三峡地下电站27号机组蜗壳不同埋设方式下结构静力分析.pdf

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1、第29卷第12期长江科学院院报Vo1．29No．122012年12月JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteDec．2012DOI：10．3969／j．issn．1001—5485．2012．12．019三峡地下电站27号机组蜗壳不同埋设方式下结构静力分析陈琴h-。祁勇峰h，，胡建华(1．长江科学院a．材料与结构研究所．b．水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心，武汉430010；2．长江勘测规划设计研究有限责任公司枢纽处，武汉430010)摘要：三峡地下电站27号机组厂房蜗壳外围混凝土结

2、构上下游侧及左侧与基岩相连，其变形会受到基岩的约束作用，受力情况特殊，需进行蜗壳埋设方式研究。采用三维接触非线性有限元法对27号机组段蜗壳流道及其外围混凝土结构和围岩进行分析，为蜗壳埋设方式的选择和配筋设计提供科学依据。研究表明：直埋方案拉应力最大，所需配筋也最多，不经济；垫层方案除局部区域外，拉应力普遍较小，不能充分发挥钢衬钢筋混凝土结构的联合承载作用；组合方案的应力介于直埋方案与垫层方案之间，但下机架基础相对上抬位移接近控制标准。关键词：三峡地下电站；27号机组；蜗壳埋设方式；静力分析中图分类号：TV311文献标志码：A文章编号：1001—54

3、85(2012)12—0094—05}昆凝土结构上下游侧及左侧与基岩相连，其变形受到三面基岩的约束作用，受力情况与地面厂房不1研究背景同I4j，也与其它5台标准机组不同，因左侧基岩增大型水轮机蜗壳通常采用保压、垫层、直埋3种加了结构刚度，可以使管径大、混凝土厚度小的直管埋设方式。实践表明，针对不同埋设方式的特点，采段腰部混凝土拉应力较大的情况得到改善，除垫层取相关技术措施后都是可行的。文献[1]指出，在方案外，蜗壳埋设方式客观上又具备了采用直埋方三峡工程中，所采用的垫层及直埋埋设方式实际上案或组合方案的条件。但在右侧，外围混凝土厚度都是垫层和直埋2

4、种埋设方式的组合(称为组合埋最薄处仅1．8m，仍需要特别关注。设方式)，这种组合方式可以发挥垫层和直埋方式本文采用三维有限元法对27号机组蜗壳流道各自的优点：采用部分垫层，可减少由直埋方式混凝及其外围混凝土结构和围岩进行静力计算分析，研土承载比过高和发电机下机架基础不对称引起的上究蜗壳流道系统及外围混凝土结构在直埋、垫层、组抬量过大的问题；采用部分直埋，可改善座环和过渡合等蜗壳埋设方式下的结构应力及变形问题，为蜗板受力条件，增加结构整体刚度。根据机组容量和壳埋设方式的选择和配筋设计提供依据，达到既能运行水头范围，求得垫层和直埋2种最佳组合埋设使机组

5、安全稳定运行又经济合理的目的。方式的垫层敷设范围，是有应用前景的理想埋设方案。2蜗壳与外围混凝土间的接触模拟三峡地下电站位于长江右岸白岩尖山体中，岩石坚硬，完整性较好，主厂房内布置6台单机容量蜗壳与混凝土为不同的介质，两者之问存在着700MW的水轮发电机组。电站厂房是一个机组蜗相互接触的界面，位于这些界面上的点在加载过程壳尺寸大、体形复杂的受力体系，蜗壳进口直径中可能出现脱开、滑移或保持粘接(位移连续)现12．4In，承受的最大水头为156In，HD(水头与直径象，使得这些可能的接触面或界面上的边界条件在的乘积)值达1934I13。受施工条件的影响

6、，地下电加载的过程中出现不断变化的状态。从力学角度分站厂房蜗壳不宜采用保压埋设方式。根据蜗壳及外析，接触是边界条件高度非线性的复杂问题，需要准围混凝土结构受力情况，对5台标准机组段蜗壳采确追踪接触前多个物体的运动以及接触发生后这些用垫层埋设方式，而27号机组为边机组，蜗壳外围物体之间的相互作用，同时包括正确模拟接触面之收稿日期：2012一O1—11：修回日期：2012—04—05基金项目：中央级公益性科研院所基本科研业务费项目(CKSF201IO16／CL)；水利部公益性行业科研专项经费项目(20091066)作者简介：陈琴(1971一)，女，湖北

7、钟祥人，高级工程师，主要从事水工结构研究，(~-)o27—82829754(电子信~)chenqin8317@163．con。第l2期陈琴等三峡地下电站27号机组蜗壳不同埋设方式下结构静力分析95问的摩擦行为。经分析，钢蜗壳与混凝土间的接触直锥段底部位移全约束，基岩四周位移法向约束。关系存在3种状态：一是完全粘接，即钢蜗壳与混凝厂房及蜗壳典型断面见图2，典型部位蜗壳外围混土接触面变形协调、无相对位移；二是光滑接触，即凝土厚度见表1。钢蜗壳与混凝土接触面摩擦系数为零；三是摩擦接触，即钢蜗壳与混凝土接触面存在一定摩擦系数，产生相对位移。钢蜗壳与混凝土间

8、的接触关系，对结构计算结果影响较大。对于完全粘接模型，钢蜗壳与外围混凝土间没有任何滑移，因此两者问的切向与法向刚度均为无穷