设接触单元。其中在牛腿附近及闸墩根部区域应力变化较大，网格划分较密，远离牛腿及闸墩根部附近的区域网格划分相对稀疏。约束条件为坝体底部采用固结约束的边界条件。2．3计算工况计算工况如下：30789258圳""0如(1)两侧弧形闸门未开启即挡水工况，其荷载组合为正常蓄水位时弧门推力和自重。图2计算模型单元剖分示意图(2)两侧弧形闸门一侧挡水，一侧开启工况，其荷载为正常蓄水位时弧门推力、自重和泄流时水2．4计算结果

7、压力。通过计算，得到最不利工况为9坝段表孔工(3)两侧弧形闸门未开启遇地震工况，其荷载组况2的情况，故结果仅列出工况2的结果。计算结合为正常蓄水位时弧门推力、自重及地震动水压力。果如图3～6。6妯7379o210O一图3最大主应力等值线圈(单位：Pa)图4牛腿部位最大主应力等值线图(单位：Pa)图5：向应力等值线圈(单位：Pa)应力最大值达到1．9MPa，呈扇形分布。拉应力区开展范围距离牛腿10m左右。需配置钢筋以满足DFGH，受力要求。-『"m”xxmx0m¨7曝，“川3受力钢筋的布置根据应力计算结果，按照《水工钢

8、筋混凝土结构设计规范》中的附录日非杆件体系钢筋混凝土结构的配筋计算原则，并参考其他已建工程的闸墩及牛腿配筋，受力钢筋如下布置。图6Y向应力等值线图(单位：Pa)3．1闸墩根部约束范围配筋通过上述应力图，可以得出如下结果：根据泄流面抗冲和防裂及闸墩根部应力状况，(1)闸墩根部塑拉明显，主拉应力最大值达到堰面按不同高程配置1层钢筋网，闸墩约束范围的