两河口水电站深孔泄洪洞进水塔结构静动力分析.pdf

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1、2014年(第43卷)第8期环境科学两河口水电站深孑L泄洪洞进水塔结构静动力分析陈军，唐碧华(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都610072)摘要：采用三维有限元方法对两河口水电站深孔泄洪洞进水塔进行了静动力分析，分析中，考虑了结构一地基一水体的相互作用，动力分析中采用了振型分解反应谱法。整理了各工况下的位移、应力应变峰值，并分析总结了其分布规律。关键词：泄洪洞；进水塔；三维有限元；静动力分析；两河口水电站1概况两河口水电站深孔泄洪洞进水塔布置于左岸，采用岸塔式型式。深孔泄洪洞进口塔底高程为2805．OOm，建基面高程为2

2、799．OOm，塔顶高程为2875．OOm，进水口塔体尺寸为55．Omx20．5m~76．Om(长×宽×高)。进水塔地基为弱风化、弱卸荷砂板岩，岩石较坚硬，中厚层状～镶嵌结构为主，岩体完整性总体较差，但嵌合较紧密，工程岩体分类为Ⅳ2类，基础内砂板岩变形差异较大。工程场地地震基本烈度为Ⅶ度，对于高烈度地震区的高耸塔体结构，结构力学方法难以准确的描述出结构的位移、应力应变等情况，因此，本文采用振型分图1两河口深孔泄洪洞进水塔三维有限元计算模型网格解反应谱法对此深孑L泄洪洞进水塔结构进行三维有限元静动力分析研究，以反应塔体结构的受力特性。

3、塔体混凝土强度等级为C25，回填部分为C15。考虑材料分区、基础岩体级别，计算模型共采用5种材2三维有限元模型．i}》●，料，其力学l参数见，表．1所示。m_．lⅢ¨计算范围包括进水塔混凝土结构本身及周围基表1深孔泄洪洞进水塔各分区材料参数取值础，其基础选取的长度取为进水塔结构长度向上游延长124m，向下游延长1lOm，基础计算宽度比塔身宽约lOm(包括塔体侧边回填混凝土)；深度取至建基面以下113m。岩石基础底边均视为固定边界，塔身与岩体相连部分采用共节点连接，自由面按自由边界考虑。动静力分析中均采用无质量基础，动水压力以附加质量

4、的形3工况及荷载组合式考虑。塔体和基岩均按照六／五面体8／6节点三维实体单计算荷载及工况组合见表2所示。元离散，三维有限元动力计算中，整个计算模型计算单本工程为一等工程，深孔泄洪洞为1级建筑物，抗元总数为138502，求解自由度为435756，计算网格见震设防类别为甲类，泄洪洞进水塔采用基准期100年图1所示。超越概率2％的地震加速度，其基岩水平峰值加速度为作者简介：陈军(1980一)，男，汉族，湖北孝感人，大学本科，T程师，主要从事水利水电丁程设计丁作。2l表2主要计算荷载及其组合移变为正值，表明塔体有靠紧山体趋势，岩体承担部分水

5、推力；竖向位移主要受自重和扬压力影响，其中自重占主要作用，因此竖向位移均为负，与自重同方向。由于结构和静力荷载在横水流向基本对称，因此位移值较小。287．8gal。弧门总推力96750kN，与水平向夹角为动力工况下，受地震荷载34．92。。作用影响，各向位移均有较大幅度变化，由于结构横水流向刚度最小，因此动力工况下，横水流向位移变化幅4有限元分析成果度最大，为相应静力工况的27倍左右。4．1位移成果与分析4．2应力成果与分析通过有限元分析，进水塔各计算工况下各向位移各关键部位各计算工况下各向正应力峰值见表4峰值见表3所示。所示计算结

6、果表明，在各工况的荷表3各工况下塔体位移峰值(mm)载组合条件下，进水塔结构大部分应力都在相应混凝土的强度设计值以内，在拉应力较大区域也可以通过配置钢筋来解决。结构拉应力主要集中在塔背、流道顶部、支教大由计算成果可知，静力工况下，蓄水前，塔体受塔梁、闸室边墙和底板等部位。其中支铰大梁和闸室边墙背山体约束，顺水流向为负，表明有前倾趋势；随着水主要受弧门推力作用，在闸门关闭工况，闸室边墙拉应位的增加，受塔前水压力及弧门推力作用，顺水流向位力方向基本弧门推力一致。整个结构，三侧有回填混凝表4各工况下各重要部位塔体应力峰值(1dPa)222

7、014年(第43卷)第8期环境科学土结构，整体约束较强，因此受温度荷载影响较大。平向位移在1mm以内；在动力工况，其三向位移峰值动力工况，在地震荷载作用下，其应力与位移变化分别增至18．86mm、一17．632mm和16．7mm，说明地震相对应，均有较大幅度提高，基本为各部位控制工况。荷载对塔体结构位移影响显著。4．3动力特性成果与分析(2)塔体结构大部分应力都在相应混凝土材料的塔体结构的自振特性主要成果见表5所示，比较强度设计值范围以内，进水塔体体型复杂，在几个空洞了完建未挡水工况(空库)和运行期工况(满库)的自振的周边和体型几何

8、突变处为应力峰值区域。从全部计特性。施工完建期，虽然塔体两侧均有回填混凝土，但算成果来看，塔体拉应力以横水流向为主，高应力区主塔体横水流向刚度仍然小于顺水流向，因此塔体第一要分布在塔背与回填混凝土接触部位、流道顶部、弧门阶振型为横水流