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        燈泡貫流式水電站廠(chǎng)房流道結(jié)構(gòu)計(jì)算探析

        2017-08-03 22:40:06郭德昌
        大陸橋視野·下 2016年12期

        郭德昌

        [摘要]本文通過(guò)對(duì)比分析闡述了燈泡貫流式水電站廠(chǎng)房下部流道結(jié)構(gòu)計(jì)算方法及代表截面選取的原則,建議了結(jié)構(gòu)與地基相互作用模型,通過(guò)工程實(shí)踐印證了方法的可行性及技術(shù)性。

        [關(guān)鍵詞]流道結(jié)構(gòu);彈性地基;內(nèi)力計(jì)算

        前言

        開(kāi)發(fā)利用低水頭水力資源一般選擇貫流式水電站,燈泡貫流式機(jī)組是大中型貫流式水電站應(yīng)用最廣泛的機(jī)組型式。根據(jù)其廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn),其下部流道軸向貫通,順?biāo)虬ㄟM(jìn)口段、中段及尾水段:主要結(jié)構(gòu)形式為大體積鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),流道斷面較大。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范要求根據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行截面配筋計(jì)算,因此如何科學(xué)、合理的選擇代表斷面顯得尤為突出:且結(jié)構(gòu)與地基的相互作用如何模擬亦成為類(lèi)似問(wèn)題的關(guān)鍵。

        1典型部位的選取

        1.1止水布置

        文獻(xiàn)中從節(jié)約工程投資角度推薦利用下游水壓進(jìn)行抵消內(nèi)水作用的布置方案。因廠(chǎng)房?jī)?nèi)部對(duì)防滲要求較高,為提高防水的保障性,建議上、下游豎向止水錨入基礎(chǔ),底板上部增加水平向止水,與上、下游豎向止水有效搭接。

        1.2計(jì)算假定

        1.2.1流道結(jié)構(gòu)差異較大,順?biāo)飨蚍诌M(jìn)口段、中段及尾水管段,進(jìn)口段和尾水管段各部位內(nèi)力計(jì)算簡(jiǎn)化為平面問(wèn)題考慮,即沿順?biāo)鞣较蚯谐鰡挝粚挾葹橛?jì)算對(duì)象。進(jìn)口段上部擋水墻厚度較大,結(jié)構(gòu)剛度相對(duì)較大,簡(jiǎn)化為倒置框架進(jìn)行分析:尾水管段按彈性地基上的框架進(jìn)行分析。

        1.2.2結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料為均質(zhì)彈性體,計(jì)算時(shí)考慮節(jié)點(diǎn)剛性和剪切變形的影響。

        1.3典型剖面的選取

        廠(chǎng)房下部結(jié)構(gòu)受力沿順?biāo)鞣较虼嬖趲讉€(gè)控制點(diǎn)或突變點(diǎn),結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)斷面選取一般考慮下列因素:1.3.1底板上下游端部處于地基應(yīng)力的兩個(gè)極值,可能控制底板配筋;

        1.3.2止水前后位置閘墩內(nèi)外可能承受的水壓力不同,可能控制閘墩、底板配筋:

        1.3.3閘門(mén)前后位置不同工況可能承受的水壓力不同,可能控制底板配筋。

        1.4計(jì)算工況及荷載

        依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范及實(shí)際條件進(jìn)行確定。

        2結(jié)構(gòu)與地基的相互作用

        2.1彈性地基上框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法

        結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)間通過(guò)鏈桿進(jìn)行聯(lián)接,本質(zhì)思路是將連續(xù)支撐于基礎(chǔ)上的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為有限個(gè)鏈桿支撐于基礎(chǔ)上的梁,使無(wú)窮多次超靜定結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為有限多次超靜定結(jié)構(gòu)。隨著工程實(shí)際應(yīng)用的發(fā)展,沈英武結(jié)合結(jié)構(gòu)力學(xué)和彈性地基梁計(jì)算,提出了“逐次漸近法”來(lái)計(jì)算彈性地基上框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力。但不能考慮基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)間的水平向剪力,傅作新建議了一種雙鏈桿法,即模擬豎向和切向的作用,研究成果表明,考慮基底剪力的影響后,地基反力趨于均勻,結(jié)構(gòu)受力結(jié)果的體現(xiàn)是使得結(jié)構(gòu)負(fù)彎矩增加。而基巖的地基反力相對(duì)集中,故可不考慮基底剪力,設(shè)計(jì)結(jié)果偏于安全。

        2.2地基模型的選取

        廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)座落在基巖上,為“天然硬基”,故結(jié)構(gòu)與地基的相互作用采用文克爾(Wiknelr)模型,基礎(chǔ)表面任一點(diǎn)的壓力與該點(diǎn)位移成正比,且兩者的相互作用為“單向”即只受壓。計(jì)算公式如下:

        式中:F——地基反力;S——作用點(diǎn)位移;k——地基反力系數(shù)(依據(jù)地質(zhì)資料進(jìn)行等效)。

        3.工程實(shí)踐

        依照前述原則,對(duì)某燈泡貫流式廠(chǎng)房流道結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,具體如下。

        3.2結(jié)構(gòu)典型部位計(jì)算成果

        根據(jù)上述計(jì)算原則及荷載進(jìn)行計(jì)算,選擇尾水段流道底板和頂部計(jì)算成果為代表進(jìn)行分析,相應(yīng)成果見(jiàn)表3-2

        由以上計(jì)算成果可見(jiàn),結(jié)構(gòu)斷面抗剪、裂縫均滿(mǎn)足規(guī)范要求。綜合比較,內(nèi)力值及結(jié)合斷面最小配筋要求,配筋較為合理。

        4.結(jié)論

        對(duì)燈泡貫流式水電站廠(chǎng)房下部流道計(jì)算可以采用“截條法”,依據(jù)本文原則選取合理的代表截面,按平面框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析;選擇合適的彈性剛度系數(shù),進(jìn)而真實(shí)模擬地基與結(jié)構(gòu)的相互作用,計(jì)算方法簡(jiǎn)便、荷載明確、分析效率較高。在對(duì)大型廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)分析時(shí),由于其空間形體及荷載分布相當(dāng)復(fù)雜,平面分析無(wú)法體現(xiàn)結(jié)構(gòu)間的相互作用,建議采用三維有限元進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析。

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