（水利工程专业论文）宝珠寺水电站高重力坝厂坝联合作用研究.pdf

中文摘要 题目： 学科名称：盛型王猩 作者姓名：登堡壬 导师姓名：简政教授 摘要 ( 签名： ( 签名： ) ) 本论文结合国家重点工程宝珠寺水电站，在国内首次对高砼重力坝与坝后 厂房联合作用进行了全面系统的研究。提出了在高砼重力坝设计中利用厂房结构承 担大坝坝体的部分传力，以优化大坝断面，减少坝体工程量的设计思路。本研究采 用平面有限元和三维有限元分析手段，针对宝珠寺工程厂坝联合问题，重点研究了： ( 1 ) 高砼重力坝与坝后厂房联合，共同承受上游荷载，坝与厂房之间的传力机理； ( 2 ) 高砼重力坝与坝后厂房联合的结构型式，联台的范围( 接缝高程) ，联合( 并 缝) 时机；( 3 ) 厂坝联合作用对厂房结构的影响，包括厂房结构的应力、位移的变 化。通过对工程实际运行三年的观测资料分析。表明本文关于厂坝联合作用研究成 果是合理性。 本研究的主要成果如下： ( 1 ) 厂圳联台接缝面，传力在高度方向呈抛物线分布，缝顶和缝底传力较小， 中部最大。传力在同一高程基本均匀。宝珠寺工程大坝传向厂膀的力l j 大坝承受总 水平力的1 8 。 ( 2 ) 厂坝联合作i ； ! | 下，坝基、厂基廊力状态分布规律正常，对坝基、厂基没 订特殊处理要求。 ( 3 ) r 坝联台作用f ，厂房承受大j ：! j ! 传力作用，厂房应力状态没有恶化，反 西安理工大学工程硕士专业学位论文 而有好转。 ( 4 ) 厂坝接缝宣选择在厂房蜗壳层以下，使大坝传力传到厂房下部大体积砼 部位，从而使厂房上部结构设计的设计得以简化。 ( 5 ) 厂坝接缝应采用紧密连接型式，接缝面设置三角键槽，埋设接缝灌浆系 统，并在槽内布设过缝抗剪钢筋，以使缝面既传法向力、又传剪力，保证厂坝起到 联合作用。 ( 6 ) 观测资料分析表明：大坝和厂房结构运行状态正常，厂坝联合达到了预 期目标。说明在与宝珠寺类似工程，采用厂坝联合设计，减小大坝断面是可行的。 本论文研究成果仅限于宝珠寺工程厂房基础工程地质良好这一情况，而对厂房 地质条件较差情况下，采用厂房联合的可行性及存在的问题，应采取的工程处理措 施尚需进步研究，采用时应审慎考虑。 关键词：水电站重力坝厂房联合作用 一 垒! ! 塑! ! h i g hg r a v i t yd a mb a o z h u s ih y d r o p o w e rs t a t i o n r e s e a r c ho nc o m b i n e df u n c t i o n so fp o w e rp l a n tw i t hd a m d i s c l p l m et i u e ： a u t h o rn 锄e ： j 1 1 s t 八l c t o rn a l n e w a t e rw o r k s s u nb a o p i n g p m fj 1 a nz h e n g a b s t r a c t 5 一踟p 似扩 】工lc o m b i n a t i o no fn a t i o n “k e ye n 百n e e r i n gp r 叫e c t b a o z h u s ih y d r o p o w e rs t a t i o n ，a n o v e m l la n ds y s t e m a t i cs t u d yi s 右r s t l ym a d eo f 1 1 ec o m b i n e d 血n c t i o n so fh i 曲r e l n f o r c e d c o n c r e t eg r a v l t yd 蛐w i mp o w e rh o u s eb e h m dt h ed a i n ，a n dan e wd e s i g nm i n h n g w a yi s s u g g e s t e dt ou s et h 。p 。w e rh 。u s es t m c t u r et ob e a rt h 。p a r 七。ft r a n s f b r r i n gf o r c eo ft h ed a m b o d ys o a st o0 p t l r n i z et h ed a mc r o s ss e c t l o na 1 1 dt or e d u c e 。n g i n e e 咖gq u a n t i t i e so f d a mb o d y w o r k si nd e s i g l l i “gh i g hr e 抽f o r c e dc o n c r e t e 口a v i t yd a mi nm i 8p 印t h 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程砸：匕专业学位论文 a c c o u t n sf o r1 8 o f t o t a li e v e ii o r c eb o mb yt h ed a m ( 2 ) u n d e rt h ea c i o no f c o m b i n l n gp o w e rh o u s eh q t hl h ed a i l l ，t l es n e s ss 协t ed 】s t r 】b u t l o n l a wo fd a mf o u n d a t i o na n dp o w e rh o u s ef o u n d a t l o n1 sn o 册a ls o 山a tm e r e1 sn os p e c l a l t r e a t m e n tr e q u i r e m e n tmd a mf o u n d a t l o na 1 1 dp o w e r1 1 0 u s ef o u n d a t l o n ( 3 ) u n d e rt h ea c t i o no fc o m b l m n gp o w e rh o u s ew i t ht h ed a m ，p o w e rh o u s eb e a r st h e 廿a n s f e r r i l l gf o r c ef i l n c t i 。ns ot h a tt h e r ei sn oc h a n g em s t r e s ss t a t ei np o w e rh o u s e ，w h e r e a s m e r e1 sa b e n e rr e t u m ( 4 ) ni ss u l t a b l ef o r j o m is e a r n so f p o w e rh o u s ea n dd a r nt ob es e l e c 把db e l o wc h ew o r m s h e l l1 a y e ro f p o w e r h o u s ei no r d e rt h a l t h et 阐1 s f e r n n gf o r c eb yt h ed a mc a i lb et r a l l s f e r r e 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t yd a mp 。w e rp 】a n c o m b l n e df u n c t 】o n s 1 绪论 1 绪论 1 1 项目背景及研究目的和意义 我国地域辽阔，河流众多，水量充沛，落差巨大，蕴藏着极为丰富 的水能资源。据第3 次全国水能资源普查，全国水能资源理论蕴藏量6 8 亿k w ，年发电量5 9 亿k w h 。无论是水能资源理论蕴藏量，还是可开 发容量，我国均居世界第位。截止( 1 9 9 9 ) 年底全国水电装机容量为 7 3 0 0 万k w ，年发电量2 3 4 0 k w h ，居世界第二位，但水电资源开发利用程 度仍然很低。按装机容量统计，开发程度为1 9 3 ，远远低于工业发达国 家5 0 1 0 0 的开发水平，甚至排在很多发展中国家之后，位于世界第 8 3 位。 国家西部大开发战略的实施，为水电的建设与发展迎来了新的机遇， 水电大开发的时代即将到来。水电投资大、建设周期长一直制约着我国 水电的发展，如何提高水电设计技术水平，减少水电工程投资，缩短建 设工期是水电界共同关注的问题。 混凝土重力坝做为一种最常用的坝型广泛应用于水电工程中，我国 高坝建设中混凝土重力坝发展最早最快，目前我国坝高1 0 0 m 以上的重力 坝有2 0 座，长江三峡大坝为混凝土重力坝，坝高1 8 3 f f i ，是目前正在建设 中规模最大最高的重力坝。随着西部大开发的实施，水电将得到大的开 发，一批高混凝土重力坝将兴建。由于大坝在工程投资中占有很大的比 重，所以重力坝的设计优化工作对于减小大坝工程量，降低工程造价， 缩短工期，具有重要意义。 对于拦河坝为混凝土重力坝，厂房采用河床坝后式布置的水电站枢 纽，通常在大坝、厂房间设有永久缝进行分离，使其各自成为独立的受 力结构，设计中大坝，厂房均独立进行稳定及应力分析计算，并满足规 范要求。本项目首次提出拦河大坝与坝后发电厂房联合作用的设想；以 一定的结构型式将厂坝连接成整体，使其共同承受外荷载，将作用于坝 耍至堡三查兰三堡竺圭堂垡丝兰 一一 体上的一部分荷载传递到厂房上，充分利用厂房下部砼自身的重量及尾 水压力来增加坝体稳定，从而达到优化重力坝设计断面，减少坝体工程 量，降低工程造价的目的。本项目针对国家重点工程宝珠寺水电站进行 研究，其对宝珠寺工程有非常重要的实用价值，研究的成果将为砼重力 坝设计提供一个新的思路，并为今后类似的水电工程提供宝贵经验。 1 2 厂坝联合研究概况与发展趋势 从7 0 年代以来，在国内修建的水电站中，如石泉、安康、乌江渡、 漫湾水电站都采用厂坝联合作用进行设计。我们注意到，上述电站不管 厂坝采用什么结构型式连接，主要是为解决下游高尾水位情况f ，因厂 房本身抗滑稳定不满足要求，而采用厂坝联合结构，借助大坝提供的抗 力来保证厂房的抗滑稳定要求。上述 二程对此类型厂房联合作用进行了 一些研究。 本项目所研究的宝珠寺水电站为河床中间坝后式厂房，厂房本身抗 滑稳定安全系数较大，为优化大坝设计断面，节省坝体砼工程量，采用 了厂坝联合型式，所以宝珠寺水电站的厂坝联合作用的方式和目的与其 它电站不同，它是有意让厂房来帮助大坝承担部分上游水平推力，使大 坝满足抗滑稳定要求，从而减小坝体断面。 在宝珠寺水电站之前，国内高重力坝中采用厂坝联合，依靠厂房提 供抗力，优化大坝断面的研究尚无系统、全面的研究成果。 近几年来，重力坝设计理论有新的发展。主要表现在坝体设计除采 用材料力学法进行结构分析外，还采用有限元分析，将有限元分析得出 的拉应力区的宽度不大于坝底宽的1 5 作为坝体断面设计的控制标准： 用概率理论，进行可靠度分析：用数学规划方法对坝体断面优化；考虑 坝体分层施工和分期蓄水，对坝体应力仿真计算，用断裂力学分析坝体 裂缝的产生及扩展；这些新的理论和方法己被广泛应用于高重力坝设计 中。采用厂坝联合方式优化坝体断面也已开始被运用于高重力坝设计中， 2 一 绪论 继宝珠寺工程之后，万家寨、三峡重力坝也采用了厂坝联合作用的型式。 随着一批新的重力坝的兴建，厂坝联合这种新的重力坝设计思路，将不 断地被采用。 1 3 本研究的主要内容及特点 1 3 1 研究的主要内容 本研究主要是针对宝珠寺水电站工程设计优化中，提出厂坝联合作 用这一设想而进行研究的，其主要内容包括以下几个方面： ( 1 ) 对高砼重力坝与厂房联合，共同承受上游荷载，两者间的传力 机理进行分析研究。 ( 2 ) 根据宝珠寺工程和其发电厂房布置特点，并结合厂房结构、工 程施工进度，研究厂坝接缝高程及并缝时机。 ( 3 ) 研究在各种工况条件下，大坝给厂房传力作用的数量及厂房自 身工作状态的相适应性。 ( 4 ) 分析厂坝联合作用后，传力作用对厂房结构的影响，包括厂房 结构的应力、位移的变化和工作状态评价。 ( 5 ) 分析厂坝接缝面的应力、位移和基础受力状态，研究厂坝接缝 的结构型式。 ( 6 ) 对厂坝联合作用与厂坝分缝两种结构型式进行对比分析，研究 大坝的稳定性和应力状态。 ( 7 ) 对工程运行后实际观测资料进行分析，验证厂坝联合作用研究 成果的合理性。 1 3 2 本研究的特点 本研究结合宝珠寺工程实际条件，提出在高砼重力坝设计中利用厂 房结构承担大坝坝体的部分推力，以优化大坝断面，减小坝体工程量的 设计思路，首次对高砼重力坝采用厂坝联合结构型式的传力机理进行系 3 一 丽安理工大学t 程硕士学位论文 统分析研究，得出联合后厂房应力分布状态没有恶化，而是好转这结 论。并首次通过实际观测资料对高砼重力坝厂坝联合研究成果进行验证。 1 4 研究的总体思路及技术路线 根据研究内容，拟定本研究的技术路线如图卜1 所示。 采用厂坝联合作用的可行性分析 j 厂、坝结构的计算简化及假定 00j i 平面有限元( n o l m ) 分析平在有限元( a d i n a ) 分析 二维有限元分析 上 分析研究成果 + 原型观测资料分析 0 研究结论 厂坝联合研究关键是三个闯题，即：厂房能为大坝提供多大的抗力， 联合后对厂房结构有什么影响及联合后厂坝的工作状态。研究采用平面 有限元，三维有限元进行计算分析，并以三维有限元分析为主要研究手 段。提出厂坝联合的综合研究成果。根据运行后的原型观测资料的分析， 验汪厂坝联合研究的合理性。 d 2 宝珠寺水电站采用厂坝联合用可行性 2 宝珠寺水电站采用厂坝联合的可行性 2 1 工程概况 宝珠寺水电站位于四川省广元市境内，是嘉陵江水系白龙江干流下 游已建的第二个梯级水电站。工程以发电为主，兼有防洪、灌溉等综合 效益，正常蓄水位5 8 8 m ，水库总库容2 5 5 亿m 3 ，调节库容1 3 4 亿m 3 ， 为不完全年调节。电站装机容量7 0 0 m w ，保证出力1 4 5 m w ，年发电量2 2 亿k w h 。远景可灌溉嘉渠地区2 3 3 万亩农田。水库削减洪峰流量可减轻 下游城镇洪水威胁。 宝珠寺水电站工程为大( 1 ) 型一等工程，枢纽主要建筑物为i 级建 筑物。枢纽采用中间坝后式厂房布置方案，泄水建筑物分别布置于河床 厂房左右两侧。枢纽主要建筑物由拦河坝，泄水表、中、底孔，电站厂 房，过水道，8 2 1 厂取水工程和予留农业灌溉取水口组成。 拦河坝为混凝土实体重力坝，共分2 7 个坝段，l4 1 0 4 坝段为右岸挡 水坝段，1 1 。2 14 坝段为河床泄水及厂房挡水坝段，2 2 4 2 24 坝段为左岸 挡水坝段。拦河坝坝顶全长5 2 4 4 8 m ，坝顶高程5 9 j m ，最大坝高1 3 2 m 。 电站厂房位于河床中部1 4 “1 8 。厂房挡水坝段的坝后，电站进水口底 板高程5 3 8 m ，四台机组由四条7 m 直径的坝内埋藏式压力引水钢管单独供 水。主厂房的轮廊尺寸1 2 2 m 2 6 m 5 1 8 m ( 长宽高) ，厂内安装有四 台单机容量为1 7 5 m w 的h l d 8 9 一l j 一5 0 0 型水轮发电机组，发电机层高程 4 9 8 7 m 。主安装间布置在厂房左端1 94 坝段左底孔的泄槽下，副安装间则 布置于厂房右端的1 4 4 坝段坝后。副厂房及四台主变压器布置在主厂房的 上游侧厂坝间4 9 8 7 m 平台上。敞开式开关站布置在下游坝面高程5 2 5 3 m 和5 3 5 0 m 两个平台上。 泄洪方式采用坝身泄洪。泄水建筑物由两底孔、两中孔、两表孔组 成。左底孔( 2 孔一4 8 m ，进口底板高程5 3 0 m ) 布置于紧邻主房左侧的 一5 一 亘窒型三查堂士翌堡主兰垡堡苎 1 9 。坝段，右底孔( 2 孔一4 8 m ，进口底板高程5 l o m ) 布置于紧邻主厂房 右端的1 3 4 坝段。两中孔( 1 3 1 5 m ，孔口堰顶高程j 6 0 m ) 布置于右底孔 右侧的1 l4 、1 2 4 坝段，两表孔( 1 5 1 7 3 m ，孔口堰顶高程5 7 1 m ) 布置于 左底孔左侧的2 0 4 、2 l9 坝段。 2 2 采用厂坝联合作用的可行性 根据大坝的稳定和应力状态，大坝和主厂房工程地质条件，经分析 宝殊寺水电站采用厂坝联合作用的设计方案有以下基本条件。 ( 1 ) 厂坝坝段的基本设计断面是由大坝抗滑稳定控制的，堑力条件 不控制。因此若厂房提供部分抗力，就有可能减少大坝的基本断面。 ( 2 ) 根据大量的工程地质勘探成果，厂房基础位于0 ：2 。、o 。2 。3 层， 厚层状钙质粉砂岩层，该岩层完整性好，强度高，e 。= 2 】0 4 m p a ，v ，。= 4 2 0 0 4 4 0 0 m s ，工程地质条件良好。 ( 3 ) 根据计算分析，主厂房自身稳定条件好，厂房抗滑稳定安全系 数，正常运行情况：按纯摩计算k = 8 8 4 ，设计情况：k = 4 2 0 ；厂房基础 应力也满足规范要求。抗滑稳定安全系数裕度很大，白稳条件很好。 ( 4 ) 电站厂房位于河床中部，其基础开挖高程不是由机组安装高程 控制，而是由微新岩层顶板线的高程控制，厂房基础设计开挖高程4 6 3 m 4 6 4 m ，低于尾水底板设计高程，因此厂房基础部分砼体积较大，厂坝并 缝接触面积较大，对采用厂坝联合作用的结构型式的实施提供了有利条 件。 宝珠寺水电站厂房位于坝后，按千年一遇洪水设计，下游尾水位并 不高，厂房自身抗滑稳定安全系数满足要求，且裕度大，厂坝联合作用 的目的是把厂坝作为一个整体挡水结构，使之整体满足抗滑稳定要求， 寻求一个合理并且较优的结构型式，达到优化大坝设计断面的效果。 经过对已建工程经验的分析，有以下几点认识： ( 1 ) 不论厂坝接缝采用整体连接或是平缝连接型式，大坝与厂房都 2 宝珠寺水电站采用厂坝联合用可行性 相互传递作用力产生，只是在不同的工况条件下传力作用不同而已。因 实际上大坝和厂房基础是连在一起的，基础变位是连续的，相互间不可 能没有影响。 ( 2 ) 在厂坝联合共同受力条件下，厂房内部结构和基础的应力状态、 变形，通过一定的工程措施是可以解决的。 ( 3 ) 如果采用厂坝分缝的结构型式，使大坝和厂房成为两个互相独 立的建筑物；完全靠加大坝体断面来满足稳定应力要求，这种设计是不 经济的。如宝珠寺水电站厂房布置于河床中部坝后，大坝下游又被厂房 遮挡，采用什么措施能保证下游水压力作用在大坝上，来提高坝体稳定， 也是难以实现的问题。因此将厂坝以一定的结构型式连接成整体，使其 共同承受外荷载，可将作用于坝体上一部分荷载传递到厂房上，充分利 用厂房下部砼自身的重量及尾水压力来增加坝体的稳定，从而可减少坝 体的砼量； ( 4 ) 厂房基础的工程地质条件应较好，不会因厂房基础地质条件造 成厂房基础应力和厂内结构应力及变位变得恶化。安康水电站由于厂坝 基础缓倾角构造密集，岩层产状平缓，采用了深挖凿槽进行砼置换处理 后，厂坝采用整体连接方式。因此工程地质条件是决定厂坝连接型式的 重要前提。 通过对国内己建水电工程的经验的分析，厂坝连接整体受力的设计 方式已经在国内有成功经验，结合到宝珠寺水电站枢纽布置的特点，不 采用厂坝联合受力的设计方式，坝体砼工程量是较大的。宝珠寺水电站 有条件利用厂房下部大体积砼的重量，解决坝体稳定问题。 ! ：! ：塑壁垒堡堡堕茎查兰塑塑丛竺堡塞一 3 厂坝联合设计的基本参数和计算假定 3 1 水电站厂房设计简介 宝珠寺水电站拦河坝为实体砼重力坝，河床中间坝后布置厂房。电 站厂房坝段为1 5 。l 矿四个坝段，坝内埋设直径7 m 的引水钢管，每个坝 段宽度2 1 5 m ，机组段宽度与其相适应，但两者互相错位6 m ，坝底长9 2 m 。 厂房位于坝后，底宽4 0 m ，厂内装有四台机组，每个机组段宽度2 1 5 m ， 机组段间设置永久伸缩缝。 机组安装高程： d 8 4 5 0 m 尾水管底板高程： 4 6 7 4 发电机层地面高程： 4 9 8 ，7 0 - 水轮机层地面高程： 4 9 1 5 m 厂房顶部高程： 5 1 9 2 0 m 主厂房最大高度： 5 1 ，8 m 厂房按千年一遇洪水设计，相应下游水位4 9 7 9 m ；正常运行( 四台 机满负荷) 情况相应下游水位4 8 8 ，4 3 m 。 3 2 厂、坝结构简化及计算假定 拦河坝及厂房均为复杂的空间结构，有限元计算中作了必要的结构 简化。 ( 1 ) 厂房为多孔洞、体型复杂的空间结构计算模型，平面有限元计 算时，简化为按机段段宽度( 2 i 5 m ) 折算成单位厚度1 o m 的平面问题； ( 2 ) 坝体断面取与厂房段对应的计算段，坝体内部廊道及其它孔洞 较多，计算中只考虑钢管道及闸门腔空洞的影响； ( 3 ) 平面有限元计算时，坝体的钢管、门腔及厂房内蜗壳、尾水管、 楼梯问等空洞部位按体积大小折算成不同厚度，在有水重的部位如钢管、 一8 一 堕型三查兰三堡堡圭兰竺堡苎 蜗壳、尾水管等按体积比折算成不同的容重，因此结构模型按等厚度、 变容重、变弹性模量的平面应力问题处理。 ( 4 ) 基础计算范围在坝踵向上游，尾水管出口向下游，基础面向下 均取倍左右的坝高，基础上下游边界为水平向约束，基础底部为垂直 向约束。 ( 5 ) 厂与坝的接缝按夹层节理单元处理，分缝时，节理单元不计入， 并缝时，计入分缝处的节理单元。 3 3 计算基本参数 ( 1 ) 上下游水位： 初期发电水位 正常蓄水位 设计洪水位 校核洪水位 上游水位 下游水位 上游水位 下游水立 上游水位 下游水位 上游水位 下游水位 5 5 0 o o m 4 8 6 3 0 m 5 8 8 0 0 m 4 8 7 4 0 m 5 8 8 3 0 m 4 9 7 9 0 m 5 9 1 8 0 j 】) 5 0 2 5 m ( 2 ) 基础地质情况及主要参数 河床坝段坝基及发电厂房基础为奥陶系条带状砂岩，从上游向下 游排列为o z ”1 、( ) 。22 、0 1 2 + 2 、o ：3 、o 。2 。4 及s 。页岩岩层，坝轴线附近为岩 性较软的o z 2 。1 层，e f 8 1 0 3 m p a ，o ：4 层及s 。页岩大部分出露于厂、坝基 础下游。厂坝基础岩层主要发育有断层n 、f ：及顺层发育的泥质夹层d ；、 d 。、d 。、d 。、d ，等。 岩层及各地质结构面物理特性指标见表3 1 、3 2 。 ! ：塑壁垒丝生塑苎查茎塑塑盐基堡塞 一 呈墨 划 吝 多e gl呈 。 靠 导墨6 睁 导 l 粲，、 z z o oo 一 h 一 一 oo oo 一一 一_ o 一一 一一 一 o 冀羔 一 ooo oooo o 一 h 一 h 。一 o o 堡 一 墼 鉴 趣 蝠 皇 密 j 是 nnnt 暂 ，、 oo o o o ooo oco 彗萼 _ _ 一 一 - _ _ 一 一 hh h - 一 一 。 n 甘o l o on。 制。 n “ _ 一 一 例”e 谗 v 掣 l 鉴 掣 鳖 最 盂 蠡 “ 。h 叫 苦i 芍萝 ? 雌 i 掣 挺 芍 口 弩 百 菖 芍芍 o 芎 婶 求凹 1 0 一 适罂扑r哥s喽瑕翟确刊爨赠 t _ 曝 西安理工大学工程硕士学位论文 了 芍 翅 捌稍 制删 ， 墨 “k“l些昱 喽嵝 嵝踏 弩噬鉴鉴 鉴 芍 妇 n l【ln 恻m ? m f p m_ 。i o ooooooooooo 媳燕之 一 一一 h- _ 一一 _ _ 一_ _ 厦垛暑 燃 一一 hhhh叫 _ _h_ _h h h 蜊 一 千 骢漆之 。 oo o o oooo。 oo 一 一 _ 一hhh 一 h一 一 h一 匠帐吾 尽 一 oooooooooooo 一 - _刊 h一 hh 嚣3 o 量g dd o 口缸 墼运“ 掣器 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方案三：厂坝联合，接缝高程4 9 1 ot l ，初期发电水位5 5 0 m 时并缝： 方案四：厂坝联合，接缝高程4 8 1 o m ，初期水位时并缝； 方案五：厂坝联合，接缝高程4 8 1 0 m ，初期发电水位5 5 0 m 时并缝。 4 2 加载过程 计算加载过程共1 1 步，见图4 1 、图4 2 。本次计算要模拟不同的 并缝时间和不同的接缝高程，以确定这两个重要的边界条件对厂房结构的 影响。接缝高程，选定两个为4 8 1 o m ( 引水压力钢管底部高程位置) 、 4 9 1 0 仃1 ( 蜗壳层顶部位置) 。并缝时问，选定两个，其一为水库水位达到 初期发电水位5 5 0 m 时，厂、坝进行并缝( 图4 1 ) ；其二为初期水位厂坝 并缝，即计算中在施加坝体和厂房自重时，实行并缝联合( 图4 2 ) 。加 载过程l 6 步为施加结构体的自重，7 1 l 步分别施加相应的计算水位 情况。 西安理工大学丁程硕士学位论文 _ 一 初自初期并 应发电 力重水位缝 正常设计 蓄水洪水 位位 图4 1 初期发电水位并缝的加载过程( 示意图) 【。_ 。_ _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ - - - - 一 初并自 初期 应 发电 力缝重水位 正常设计 蓄水洪水 位位 图4 2 初期水位井缝的加载过程( 示意图) 4 平面有限元( n o l m 8 3 程序) 分析 4 3 计算成果分析 4 3 1 厂房结构应力 图4 3 给出厂房结构8 个单元的位置。表4 一l 给出厂房结构这8 个 单元第二主应力值。 表4 1 厂房结构部分单元第二主应力值表单位：m p a 12 345678 1 方案一一l6 40 7 5一1 1 lo 7 40 8 8一o 4 lo 5 7o 3 7 方案二 一1 7 01 1 22 0 51 2 3一1 3 30 7 6一1 3 2一1 3 4 方案三 一1 5 71 2 421 81 4 41 5 1一o8 71 4 51 5 1 方案四 一18 2l1 3一1 8 81 3 11 2 2一o 5 92 5 0一04 l 方案五 一1 8 01 2 520 4一1 5 313 8一o 7 227 304 3 从表中数值分析，方案一厂坝分离时，厂内结构应力分布及数值与 四个厂坝联合方案比较，厂坝联合时，厂内结构应力发生变化。说明大 坝传力给厂房后，厂内结构应力分布进行调整。方案二和方案三比较， 方案四和方案五比较，在并缝时间不同的条件下，厂内结构应力分布规 律基本一致，均为主压应力。从应力量值上无量级的差别，但在j 5 0 m 高 程初期发电水位时并缝时( 方案二、方案五) 厂内结构应力较大。方案 二与方案四比较，方案三与方案五比较，在厂、坝接缝高程不同时，除 厂房上游缝面及厂房底板下游端的单元应力增加外，厂内结构内部单元 应力有所减小，但从量值上没有大的差别。但4 9 1 0 m 高程并缝情况，由 于4 8 1 o m 高程4 9 1 0 1 i 】高程为蜗壳层、厂房上游侧边墙，厂内空腔结构 体型复杂，要承受较大的作用力显然对结构是不利的。因此选用并缝高 程4 8 1 o m ，此高程以下为大体积砼，厂、坝联合作用条件对厂内结构应 力影响不大。厂、坝并缝时间主要从施工进度和施工条件来确定，但库 水位不宜高于5 j o m ，否则在高水位时厂坝联合并缝，坝体变位量增大， 则接缝面压紧致使张开度不够，将不能满足接缝灌浆要求，接缝质量难 于保证。 耍塞型三查兰三矍塑主鲎垡笙苎 圈4 3 厂房结构单元位置图 4 3 2 厂坝接缝面传力 厂坝接缝面传力多少是厂坝联合作用最关心的问题之一，衷4 2 给出 了接缝面的平均应力，总的单宽水平作用力。从表4 2 中可以看出，厂坝 接缝面上承受大坝传给厂房的作用力的大小，方案二和方案四基本相同， 方案三和方案五基本相同。初期发电水位并缝，p = 1 8 9 0 t m ，厂坝初期并 缝时，p = 2 4 9 0 t m ，故厂坝联合作用时，坝传给厂房的作用力大小受并缝 时间控制，接缝高程并不控制。 表4 2 厂坝接缝面上的作用力 计算方案 i 目 方案i方案三方案四方案五 平均压应力( m p a ) 0 6 909 0 ii1 1 3i4 6 7 单位宽度总水平作用力p ( t m ) 1 8 9 2 22 4 7 801 8 9 132 4 9 33 p 占上游总水平为 2 46 93 2 2 32 4 6 03 24 3 平均剪应力( m p a ) 仉4 1 7 o 4 6 io 6 2 706 8 5 4 平面有限元( n o l m 8 3 程序) 分析 4 3 3 机组中心线变位 从计算成果分析，机组中心线的水平变位比较均匀，其偏角较小， 且厂坝联合作用时的偏角小于厂坝分缝时偏角，所以厂坝联合作用条件 下，机组中心的水平变位并没有恶化，不会影响机组安装运行。计算简 图见图4 4 ，各方案计算结果见表4 3 。 表4 3 机组中心线偏移角 计算方案偏移方面4 8 4 5 m 高程位移( 口m ) 方案一o 。o 7 1 96 4 ”逆时针o 7 1 4 方案二o 。0 1 9 6 ”逆时针 0 ，0 7 1 2 方案三 0 。0 7 1 9 6 ” 逆时针 0 0 7 1 2 方案四 0 。0 1 17 9 ” 逆时针 04 2 9 方案五 o 。0 9 8 2 ” 逆时针 03 5 7 从表4 3 中数值看出，各种计算方案，机组中心线偏移角均很小， 且偏移方向一致。厂坝分缝时( 方案一) 偏移角最大；高并缝方案( 方 案二、三) 偏移角最小。表中同时给出了在机组安装高程4