欢迎来到人人文库网! | 帮助中心 人人文库renrendoc.com美如初恋!
人人文库网
首页 人人文库网 > 资源分类 > DOC文档下载

水利工程论文-水电站蜗壳保压浇混凝土结构的三维仿真分析.doc

  • 资源大小:107.40KB        全文页数:7页
  • 资源格式: DOC        下载权限:游客/注册会员/VIP会员    下载费用:2
游客快捷下载 游客一键下载
会员登录下载
下载资源需要2

邮箱/手机号:
您支付成功后,系统会自动为您创建此邮箱/手机号的账号,密码跟您输入的邮箱/手机号一致,以方便您下次登录下载和查看订单。注:支付完成后需要自己下载文件,并不会自动发送文件哦!

支付方式: 微信支付    支付宝   
验证码:   换一换

友情提示
2、本站资源不支持迅雷下载,请使用浏览器直接下载(不支持QQ浏览器)
3、本站资源下载后的文档和图纸-无水印,预览文档经过压缩,下载后原文更清晰   

水利工程论文-水电站蜗壳保压浇混凝土结构的三维仿真分析.doc

水利工程论文水电站蜗壳保压浇混凝土结构的三维仿真分析摘要三峡工程水电站厂房蜗壳采用保压浇外围混凝土的结构形式。为研究钢蜗壳与外围混凝土交界面的接触性态,分别对冬季和夏季浇混凝土情况进行了模拟施工过程的三维有限元仿真计算,给出了交界面在不同季节不同水位运行期的传力和间隙,结果表明温度对传力的影响显著。对冬季浇筑情况,研究了通过提高保压水温来减小高温季节高水位运行期的传力;对夏季浇筑情况,研究了通过降低保压水头来减小蜗壳混凝土在低温季节低水位运行期的间隙。关键词蜗壳保压浇混凝土温度效应仿真分析三维有限元法温度变化引起的混凝土和钢蜗壳间的不协调温度变形会影响两者间的相互作用,这种相互作用是随运行季节变化的,并与浇筑季节和保压水温有关,因此选择合适的浇筑季节和保压水温也同样重要。若再考虑施工过程及混凝土弹模、徐变和水泥水化热随时间变化的影响,两者的相互作用实际上是十分复杂的,只有通过模拟施工过程的仿真计算才能分析清楚。然而,通常都没有考虑温度的影响1,模拟施工过程的仿真分析更是少见。三峡水电站蜗壳采用保压浇混凝土的结构形式,装机高程57M正常设计水位175M考虑水击力的影响,相应内水压力为1395MPA,初期运行水位135M,两者相差较大。通过有关研究工作,设计采用的保压水头为70M由于机组台数多和工期要求,可能在不同季节都会有机组施工。一方面,由于保压水头较小,低温季节浇外围混凝土的机组在高温季节高水位运行时,混凝土结构承担的荷载较大;另一方面,由于初期运行水头较小,高温季节浇外围混凝土的机组在低温季节低水位运行时,钢蜗壳与混凝土将不能完全贴紧运行。这两方面可分别采取提高保压水温和降低保压水头的措施。为此,本文通过三维有限元仿真计算,分析冬、夏季浇筑外围混凝土情况,在不同季节、不同水位运行期钢蜗壳与外围混凝土交界面的传力或可能存在的间隙,并研究合适的保压水头和保压水温。1计算条件11结构计算模型三峡工程挡水坝为混凝土重力坝,电站厂房为坝后式。本文取一左岸岸坡坝段机组为研究对象,由于厂坝联接段压力钢管用垫层管取代了伸缩节,且垫层管下游端未设止推环,大坝的变形将通过垫层管影响到钢蜗壳的位移以及钢蜗壳与外围混凝土间的相互作用,因此计算模型中包括了大坝和垫层管,坝体包括钢管坝块及实体坝块,两坝块间为永久横缝。厂坝间分缝Δ51M以下岩坡进行接缝灌浆。主厂房模拟至Δ67M,上、下游副厂房只模拟下部实体部分,见图1、图2垫层管长10M,其中坝内长58M,厂内长42M厂内段垫层管可分为2段,即一期混凝土22M段和三期混凝土20M段。钢蜗壳进口位于垫层管下游端的下游侧11M处。图1大坝及厂房立体含部分基础图2厂房横剖面12材料参数1钢管、座环和固定导叶等钢材E210GPA,Μ030,Α12105/℃,Γ780KN/M3;蜗壳钢板厚度20~64MM2基岩厂房基岩E26GPA;大坝基岩E10~26GPA;Μ023,Α085105/℃,导温系数A0083M2/D3大坝混凝土E26GPA,Μ0167,Α085105/℃,A0083M2/D4钢蜗壳与外围混凝土交界面摩擦系数F055厂房混凝土Μ0167,Α085105/℃,A0083M2/D,Γ245KN/M3;弹模、绝热温升和徐变度分别见式1~式3,不计混凝土自身体积变形。ET330T/512T单位GPA1QT2421E0837T0849单位℃2CT,ΤC1Τ1E03TΤC2Τ1E0005TΤ单位106/MPA3式中T混凝土龄期D;Τ加荷龄期D;C1Τ7581831/Τ;C2Τ124353/Τ。13主要边界温度曲线TT及表面放热系数Β1与大气接触的结构外表面TT17351155SINΩT1088℃,Β151W/M2℃4式中T时间D,以1月1日为原点;Ω2Π/365,下同。厂房混凝土浇筑期间,厂房左右两侧边界也按式4考虑,以后按绝热边界考虑。2运行期上、下游副厂房内表面和主厂房Δ67M表面TT22080SINΩT1200℃,Β513W/M2℃53运行期引水压力管道和蜗壳内表面TT175385SINΩT1300℃,Β2326W/M2℃64运行期大坝上游表面。运行期库水位以下的大坝上游表面采用库水水温边界条件,库水温度曲线随高程变化。14施工过程厂房混凝土浇筑层厚15~30M,分4区,对角两区同时浇筑,间歇期7~8D,15D浇一层。分别模拟了冬季和夏季浇外围混凝土情况,施工过程见表1厂房混凝土入仓温度见表215保压水温与保压水头对冬季浇筑外围混凝土情况,在保压水头70M条件下,研究了保压水温控制措施,共计算了3种方案1无保温措施蜗壳内水体取当时河水,水体初温117℃,钢蜗壳外表面取气温边界条件4;2采取保温措施水体初温16℃,钢蜗壳外表面采用泡沫塑料保温,Β20W/M2℃。3采取加温措施水体温度低于22℃时就加温,计算时钢蜗壳内表面取恒温22℃,外表面按绝热考虑。在1、2方案中,保压水体同样划分单元参加计算,水的导温系数为001238M2/D以上钢蜗壳外表面边界条件仅适用于尚未被混凝土覆盖的区域。表1厂房施工过程施工项目冬季浇外围混凝土情况年月夏季浇外围混凝土情况年月一期混凝土199910~2000419999~20004二期外围混凝土200012~2001220006~20009卸压2001320009压力钢管合拢20014200010三期混凝土20015~20018200011~20012表2厂房混凝土入仓温度℃区域11月~3月4月~10月5月~9月强约束区自然2016弱约束区自然2018脱离约束区自然2020对夏季浇筑外围混凝土情况,蜗壳内水体取当时河水,水体初温255℃,在无保温措施情况下,计算了两种保压水头方案70M和62M2计算方法21温度场计算引水压力管道合拢前,考虑到坝体混凝土已强迫冷却到稳定温度厨行纵缝灌浆,因此先计算在边界气温作用下的坝体准稳定温度场,在此基础上,进行模拟厂房蜗壳保压浇混凝土施工过程的温度场仿真计算,厂房混凝土按自然冷却考虑。瞬态温度场的计算采用在空间上用有限元离散、在时间上用向后差分的隐式差分格式2。计算采用自行开发的温度场仿真计算程序3DUSTPCG22应力与变形仿真计算在获得大坝与厂房的温度场后进行应力与变形分析,将大坝和厂房作为整体进行仿真计算,从厂房混凝土浇筑开始至运行期,模拟厂房混凝土保压浇筑过程和卸压、运行期加压过程以及由此引起的钢蜗壳与外围混凝土间的接触问题和水库蓄水过程等,考虑了自重、温度和徐变的影响。其中,采用初应变法2,3考虑徐变的影响,接触面单元物理方程见文献4。计算采用自行开发的可同时考虑混凝土温度徐变影响和缝面接触问题的结构仿真分析程序3DCRCPCG23有限元方程组的快速解法计算范围包括坝体、厂房水下结构、钢管和部分岩基。为适应仿真计算的需要,厂房基本上按分层分区划分网格,各浇筑层分两层单元,整个计算模型共划分结点50927个,单元45632个。应力分析时总自由度最后将近145万个,不仅计算规模大、计算时段多,而且还要进行接触问题非线性迭代,计算工作量相当庞大。为此,在3DUSTPCG和3DCRCPCG程序中采用笔者提出的对称逐步超松驰预处理共轭梯度迭代法SSORPCG的改进迭代格式5作为求解器,与常用的大型有限元方程组的一维变带宽存储的三角形分解直接解法相比,在存储量和计算工作量方面都降低一个数量级以上,使得在微机上快速求解大型问题成为可能。方程组的规模越大,其效率更加显著。由于计算工作量少,计算舍入误差也小。3计算成果2003年7月水库蓄水至135M,同年10月机组投入运行。2009年汛后蓄水至175M,下游设计洪水位764M仿真计算是从厂房混凝土浇筑开始至2020年止,几个主要特征时刻的计算成果见表3~表43个特征点A、B、C的位置见图2初期水位运行期的计算成果为2004年的计算结果,且未考虑水击力的影响;正常水位运行期的计算成果是2020年的计算结果,考虑了水击力的影响。计算中考虑了管内水重的影响。表中结点的传压即钢蜗壳与外围混凝土间交界面的法向接触应力或间隙是由接触面单元形心的值按单元面积绕节点加权平均获得,而平均传压或间隙是由蜗壳段所有接触面单元形心的值按单元面积加权平均获得。由这些成果表中可见,间隙或传压的分布是不均匀的。31冬季浇外围混凝土情况311无保温措施从表3可见,卸压前夕2月份,平均传压012MPA到初期水位运行期冬季1月份,下同,平均传压只有010MPA,说明此时的内水压力由钢蜗壳承担。运行季节相同时,正常水位运行期比初期水位运行期的平均传压大045~049MPA,约占内水压力增量062MPA的76运行水位相同时,夏季运行期7月份,下同比冬季运行期的平均传压大030~034MPA,约为剩余水压的46可见,温度对传压的影响是显著的。利用夏冬两季3个特征点处钢板的温差及其外围3M厚混凝土内的平均温差以及平面应变问题的组合圆环轴对称温度接触应力公式,这种影响得到了验证。正常水位运行期夏季的平均传压为089MPA,超过了剩余水压。312采取保温措施采取保温措施后,平均传压虽有所减小,但幅度很小,仅002MPA,可见采取保温措施并不能有效地减小传压。从温度场来看,由于泡沫塑料保温主要对短期的温度骤变如寒潮袭击有效,而且上半圆蜗壳长时间处于低温空气中,浇筑到高程58M时,采取保温措施情况的上半圆蜗壳钢板温度只有747℃,比无保温措施情况只高137℃,时间越长,两者的温度越接近。由于上覆混凝土水泥水化热温升的影响,卸压时上半圆蜗壳钢板温度回升到164℃。313采取加温措施从表3可见,采取加温措施后,正常水位运行期夏季的平均传压为073MPA,比无保温措施情况减小016MPA,说明加温措施可比较有效地减小传压。初期水位运行期冬季尚存在间隙,平均间隙为053MM,接触部位主要在下半圆和上座环附近。表3冬季浇筑外围混凝土情况蜗壳与混凝土界面的间隙和传压时间无保温措施加温措施间隙/MM传压/MPA间隙/MM传压/MPAA点B点C点平均A点B点C点平均A点B点C点平均A点B点C点平均卸压前夕011010016012001004011007初期运行期冬季005019016010044076053004006初期运行期夏季030064061044013051021027正常运行期冬季052082063059031068033043正常运行期夏季07610911308905309508407332夏季浇外围混凝土情况321保压水头70M正常水位运行期夏季的平均传压为068MPA,比冬季浇筑情况且无保温措施情况表3小021MPA初期水位运行期冬季,相当一部分区域尚存在间隙,平均间隙为066MM,比冬季浇外围混凝土但采取加温措施情况的053MM大245322保压水头62M正常水位运行期夏季的平均传压为075MPA,比保压水头为70M情况大008MPA初期运行期冬季尚存在间隙,平均间隙为047MM,比保压水头为70M情况减小019MM,比冬季浇外围混凝土但采取加温措施情况的053MM小113,接触部位也主要在下半圆和上座环附近。总体上说,本计算方案与冬季浇外围混凝土且采取加温措施情况的计算结果是接近的,前者间隙稍小些,但传压略大些。表4夏季浇筑外围混凝土情况蜗壳与混凝土界面的间隙和传压时间保压水头70M保压水头62M

注意事项

本文(水利工程论文-水电站蜗壳保压浇混凝土结构的三维仿真分析.doc)为本站会员(wenku)主动上传,人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知人人文库网(发送邮件至[email protected]或直接QQ联系客服),我们立即给予删除!

温馨提示:如果因为网速或其他原因下载失败请重新下载,重复下载不扣分。

关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们

网站客服QQ:2846424093    人人文库上传用户QQ群:460291265   

[email protected] 2016-2018  renrendoc.com 网站版权所有   南天在线技术支持

经营许可证编号:苏ICP备12009002号-5