水电站进水塔结构分析方案研究

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1、１７０中国农村水利水电·２０１５年第７期文章编号：１００７－２２８４（２０１５）０７－０１７０－０４水电站进水塔结构分析方案研究李毅佳１，２，马斌２（１．天津理工大学管理学院，天津３００３８４；２．天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津３０００７２）摘要：水电站进水塔结构的安全直接关系到整个电站的安全和效益。采用三维有限元法分别建立了实体单元模型和梁单元与实体单元混合模型，开展了静、动力分析研究，对两种模型的计算结果进行了对比。结果表明，水电站进水塔采用两种模型计算的结果呈现出相同的规律。水电站进水塔结构分析可采

2、用以实体单元模拟的成果作为结构分析的基础，在前部拦污栅框架部分的内力分析和配筋计算上以梁系与实体联合模拟的成果作为有效补充，为工程设计提供更为科学合理的参考依据。关键词：进水塔；有限元；结构分析方案；静动力分析中图分类号：ＴＶ７３２．１文献标识码：ＡＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＡｎａｌｙｓｉｓＰｒｏｇｒａｍｏｆＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＳｔａｔｉｏｎＩｎｔａｋｅＴｏｗｅｒ１，２，ＭＡＢｉｎ２ＬＩＹｉ－ｊｉａ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｎａｇｅｍｅｎｔ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，

3、Ｔｉａｎｊｉｎ３０００３８４，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＳａｆｅｔｙ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｉｎｔａｋｅｔｏｗｅｒｏｆｔｈｅｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎｉｓｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｔｈｅｓｅｃｕｒｉｔｙａｎｄｂｅｎｅｆｉｔｏｆｔｈｅｅｎｔｉｒｅｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌａｎａｌｙｓｉｓｍ

4、ｏｄｅｌｕｓｅｄｂｙｂｒｉｃｋｅｌｅｍｅｎｔｓａｎｄｔｈｅｍｏｄｅｌｕｓｅｄｂｙｂｒｉｃｋａｎｄｂｅａｍｅｌｅｍｅｎｔａｒｅｂｕｉｌｔｆｏｒｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｓｔａｔｉｃａｎｄｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｂｙ３ＤＦＥＭ．Ｔｈｅｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｗｏｍｏｄｅｌｓａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｔｗｏｍｏｄｅｌｓｓｈｏｗｔｈｅｓａｍｅｒｕｌｅｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｕｓｅｄｂｙｂｒｉｃｋｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｉｎｔａｋｅｔｏｗｅｒｓｃａｎｆｕｎｃｔｉｏ

5、ｎａｓｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｏｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｆｏｒｃｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｒａｓｈｒａｃｋｆｒａｍｅ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｕｓｅｄｂｙｂｒｉｃｋｅｌｅｍｅｎｔｓａｎｄｂｅａｍｅｌｅｍｅｎｔｓｉｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅａｂｏｖｅ－ｍｅｎｔｉｏｎｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓｐｒｏｇｒａｍｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｍｏｒｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｎｄ

6、ｒｅａｓｏｎａｂｌｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｄｅｓｉｇｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｔａｋｅｔｏｗｅｒ；ＦＥＭ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓｐｒｏｇｒａｍ；ｓｔａｔｉｃａｎｄｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓ刚度变化以及大孔口等因素对其力学性能的影响，不能准确地０前言［２］反映各个部位的应力状态和变形情况。目前，多采用有限元水电站进水塔作为引水、泄水系统的控制性水工建筑物，分析方法对水电站进水塔结构进行计算。［１］。水电站［３－５］其结构安全直接关系到整个水电站的安全和效益现行的进水塔有限元结构分析多

7、采用实体结构进行，进水塔的体型结构、受力情况及边界条件比较复杂，采用传统而进水塔多包含拦污栅墩和联系梁的框架结构，采用实体单元的材料力学和结构力学方法难以反映其体型复杂、截面突变、进行模拟难以反映梁的受弯剪特性，且实体结构受网格剖分的影响，使分析成果具有一定的不确定性；如果在采用实体单元收稿日期：２０１５－０２－０９进行进水塔有限元计算的基础上进行配筋，由于配筋选取的截基金项目：国家自然科学基金（５１３０９１７７）；高等学校博士学科点专面一般是在应力较大部位，而计算中存在的应力集中现象往往项科研基金（２０１２００３２１２

8、００５１）；天津市哲学社会科学规会使配筋量偏大；如果将进水塔的框架结构简化为梁系结构，划资助项目（ＴＪＹＹ１３－０３７）；天津大学水利工程仿真与后部塔体对其作用简化为固端约束，则不能反映后部塔体对框安全国家重点实验室开放基金（ＨＥＳＳ－１４１０）。架结构的影响，使计算成果与实际情况存在偏差。因此，本文作者简介：李毅佳