Seismic damage analysis of the outlet piers of arch dams using the finite element sub-model method

This study aims to analyze seismic damage of reinforced outlet piers of arch dams by the nonlinear finite element （FE） sub-model method. First, the dam-foundation system is modeled and analyzed, in which the effects of infinite foundation, contraction joints, and nonlinear concrete are taken into account. The detailed structures of the outlet pier are then simulated with a refined FE model in the sub-model analysis. In this way the damage mechanism of the plain （unreinforced） outlet pier is analyzed, and the effects of two reinforcement measures （i.e., post-tensioned anchor cables and reinforcing bar） on the dynamic damage to the outlet pier are investigated comprehensively. Results show that the plain pier is damaged severely by strong earthquakes while implementation of post-tensioned anchor cables strengthens the pier effectively. In addition, radiation damping strongly alleviates seismic damage to the piers.

基于CFD模拟的大型低扬程泵站低驼峰式出水流道水力优化研究

低驼峰式出水流道结构设计不当易引发偏流现象,将严重影响大型低扬程泵装置的安全稳定运行。依据浙江省某泵站的有关参数,采用三维数值计算的方法,对泵站整体模型水流流场进行模拟,并通过物理模型试验进行计算可靠性验证。结果表明,湍流模型Realizable k-ε的计算结果与试验结果最接近;泵站低驼峰式出水流道空间流线随过流断面的扩散而扭曲,其扭曲程度随流量的减小而加强;在低驼峰式出水流道中设置中隔墩有助于优化流场,但会使低驼峰式出水流道的水力损失增加;通过对不同几何参数的中隔墩进行多方案比较,发现在低驼峰式出水流道中设置长为3.90D、宽为0.10D的中隔墩流场优化效果最佳。研究结果可为同类型泵站工程优化设计提供一定借鉴。

双向水流侧式进出水口分流墩研究

研究了双向水流侧式进出水口分流墩与进出水口水力性能之间的关系 .通过水工模型试验比较 ,研究分流墩形状及其布置方式对进出水口各孔流道中流量和流速分布以及水头损失系数的影响 .针对抽水蓄能电站库水位变化幅度大 ,在发电和抽水工况下进出水口水流方向相反的特点 ,拟定了多个试验方案 ,并对每个方案在高水位及低水位时不同水流方向情况下的水力性能进行试验比较 .研究表明 。

中隔墩对大型泵站出水流道水力性能的影响

为了研究中隔墩对大型低扬程泵装置出水流道水力性能的影响,借用某泵站的有关参数,采用三维数值计算的方法,将出水流道从泵装置中分解出来,计算了出水流道内的流态和水力损失;设置中隔墩会使设计流量时的虹吸式和直管式出水流道的水力损失分别增加0.024 m和0.033 m;采用透明流道模型试验的方法对数值计算的结果进行了验证,模型试验结果与数值计算结果基本一致;根据计算和试验结果研究了中隔墩对虹吸式和直管式出水流道水力性能的影响.研究结果表明:由于水泵导叶出口水流具有环量,出水流道内的流态存在较为明显的偏流现象,流道的水力性能在一定程度上受到中隔墩的影响;中隔墩愈长,出水流道水力性能所受的影响愈大.因此,设置中隔墩无益于出水流道的水力性能.对于大型低扬程泵站,可在满足出水流道结构设计的条件下取消中隔墩或采用较短的中隔墩.

中隔墩长度对斜式轴伸泵装置出水流道水力特性的影响

为研究大型低扬程泵站斜式出水流道水力特性,采用数值模拟方法对某斜20°轴伸泵装置三维湍流流场进行了数值计算,发现斜式出水流道内存在严重的偏流问题,基于4种计算方案的数值模拟结果分析了偏流的成因,在研究了中隔墩长度对斜式出水流道流态和水头损失影响的基础上提出了解决偏流的措施,并得到模型试验的验证。研究结果表明:顺水流方向看,中隔墩长度为14 m时的斜式出水流道内的主流明显偏于左侧,在流道右侧下部存在较大范围的旋涡区;导叶体出口具有较大周向速度分量的水流呈螺旋状进入"S"形弯曲的斜式出水流道,两者相互作用导致斜式出水流道产生偏流;随着中隔墩长度的增加,斜式出水流道左右孔的偏流系数逐渐减小、流道水头损失呈先减小再增大趋势,当中隔墩加长至23.35m时出水流道左右两侧的出流流量达到基本相等;采用长中隔墩斜式出水流道的泵装置模型试验最优工况点效率达到80.56%,泵装置模型试验结果与数值模拟结果一致,取得了预期的纠偏效果,得到有关工程设计院的认可,并应用于工程实际。

泄洪表孔宽尾墩加消力池联合消能工的应用

通过对已建的一些采用表孔宽尾墩加消力池的重力坝调研资料及理论分析 ,表明宽尾墩可增加水流的三维特性 ,降低形成水跃的第二临界水深 ,从而可以使消力池底板抬高、池长缩短。因此 。

桥梁工程对入河排污口污染范围影响模拟研究

为识别涉河桥梁工程对入河排污口污染范围的影响,借助于MIKE 21 FM和AD模型,以长江干流宜昌沪渝高速路桥江段为研究对象,模拟分析了桥梁工程对河流水位、流速的影响以及对其上游某入河排污口污染范围的影响。结果显示,桥梁工程上游水位比天然情况增加,下游一定范围内流速较天然情况减小,桥墩断面两侧边滩流速有所增加;而入河排污口不同浓度对应的污染带长度和宽度均有所增加;表明桥梁工程会增加其上游附近的入河排污口污染带的影响范围,在开展入河排污口设置论证时,应充分考虑涉河工程的叠加影响。

溪洛渡拱坝泄水深孔应力分析

溪洛渡双曲拱坝坝身共布置7个表孔,8个深孔,以及10个导流底孔。其中深孔孔口尺寸为6m×6.7 m,泄水水头高105m,深孔出口处闸墩最大悬臂长达24.87 m,闸墩最小厚度为3.5 m,支撑大梁尺寸为8.0m×7.0m×5.0 m(长×宽×高),另外出口处弧门推力巨大,单孔弧门推力最高达82857 kN,其应力应变状态极为复杂。采用三维有限元法对溪洛渡拱坝建立精细整体模型,对深孔部位进行应力分析研究。分析表明:溪洛渡拱坝闸墩预应力吨位和布置合理,表现在深孔孔口应力在进口段、孔身以及出口段可以满足设计应力要求;对于工况三(正常蓄水+温降+弧门挡水)大坝运行时,支铰大梁和闸墩下游端部出现拉应力最大极值,拉应力分别为3.0MPa和2.6MPa,但是分布范围有限,可以通过适当配筋满足设计要求。另外,文中还与二滩拱坝中孔孔口应力进行了类比分析,结果表明溪洛渡深孔孔口应力与二滩中孔类似,孔口角缘压应力存在偏压现象,但由于溪洛渡拱坝孔口周围温降荷载小,使得溪洛渡孔口内壁拉应力极值小于二滩。

隔河岩枢纽泄洪消能试验研究

本文着重介绍隔河岩枢纽泄洪消能试验研究成果。通过试验,将表孔、深孔、底孔采取平面错开,空间分层,出口采用收缩射流转向的新技术,既满足了泄洪要求,又有较好的消能防冲效果。上述研究成果为设计,施工提供了大量的数据,解决了工程中许多重大的技术难题。

预应力锚固闸墩有限元分析研究

应用大型通用有限元软件ANSYS,对某工程拱坝底孔的外伸悬臂式预应力闸墩进行了三维有限元计算,通过与无预应力闸墩结构对比,分析了由于上下游悬臂和闸墩预应力锚索的布置对坝体应力的影响,表明上、下游悬臂对坝体泄水孔进、出口侧壁应力影响较大,预应力的施加改善了闸墩和大梁的应力状态,但对预留竖井周围的应力分布影响较大。

坝顶开孔的双曲拱坝设置水平梁和闸墩的应力分析

采用有限单元法计算并比较了薄碾压混凝土双曲拱坝在坝身无孔、设表孔以及设表孔的同时又增设水平梁和闸墩三种情况下的坝身应力分布.计算结果表明,坝体设表孔及增设水平梁和闸墩对拱坝应力的影响是局部的,主要集中在孔口周边及附近,而对拱坝的下部影响很小.

边表孔闸前吸气旋涡试验研究

针对多泄洪表孔的边表孔闸前极易产生强烈的吸气旋涡的问题,试验观察了边表孔闸前水流流态,分析了旋涡成因,并详细研究了工作水头、闸门开度、绕流距离及相邻表孔运行方式对吸气旋涡的影响以及吸气旋涡对表孔侧墙压力的影响。结果表明:该吸气旋涡主要是由边墩绕流效应引起,是发生在边表孔的特殊水流现象;旋涡涡心直径随工作水头和绕流距离的增大而增大,随闸门开度的增大而减小;相邻表孔全开与局部开启相比,边表孔闸前漩涡更大;吸气旋涡导致表孔下游侧墙出现负压,可能造成侧墙空蚀破坏,在实际工程中应注意对此类旋涡进行控制。

洛古水电站泄洪消能建筑物设计

洛古水电站采用3表孔集中布置、2底孔分列两侧的孔口布置方案,表孔采用"X"型宽尾墩+WES曲线+台阶堰面+消力池的消能方式,底孔采用坝内有压式流道+反弧+消力池的消能方式,表底孔共用1个消力池。通过模型试验验证,洛古水电站泄洪消能建筑物的布置型式很好地适应了坝址的地形地质条件,能够满足泄洪消能要求,消能效果良好。

抽水蓄能电站侧式进/出水口隔墩布置对水力特性的影响

运用标准k-ε湍流模型和VOF两相流模型,对抽水蓄能电站侧式进/出水口、输水管道和部分上库进行了数值计算,分析了死水位条件下抽水和发电工况的进/出水口隔墩位置对进/出水口流速分布、流道分流系数、水头损失、墩头附近流速分布等水力特性的影响。结果表明:中隔墩后移对发电工况下各流道流速分布、分流系数、进/出口的水头损失几乎无影响;中隔墩后移可改善抽水工况下中隔墩两侧流道的过流流速均匀性和各流道流量分配的均匀性,降低进/出水口的水头损失,但中隔墩后移距离超过进/出水口扩散段起始断面宽度的0.3倍时,改善效果不明显;中隔墩后移进/出水口扩散段起始断面宽度的0.44~0.52倍,边隔墩后移进/出水口扩散段起始断面宽度的0.1倍,可实现墩头附近局部流速的相对均匀化;中隔墩后移扩散段起始断面宽度的0.5倍,边隔墩后移扩散段起始断面宽度的0.1倍,可实现抽水蓄能电站进/出水口水力特性的最优化目标。

船闸下游引航道口门区急流碍航改善措施比选

已建船闸口门区大流量碍航问题广泛存在。研究以五强溪枢纽下游急流碍航问题为出发点,采用定床物理模型试验和遥控自航船模试验为技术手段,在对工程河段现状通航水流条件分析的基础上,从改善局部流速分布、减小口门区引流等角度,分别提出挖槽方案、导流墩方案、桩基透空式隔流堤方案和桩基透空式导流屏方案。通过各方案通航水流条件和船舶航行条件比选,创新性提出的桩基透空式导流屏方案可较好解决五强溪枢纽下游口门区通航条件改善难题,并已成功通过工程实践的检验。

重力坝溢流表孔初步设计

系统综述重力坝溢流表孔初步设计,重力坝溢流坝段设计过程中,首先要确定表孔布置格局,选择孔口尺寸、然后确定表孔剖面轮廓,再根据具体情况设计孔口分缝以及闸墩体型。

高温期滑模快速施工条件下的重力坝表孔长闸墩温控防裂

针对滑模快速施工条件下混凝土闸墩温控防裂问题,以官地水电站表孔闸墩为例,采用仿真计算方法预测并优化了该闸墩施工期温度和应力发展过程。结果表明,在混凝土所处环境温度较高、混凝土结构体积较大、约束大时,二级配混凝土、门槽、溢流面顶部附近的闸墩混凝土、间歇面四个区域易开裂,需加强水管冷却和表面保温措施。

抽水蓄能电站侧式进出水口四流道布置体型试验研究

针对抽水蓄能电站中广泛采用的四流道进出水口体型,进行水力特性试验研究。结果表明,在进水口收缩段末端处,分流中墩的后撤距离宜取边墩间距的0.8~1.1倍,而边墩间距宜取收缩段末端宽度的0.4~0.5倍,此时进水口正反向流动水力学指标同时满足设计规范要求。进水口前漩涡流态主要与雷诺数Re有关,当Re<4.5×107时,防涡梁上部不会出现有害漩涡;当Re=7.4×107时,会出现4类非挟气贯通性漩涡;当Re=1.0×108时,会出现6类贯通性吸气漩涡。进水口水头损失试验会受到水流黏滞性影响,为保证水流处于阻力平方区,模型雷诺数一般应大于3×104。上述成果可为类似工程的设计与研究提供参考。

窄河谷高拱坝收缩式表孔体型研究

无碰撞泄洪消能方式是狭窄河谷地区高拱坝工程优先选择的坝身泄洪消能方式,其核心思路是利用宽尾墩形成横向收缩、纵向拉伸的表孔水舌,以适应狭窄河谷地形条件,同时满足表孔水舌从深孔水舌间隙穿插,表、深孔水舌空中不发生碰撞,从而减轻表、深孔联合泄洪时泄洪雾化的目的。然而,高拱坝表孔多为开敞式溢流堰结构,流道短、作用水头小、出流流速低,通常难以形成流态稳定、纵向拉伸效果好的表孔水舌。为此,以锦屏一级特高拱坝工程为依托,采用了理论分析与水力学模型试验相结合的分析方法,先后开展了5种收缩式表孔体型的探索研究,成果表明,采用宽尾墩辅以出口透空体型能够有效地提高表孔水舌的空中稳定性、改善表孔水舌纵向拉伸效果、增加水舌纵向入水长度,从而减小水垫塘底板的最大冲击压力。

隔墩对轴流泵装置直管式出水流道内流及脉动的影响

为分析隔墩对直管式出水流道内部流态及压力脉动的影响规律,基于立式轴流泵装置物理模型,采用在直管式出水流道壁面布置丝状红线和压力脉动传感器的方法进行了试验。结果表明,小流量工况时,有无隔墩的直管式出水流道内壁面红色丝线均呈大角度倾斜状;在最优工况和大流量工况时,直管式出水流道内壁面红色丝线趋于水平状,流量越大红色丝线越趋于水平。无隔墩的直管式出水流道脉动幅值均方根的平均值均高于有隔墩的直管式出水流道脉动幅值均方根的平均值。相同转速时,有无隔墩的直管式出水流道各监测点的脉动幅值均方根均随流量的增大而减小;相同流量比时,各监测点的脉动幅值均方根随转速的增加而增加。不同转速下各最优工况时,有隔墩的直管式出水流道各监测点的脉动主频与转频呈整倍数关系。隔墩对直管式出水流道内部水流流态有一定的调整作用,可降低脉动幅值,但不同工况时隔墩对直管式出水流道内流的改善效果还取决于导叶体出口剩余环量和流量。