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1、第29卷第3期红水河Vol29,No32010年6月HongShuiRiverJune2010某灯泡贯流式水电站厂房三维有限元分析李永新(广西电力工业勘察设计研究院,广西南宁530023)摘要:为配合技术设计工作,采用三维有限元法对东南亚地区某灯泡贯流式水电站厂房进行计算分析,研究结构在各种工况下的应力分布规律,根据结构各部位的控制工况和应力分布规律进行结构配筋计算,并对结构设计提出若干优化修改建议。分析结果获得肯定和应用,可以作为同类工程参考。关键词:灯
2、泡贯流式;水电站厂房;三维有限元;计算分析中图分类号:TV312文献标识码:A文章编号:1001-408X(2010)03-0036-041引言灯泡贯流式水电站是指采用灯泡贯流式水轮发电机组,开发低水头水力资源而建设的水电站。灯泡贯流式水电站由于流道平坦、机组过流量大、单位转速高、效率高、尺寸小、重量轻、能量及经济指标好等优点成为水电站开发的一种良好的型式。目前我国已建最大的灯泡贯流式机组在广西桥巩水电站,单机功率57MW。在东南亚地区,雨量充沛、地势较平坦,也适合做灯泡式贯流式水电站。2工程概况东南亚某水电站厂房为河床
3、式厂房,安装3台灯泡贯流式机组,装机容量为315MW。厂房长5197m,宽6498m,高4658m,机组间距为图1厂房平面及外荷载图1475m。该水电站厂房呈现以下几个特点。厂基基岩为寒武系中厚层长石石英岩,岩体呈强~弱风(2)混凝土、基础岩体均为各向同性线弹性材化状,力学强度高;机组不独立,结构相互影响较大;料。厂房左侧布置有安装间,右侧布置有溢流坝,厂房左(3)基础部分约束情况:底部为三向约束,上右荷载很不对称;为了提前发电,施工进度安排对结下游面及左右侧面各施加相应法向链杆约束。构不利;非常运行工况厂房上下游水位相
4、对较高。32计算范围及单元剖分厂房平面及外荷载如图1所示。本次计算选取厂房整体为研究对象,计算对象3计算模型、资料及工况组合为三个机组段结构和地基,计算模型考虑了厂房结构的主要部分,上下游板梁结构、副厂房隔层板梁结31基本假定及边界条件构及屋面板梁结构荷载均按集中力作用于计算结构(1)各厂房坝段间无结构缝,因此各坝段相互上。基础向上游取50m,向下游取80m,向底部取影响,三个机组段为一整体。80m深,向左右侧取50m。厂房有限元模型节点收稿日期:2010-04-29作者简介:李永新(1978-),男,江西峡江人,工程
5、师,工学硕士,主要从事水工结构设计与研究,E-mail:liyx006@gxed.com。36李永新:某灯泡贯流式水电站厂房三维有限元分析[1]数:71767,单元数:69642。规范编制。33计算模型采用的坐标系水流方向为X轴方向,向下游为正;沿高程方向为Y轴方向,向上为正;坝轴线方向为Z轴方向,向右为正。X、Z向坐标值为设计桩号,Y向坐标值为绝对高程,坐标系原点在厂房中心线左右桩号原点。图2给出了厂房右半部分结构有限元计算网格和坐标系。34计算工况及荷载组合计算荷载主要有:结构自重;!永久设备重;∀静水压力;#扬压力;∃
6、门槽承受水推力。共计算图2厂房右半部分有限元模型图了七种工况,荷载及其组合如表1所示。该表根据表1某水电站厂房计算工况及荷载组合表特征水位荷载组合m荷载组合计算工况水位水位!∀#∃基本组合正常运行47203683%%%%-1号机组检修47203683%%%%%2号机组检修47203683%%%%%3号机组检修47203683%%%%%特殊组合所有机组未安装50985060%-%%%1号机组未安装50985060%-%%%非常运行59985860%%%%-[2]35材料参数房混凝土材料参数根据规范赋
7、予。坝址岩体物理力学指标建议值如表2所示。厂表2坝址岩体物理力学指标建议值表饱和重度变形模量弹性模量混凝土/岩体抗剪断允许泊松比承载力岩石名称vE0EC&3GPaff&[R]kN/mGPaMPaMPa强风化(IA2+IB)255032305070308长石石英岩弱风化(IIA)265025812070907304计算成果分析一般情况下,混凝土的抗压强度很高,而抗拉强度相对较低。厂房的关键部位的拉应力能否满足要求对于电站是否能够安全运行起着举足轻重的作用。根据贯流式厂房的特点,并结合设计特点和配筋要求,本
8、文主要针对各种工况的厂房上下游闸墩、右侧墙、厂房底板、流道边墙的应力分布特别是拉应力予以说明。限于篇幅,本文只给出有代表性的1号机组未安装工况和非常运行工况的第一主应力图3非常运行工况第一主应力图(单位:Pa)图,如图3、图4所示。
