水电站蜗壳垫层结构研究

应用三维非线性有限元研究了水电站蜗壳垫层的弹性模量、厚度和铺设范围对承载比的影响。为减轻钢蜗壳在上蝶边处的应力集中 ,提出在蝶形边附近一定范围内不设垫层。如果垫层铺到 180° ,则恰好该处外包混凝土较薄 ,易产生混凝土贯穿裂缝 ,若将垫层下延 2 0°～ 3 0° ,则该处外包混凝土变厚 ,可改善垫层末端混凝土受力状态。建议将垫层的厚度与弹模之比作为垫层设计的一个参考指标 ,并给出厚度与弹模的优化比值 ,可适用于一定PD值范围的蜗壳 。

接触滑移对不同埋设方式蜗壳结构应力的影响分析

为研究水电站厂房蜗壳的接触滑移对蜗壳结构应力的影响,本文采用三维面面接触单元对不同埋设方式蜗壳结构进行了三维有限元计算。计算结果表明,考虑接触滑移与共节点模型相比,垫层蜗壳外围混凝土孔周应力平均值可降低约30%以上,钢蜗壳应力增加约27%;当摩擦系数由0.25增大到1.00时,蜗壳外围混凝土孔周应力平均值也增大30%左右;而考虑接触滑移与否对直埋蜗壳结构应力影响较小,差值不超过3%。因此,在利用有限元求解蜗壳结构应力时,垫层蜗壳考虑接触作用将使计算结果更加合理,而对于直埋蜗壳,不考虑接触作用对结构应力的影响很小,共节点模型可以在实际工程中采用。

大型水电站垫层蜗壳结构仿真分析

本文应用有限元程序ANSYS,对某大型水电站垫层蜗壳钢衬-钢筋混凝土结构进行三维非线性有限元分析,钢蜗壳与外围混凝土之间按常规共结点和滑移接触两种方案分别进行计算,分析比较两种方案中钢蜗壳和钢筋的应力分布、裂缝开展范围与宽度等,验证接触非线性模型的合理性,为更精确地进行水电站垫层蜗壳的设计提供依据。

巨型水轮机蜗壳软垫层埋设方式可行性论证

对于巨型水电站高HD值的蜗壳,国内外目前多采用打压埋设方式。但垫层蜗壳也有其明显的优点,能否在巨型蜗壳中采用,一直存在疑虑并缺乏工程经验,研究的成果也相对缺乏。以某巨型工程为例,采用数值模拟方法,重点从垫层蜗壳的静力强度、变形特性、整体刚度、自振特性、振动反应和疲劳特性等若干重要方面,对垫层蜗壳埋设方式的可行性加以论证,以期为蜗壳埋设方式的方案选择提供参考依据。

水电站钢蜗壳垫层厚度对应力的影响分析

以阿海水电站为例,采用有限元理论,选取适用于混凝土材料的非线性本构关系,在蜗壳上部有关荷载、结构自重和内水压力联合作用下,计算分析了蜗壳钢衬、不同厚度垫层和外包钢筋混凝土的联合作用结构,给出了蜗壳应力及外围混凝土应力与垫层厚度的关系。

大型水电站垫层蜗壳结构接触分析

工程中有许多不同材料组成的结构,对于这类复合结构,接触面采用共结点的处理方法得到的应力是欠准确的。本文采用一种新的不同材料交界面的接触单元,对蜗壳与垫层及外围混凝土之间按考虑接触单元与不考虑接触单元两种方案的厂房蜗壳结构进行了有限元计算,并对计算结果进行了比较分析,验证了考虑接触单元模型的合理性。

不平衡水推力下垫层蜗壳座环结构剪力特性分析

机组运行时蜗壳座环在不平衡水推力作用下承受较大的水平剪力,该剪力值过大将会给蜗壳结构的稳定带来安全隐患.考虑钢衬与软垫层、混凝土的摩擦接触,建立了垫层蜗壳的三维有限元模型,详细研究了垫层子午包角、平面包角、变形模量厚度比和围岩约束对座环剪力的影响.结果表明:垫层子午包角向下延伸不利于座环抗剪;垫层平面包角变化改变了钢蜗壳外围结构的刚度分布,对座环剪力具有显著影响;垫层变形模量厚度比的变化不仅改变了座环各向剪力的数值及其承担的沿厂房横向不平衡水推力的比例,还改变了座环剪力的空间分布规律;在其他条件不变的情况下,围岩约束的改变对座环剪力没有明显影响.

基于损伤理论的金属蜗壳埋设方式比较

为研究不同埋设方式蜗壳结构的受力特点,明确它们在大型水电站厂房中的应用可行性,选取ABAQUS中的损伤塑性模型描绘混凝土材料的力学性能.结合某工程实例,对垫层蜗壳和直埋蜗壳进行了三维非线性有限元计算,重点从蜗壳外围混凝土裂缝的开展宽度和范围及机墩结构的不均匀上抬位移两方面,对两种埋设方式蜗壳结构进行了比较.计算结果表明:两种埋设方式蜗壳都可以满足结构强度要求,但从限裂和变形两方面讲,垫层蜗壳略优于直埋蜗壳.

水电站垫层蜗壳配筋计算

为研究"Γ"形框架简化、平面简化和接触摩擦对垫层蜗壳配筋计算的影响,分别采用结构力学法和有限元法对某垫层蜗壳进行计算.结构力学法对蜗壳进口断面进行等截面简化,将其作为深受弯构件进行配筋计算;有限元计算采用ABAQUS软件,建立完整标准机组段蜗壳结构模型及蜗壳进口断面平面轴对称模型,在钢蜗壳和混凝土及垫层之间创建接触对,模拟接触摩擦关系,将计算得到的弹性应力图形作为配筋依据.计算结果表明,采用平面"Γ"形框架法可能造成计算配筋面积偏小;在考虑接触摩擦的前提下,将蜗壳结构简化为轴对称结构进行初步配筋计算是可行的;对垫层蜗壳结构进行有限元分析时有必要考虑接触摩擦,摩擦系数f应慎重取值.

不同HD值下软垫层蜗壳结构优化分析

应用有限元模型分别对高低两种HD值下的水电站蜗壳结构进行分析,研究了软垫层材料的弹性模量、厚度以及铺设范围对蜗壳结构强度和变形的影响。通过不同HD值下垫层蜗壳的结构分析,得到水电站垫层蜗壳优化设计的规律性认识,进而明确了高HD值下垫层蜗壳结构设计的难点和重点,以及通过垫层优化设计的解决途径,从而进一步说明了高HD值蜗壳采用软垫层结构方案的可行性。

水电站蜗壳结构局部垫层平面设置范围探讨

为分析水电站蜗壳结构中局部垫层的平面设置范围,采用ABAQUS软件对一水电站蜗壳结构进行了3维非线性有限元计算。研究结果表明:蜗壳结构中局部垫层平面范围分别自蜗壳直管段进口铺至下游45°、90°和135°断面时,垫层铺设范围越大,改善蜗壳外围混凝土结构受力状况的效果越显著,但垫层铺至45°断面时完全能有效限制混凝土裂缝宽度的开展和减小机墩不均匀上抬位移。此外,垫层平面范围铺至45°断面时,座环所承受剪力相比完全直埋方案增幅最小,有利于结构稳定。鉴于以上分析,且从简化施工程序角度考虑,水电站蜗壳结构中局部垫层平面范围铺至45°断面是值得推荐的。

巨型水电站采用垫层蜗壳的分析与探讨

以某巨型水电站的蜗壳组合结构系统(由钢板、座环、固定导叶、垫层及外围混凝土所构成)为研究对象,取蜗壳进口包含一个完整固定导叶在内的扇形区域作为循环结构的基本有限元模型,考虑钢衬和混凝土间的滑动摩擦接触性质,重点从应力和变形特性对垫层蜗壳各典型方案进行了优化分析和探讨。研究表明,对于复杂的蜗壳组合结构有限元分析,从计算代价和计算精度来讲,循环结构模型是全三维模型较为合理的替代;适当选取垫层变形模量、厚度和铺设范围,垫层蜗壳可以应用于巨型实际工程。

溪洛渡水电站蜗壳垫层几何参数的选择

结合溪洛渡水电站工程具体情况,采用线性和非线性有限元方法,比较了蜗壳垫层铺设厚度及范围变化时对基础板最大竖向位移、最大裂缝宽度、有无贯穿性裂缝的形成、结构自振特性的影响,选择了较优的垫层几何参数。计算成果及分析方法可为巨型蜗壳结构的优化设计提供参考。

垫层的E/d对水电站蜗壳结构的影响分析

利用ANSYS大型有限元软件,建立垫层蜗壳结构的三维有限元模型,研究了结构自重和内水压力作用下垫层弹性模量与厚度比值E/d对水电站蜗壳结构的影响,给出了蜗壳外围混凝土、蜗壳以及座环的特性随垫层E/d变化的规律。结果表明:在有垫层区,蜗壳外围混凝土承载比、与蜗壳接触处混凝土切向应力随垫层E/d增大而增大,蜗壳应力以及最大相对变形量随垫层E/d的增大而减小,当垫层E/d确定时蜗壳结构外围混凝土承载比、与蜗壳接触处混凝土切向应力、蜗壳和座环应力以及蜗壳变形量一定,不会随E或d的变化而变化;在无垫层区,蜗壳外围混凝土承载比、与蜗壳接触处混凝土切向应力、蜗壳应力变形与垫层E/d无关。

摩擦系数对水电站垫层蜗壳结构特性的影响

结合某水电站垫层蜗壳结构,针对蜗壳与垫层、蜗壳与混凝土之间的摩擦系数对蜗壳结构特性的影响进行了三维有限元分析。结果表明,蜗壳与垫层之间的摩擦系数对蜗壳外围混凝土的应力、结构位移的影响很小;蜗壳与混凝土之间的摩擦系数对结构位移影响甚微,但是对蜗壳下半周混凝土的应力和配筋影响较大,尤其在底部位置,当摩擦系数由0.25增大到0.60时,环向应力平均增幅约为14%,配筋面积平均增幅达到30%左右。此前已完成的许多研究中将此摩擦系数取为0.25,根据相关实验研究该值偏小,对蜗壳外围钢筋混凝土结构是偏不安全的。因此,在垫层蜗壳结构的接触非线性计算中,应选择合理的蜗壳与混凝土之间的摩擦系数。

不同弹性垫层材料对水轮机蜗壳结构的影响研究

本文利用有限元理论，选取适用于混凝土材料的非线性本构关系．在蜗壳上部有关荷载、结构自重和内水压力联合作用情况下，对蜗壳钢衬、不同材料垫层和外包钢筋混凝土的联合作用结构进行计算分析．给出了结构控制部位各种材料的承载比与垫层弹模的关系．为工程建设提供了设计依据．

大型水轮机蜗壳结构动静力分析

通过三维有限元计算,对某水电站大型水轮机蜗壳进行了三种结构型式的动静力分析,分析了外围混凝土的应力分布情况、承载比以及蜗壳结构的自振特性.结果表明:充水保压蜗壳具有混凝土内应力均匀、拉应力值较小、承载比明确、整体结构刚度较大等优点,有利于机组的安全稳定运行,对于大型水轮机蜗壳而言是一种比较好的结构型式.

结构非线性特性对金属蜗壳结构应力影响分析

应用ABAQUS有限元软件,结合实际工程,对不同埋设方式蜗壳进行了三维非线性有限元计算,分析了各种结构的非线性特性对蜗壳结构受力状态的影响。结果表明,垫层蜗壳结构中,接触非线性特性考虑与否对数值分析结果影响较大,而是否考虑混凝土的开裂非线性则影响较小;直埋蜗壳结构中,混凝土采用弹塑性模型时,钢衬应力水平相比采用线弹性模型可提高50%以上,混凝土结构开裂非线性对数值分析结果影响明显,而是否考虑钢衬与混凝土间接触非线性特性,则对数值分析结果影响较小。明确各种结构非线性特性对数值计算结果的影响程度,能便于工程设计人员更为有效地利用数值分析手段进行蜗壳结构设计。

黄金坪水电站蜗壳及弹性垫层结构设计

蜗壳及其外围钢筋混凝土结构是水电站厂房的重要部件之一,对水轮机蜗壳及外围混凝土结构设计进行研究并优化方案,关系到电站的长期安全运行。应用ABAQUS对黄金坪水电站垫层蜗壳结构进行三维非线性有限元计算与分析,指导蜗壳及垫层、外围混凝土结构设计。基于计算结果调整了蜗壳配筋及布筋方式,优化方案更利于结构安全运行。

关于水轮机蜗壳结构不平衡水推力初步研究

为研究内水压力作用下水轮机蜗壳产生的不平衡水推力,采用裸壳和三维实际结构2种计算模型进行有限元计算分析。结果表明:进口附近有伸缩节无止推环的保压蜗壳在运行期座环要承担较大不平衡水推力的受力状态与施工期受力状态有较大差别;垫层蜗壳蜗向局部设垫层时,座环承担的不平衡水推力明显大于垫层全包时的不平衡水推力。应重视不平衡水推力的不利影响。