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水利工程论文-三峡水电站充水保压蜗壳平面非线性分析.doc

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水利工程论文-三峡水电站充水保压蜗壳平面非线性分析.doc

水利工程论文-三峡水电站充水保压蜗壳平面非线性分析摘要:采用自编的三维钢筋混凝土非线性有限元程序,对三峡水电站充水保压蜗壳进行了平面非线性分析,分析了钢蜗壳及外围钢筋混凝土的应力变形特性。非线性计算分析表明,在蜗壳进口断面处,虽然外围混凝土较薄,但在设计内水压力、结构自重和设备重量这些荷载组合作用下,蜗壳进口断面混凝土可能不会开裂,因此钢材应力均比较低,结构具有较高的安全度。说明现有配筋方案钢筋用量可能偏多,没有充分发挥钢材的作用,在进一步设计时可以适当优化。关键词:水电站厂房钢蜗壳钢筋混凝土非线性有限元蜗壳结构是水电站厂房水下结构的重要组成部分之一。三峡水电站的蜗壳结构型式经有关单位长期研究分析和专家组多次审查,决定采用“充水保压”浇筑钢蜗壳外围混凝土的方案。三峡水电站机组单机容量大、机组台数多,运行期分为初期和后期两个阶段,结合三峡水电站的特点,合理选择钢蜗壳外围混凝土浇筑时的保压值和配筋方式,不仅是个重大的技术经济问题,而且也关系到电站是否能长期安全运行。三峡工程的建设方针是“一次建成,分期运行”,建成后初期运行时水位较低,如果浇筑混凝土时钢蜗壳内充水保压的压力值取得较大,虽然在运行时外围混凝土分担的内水压力可以较小,但在初期运行期内,钢蜗壳不能与外围混凝土紧密相接,不利于增加机组基础刚度、减小机组振动。相反,如果充水保压的压力值取得过小,虽然在初期运行大部分时间内钢蜗壳能与外围混凝土结成整体,增加刚度,但在电站后期运行时,库水位抬高,外围混凝土分担的内水压力较大,由于钢蜗壳外包钢筋混凝土较薄,可能引起混凝土开裂。因此,本文在合理选择钢蜗壳充水保压值[1]的基础上,对最薄弱的蜗壳进口断面进行了进一步的平面非线性有限元分析,以优化结构设计和钢筋配置。1钢筋混凝土非线性有限元程序计算程序是在一个岩土程序的基础上改编而成的三维非线性有限元程序。它不仅可以对地下洞室的开挖、支护和运行进行模拟计算,也可以对地面上的钢筋混凝土结构(如钢衬钢筋混凝土管道、分岔管和蜗壳等)的应力状态、开裂特性以及承载能力进行分析。1.1岩石、混凝土的模拟1.1.1材料本构关系采用根据摩尔—库仑准则进行修正的Zienkiewicz-Pande的双曲线屈服准则来模拟岩石与混凝土,在午面上,其屈服曲线如图1,其屈服函数为:图1ZienkiewiczPande屈服函数(1)其中:;ν=a2sin2φ

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