凤凰谷水电站钢筋混凝土蜗壳设计-论文.pdf

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1、第3O卷云南水力发电第4期YUNNANⅥTERPOWER凤凰谷水电站钢筋混凝土蜗壳设计侯晓霞(中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明650051)摘要：钢筋混凝土蜗壳适用于低水头的河床式水电站，电站厂房结构比较复杂。以凤凰谷水电站为例，介绍钢筋混凝土蜗壳的设计。目前国内通常采用ABAQuS、ANSYS等有限元分析工具对混凝土蜗壳进行有限元弹性分析，而对于混凝土开裂范围、混凝土裂缝宽度和结构位移等内容，则可以采用非线性分析。‘关键词：河床式水电站；凤凰谷水电站；钢筋混凝土蜗壳；设计中圈分类号：TV222文献标识码：B文章编号

2、：1006—3951(2014)O4一OO03一O2D0I：10．3969／j．issn．1006-3951．2014．04-0021工程概况于发电水头较低，坝式进水口断面尺寸大，蜊壳体形尺寸庞大，采用钢制蜗壳钢材用量大，经济性相对较凤凰谷水电站位于云南省境内的南盘江干流下差，综合考虑凤凰谷水电站的水流特点和经济因素，游师宗县内河段，是南盘江干流一库十级综合开发拟定电站的蜗壳型式为钢筋混凝土蜗壳结构型式。方案的最后一级电站。电站上游为云鹏水电站，下钢筋混凝土蜗壳的特点是结构复杂、水头损失集中。游为天生桥一级水电站。凤凰谷水电站为河床式开

3、因此优选混凝土蜗壳体型极为重要，要求结构合理，发，单一发电工程。电站引用流量425m3／s，装机应力状态较好；水流平顺，水头损失小；同时便于立容量100MW，最大坝高61．3m，校核洪水位下水模及蜗壳钢筋制安。以上要求往往难以周全，必须库总库容5033×10m3，正常洪水位下水库总库容根据水轮机蜗壳流道图及厂房布置图要求，分清主4483×10m3，调节库容1569×10m3。次，结合理论分析及三维有限元计算确定。电站枢纽由左岸非溢流坝段、河床部分的表孔2．3三维有限元动静力计算分析溢流坝段、冲沙底孔、厂房坝段以及右岸非溢流坝段2．3．1

4、线弹性静力有限元基本理论(含坝后安装场、副厂房及开关站)等建筑物组成。线弹性静力有限元通过弹性力学变分原理建立电站采用河床式布置方式，发电厂房、进水口和尾水弹性力学问题有限单元表达格式。通常采用的基于平台联成一体，构成部分挡水坝段。引水发电厂房位移元的线弹性有限元法基本思想是：将结构离散由坝式进水口、主厂房、副厂房、尾水渠及升压站等为一系列连续分布的单元，以单元结点位移为基本组成。变量，初始假定单元内的位移与结点位移存在插值2钢筋混凝土蜗壳设计函数关系，通过弹性力学的几何方程，物理方程，以2．1主厂房布置及最小位能原理建立单元刚度方程，

5、按单元结点编电站布置二台轴流转桨式水轮发电机组，单机号在整体坐标下进行坐标转换和刚度集成，得到整额定容量5OMw，总装机100MW。引水发电厂房个结构的刚度矩阵，再根据单元等效结点荷载，位移布置在主河道中部偏右岸。左临冲沙底孔的中导边界条件，形成一系列线性方程。按直接解法或迭墙，右与右岸非溢流坝段衔接。主机间全长49m，代法，在收敛精度允许范围求解方程，可得到结点位净宽21．5m，最大高度61．3m，机组间距21m。安移，再由几何方程和物理方程进一步得到各单元相装间位于主厂房右端，全长36．45m。应的应变和应力。2．2蜗壳设计2．3．

6、2钢筋混凝土非线性有限元基本理论与方法凤凰谷水电站为低水头大流量河床式电站，由非线性分析中，混凝土采用多线性弹性本构关*收稿日期：2O14一O3一O3作者简介：侯晓霞(1984一)，女，山西运城人，工程师，主要从事水利水电水工设计工作。云南水力发电2014年第4期系，并取组合破坏准则作为开裂准则；钢材采用理想后，混凝土应力应变矩阵将沿着破坏面和垂直于破弹塑性本构关系，钢筋采用分布钢筋模式；混凝土开坏面的方向建立，并设置相应参数反映混凝土开裂裂模型为分布式裂缝模型。应力应变关系在混凝土后的应力应变关系。材料在受压破坏后所有方向发开裂前按多

7、线性弹性关系，通过破坏准则来判断材生应变软化，单元完全丧失承载力。料是否达到破坏曲面，当材料达到破坏曲面时，按拉2．3．3计算荷载及组合压不同破坏形式相应改变应力应变关系，受拉开裂表1厂房结构计算荷载组合表2．3．3计算模型二级配常态，水泥采用42．5级中热硅酸盐水泥，掺合料采用Ⅱ级粉煤灰，外加剂采用现场使用的JM～Ⅱ减水剂和JM-2000引气剂。采用合理的分层分块型式，如设封闭块或预留宽封等措施，以减少混凝土温度应力和干缩应力。混凝土施工缝的处理要满足有关规程规范的要求。如垂直缝宜用错缝，避免上下层贯通直缝；避免锐角和薄片；缝面须做处

8、理，凿毛，设健槽，加并缝钢筋；必要时并缝灌浆。4结语钢筋混凝土蜗壳是水电站厂房中最为复杂的结构，目前国内通常采用ABAQUS、ANSYS等有限元分析工具对混凝土蜗壳进行有限元弹性分析，而图1机墩计鼻模型示意