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        重力壩泄洪閘邊墩穩(wěn)定性數(shù)值模擬研究分析

        2021-04-12 09:57:48
        黑龍江水利科技 2021年2期
        關(guān)鍵詞:泄洪閘底孔閘墩

        陳 微

        (方正縣雙鳳水庫綜合服務中心,黑龍江 方正 150800)

        1 概 述

        水利工程建設(shè)需結(jié)合工程地實際,充分掌握壩址區(qū)的工程地質(zhì)、水文氣象條件。重力壩設(shè)計施工過程中,首先保證結(jié)構(gòu)設(shè)計合理,其次科學安排工期[1]。在重要建筑及復雜施工工藝時,常采用力學及仿真實驗進行模擬,取得一定成效。目前國內(nèi)普遍采用數(shù)值模擬及仿真技術(shù)進行工程應力分析計算,有限元模擬大壩在開挖、澆筑、養(yǎng)護不同階段[2],實現(xiàn)大壩在壩工設(shè)計、施工方法、溫控措施等方面的合理控制,通過計算分析判斷結(jié)構(gòu)合理性,提出設(shè)計優(yōu)化措施,取得一定的的經(jīng)濟效益和社會效益。

        2 工程實例

        2.1 工程概況

        某水電站在中國西北省份境內(nèi),為河段的梯級開發(fā)電站。工程規(guī)模為中型Ⅲ等,主要建筑物為3級,臨時建筑物為4級,樞紐區(qū)建筑物主要有:擋水壩、泄洪表孔、泄洪底孔、右岸電站廠房等[3]。重力壩最大壩高75m,正常蓄水位1853.00m,泄洪底孔布置在右岸,壓力鋼管8.0m×8.0m一孔布設(shè)[4]。重力壩泄底孔有限元模擬圖,見圖1;閘墩體形圖,見圖2。

        圖1 重力壩泄底孔有限元模擬圖

        圖2 閘墩體形圖

        2.2 剖面選取

        泄洪閘邊墩剖面位置表,見表1。

        表1 泄洪閘邊墩剖面位置表

        2.3 計算結(jié)果

        文章計算出3種剖面的應力應變值[5],1#剖面X方向正應力sx,見圖3;1#剖面Y方向正應力y,見圖4;1#剖面Z方向正應力z,見圖5;1#剖面XY平面剪應力τxy,見圖6;2#剖面X方向正應力sx,見圖7;2#剖面Y方向正應力y,見圖8;2#剖面Y方向正應力y,見圖9;3#剖面X方向正應力sx,見圖10;3#剖面Y方向正應力y,見圖11;3#剖面Z方向正應力z,見圖12。

        圖3 1#剖面X方向正應力sx

        圖4 1#剖面Y方向正應力y

        圖5 1#剖面Z方向正應力z

        圖6 1#剖面XY平面剪應力τxy

        圖7 2#剖面X方向正應力sx

        圖8 2#剖面Y方向正應力y

        圖9 2#剖面Y方向正應力y

        圖10 3#剖面X方向正應力sx

        圖11 3#剖面Y方向正應力y

        圖12 3#剖面Z方向正應力z

        由上述圖示結(jié)果可得,順水流向最大正拉應力為1.352MPa,出現(xiàn)在左邊墩與弧門支承梁連接部位,拉應力3種工況基本一致。邊墩壓應力值均較小,出現(xiàn)位置基本同拉應力。沿壩軸線方向正拉應力最大為0.315MPa,在左邊墩的外側(cè)底部,最大壓應力為2.324MPa,在左邊墩底端內(nèi)側(cè)。豎直向拉應力最大值為0.951MPa。泄洪閘邊墩水平向位移最大變形量為2.763mm,,其它兩個方向相對較小。

        泄洪閘邊墩應變計算結(jié)果,見表2;閘墩位移計算結(jié)果,見表3。

        表2 閘墩應變計算結(jié)果

        表3 閘墩位移計算結(jié)果

        從表可看出,泄洪閘邊墩4種工況的應力分布比較相似,工況3產(chǎn)生拉應力最大值,位置基本位于閘墩和弧門大梁的連接部位,拉應力在下棱角,壓應力在上棱角位置。

        3 結(jié) 論

        文章基于有限元分析和數(shù)值分析原理,建立三維數(shù)值模型計算某大壩的泄洪閘邊墩應力變形,四種不同工況結(jié)果反應閘墩與弧形閘門交接處應力應變較明顯,應力值均較小。閘墩局部應力較大位置應加強鋼筋布設(shè),提高結(jié)構(gòu)承載能力。結(jié)果表明,對泄洪底孔壩段應力變形的計算結(jié)果符合一般規(guī)律,閘墩結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。

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