水电站机墩结构自动计算表格Excel

1、机机 墩墩 结结 构构 计计 算算说明：1 本计算适用于圆筒式机墩的结构计算2 计算中未特殊说明处单位采用国际单位为N m kg s3 本计算主要参考资料为小型水电站-厂房（第二版 陈坤等著 水利电力出版社）4 黄色背景部分为输入数据，除此之外不建议修改其他地方 5 若发现任何错误请发Email到徐林（2005.2） 3水水电电站站机机墩墩结结构构计计算算（一一）计计算算原原理理、内内容容及及相相关关假假定定 机墩为立式水轮机的支承结构，其底部固结在水轮机层大体积混凝土或蜗壳顶板上，上部与风罩或发电机层楼板相连接。上部荷载通过机墩传递到基础上。 机墩必须进行静力计算和动力计算。静力计算根据短路

2、时荷载组合，求出机墩截面内力，作为配筋依据。动力计算则分别根据正常运行、短路时和飞逸时的三种荷载组合情况，验算机墩共振、振幅、和动力系数，以保证结构的刚度和抗振条件。 该机墩的形式为圆筒式，结构简图如图所示。在静力计算中，假定圆筒或立柱的底部均为固定端，不考虑蜗壳顶板变形影响；在动力计算中则计入顶板变形影响。机墩顶部均假设为自由端，不考虑楼板刚度的作用，除分离式连接外，楼板荷载都传递到机墩顶部。作用于圆筒式机墩的楼板荷载、风罩自重及机组荷载均假定均布在机墩顶部，但必须根据各荷载世纪作用位置化算为相当圆筒中心圆周的荷载。 荷载组合（1）基本组合：正常运行时：垂直横荷载+垂直集中荷载+正常扭矩+水

3、平离心力（2）特殊组合：短路时：垂直横荷载+垂直集中荷载+正常扭矩+短路扭矩+水平离心力飞逸时：垂直横荷载+垂直集中荷载+水平离心力( (二二）荷荷载载及及其其他他基基本本资资料料1 1 发发电电机机部部分分发电机的出力N=30000000 w发电机转子连轴重230000 N发电机定子重106000 N上支架重68000 N下支架重17200 N机组正常转速n=273 r/min功率因素cos=0.8发电机暂时电流暂0.24375发电时间因数Ta0.279 s励磁机转子重29000 N励磁机定子及其附属设备重47000 N2 2 水水轮轮机机部部分分水轮机转轮连轴重21200 N轴向水推力V3

4、151000 N水轮机飞逸转速np=600 r/min水轮机导叶叶片数16水轮机转轮叶片数15上面两数的最大公约数c1转动部分偏心矩e0.0005 m3 3 蜗蜗壳壳部部分分蜗壳顶板计算跨度la2 m蜗壳顶板厚度t0.65 m蜗壳顶板中心到机组中心的距离ra2.45 m蜗壳顶板上的单位力到机组中心的距离r01.95 m4 4 钢钢筋筋混混凝凝土土的的材材料料特特性性机墩混凝土C15拉=1200000压=1.00E+07钢筋混凝土容重b=24000 N/m3混凝土泊松比=0.166667混凝土弹性模量E压2.30E+10 N/m2混凝土弹性模量E弯1.45E+10 N/m245 5 荷荷载载楼板

5、传递到风罩的荷载p5=10400 N6 6 相相关关系系数数动力系数=1.5材料疲劳系数c0=2（三三）机机墩墩形形式式及及结结构构尺尺寸寸该机墩为圆筒式机墩，其结构形式如图所示。其中各尺寸数值见下列数据（单位：m）。h1= 2.15Rd= 1.45h2= 0.45Dd= 1h3= 1.3B2= 0.82h4= 1.8r6= 2.075h5= 0.35Rf= 2.5h6= 1.75Df= 0.3典型机墩图（四四）静静力力计计算算1 1 在在垂垂直直荷荷载载作作用用下下的的内内力力计计算算（法法向向应应力力的的计计算算）计算机墩的法向应力，并由此来进行机墩竖向钢筋的配置。（1）荷载计算1）垂直荷

6、载(取单宽圆筒计算)风罩自重p1=10.31.324000=9360N圆筒自重p2=1(0.82-(2.5-1.45-1)0.4524000=8316 Np3=0.5(1.75-1.3+1.75+0.35-1.3)(2.5+0.3-1.45-1)24000=5250 Np4=12.15124000=51600N发电机层楼板荷载p5p5=10400 N发电机固定部分重量V1=68000+106000+47000=221000 N发电机固定部分荷载p6=V1/(2r6)=16951 N2)垂直动荷载5机组转动部分重量V2=230000+21200+29000=280200 N机组转动部分荷载p7=

7、V2/2r6=21491.7轴向水平推力V3传递来的荷载p8=V3/2r6=11581.88 N3）各荷载作用点位置r1= 2.65me1= 0.7mr2= 2.065me2= 0.115mr3= 2.608667me3= 0.658667 mr4= 1.95me4= 0mr5= 2.65me5= 0.7mr6= 2.075me6= 0.125m4)转化为相当于单宽圆筒周长上的荷载p1= 12720Np2= 8806.431Np3= 7023.333Np4= 51600Np5= 14133.33Np6= 18037.56Np7= 22869.34Np8= 12324.31N(2)内力计算1）计

8、算模式选择=0.935846/= 3.356955 H=2.15+0.45=2.6固固机机墩墩应应按按照照上上端端自自由由、下下端端固固定定的的偏偏心心受受压压单单宽宽，圆圆筒筒柱柱计计算算内内力力。2)最大内力发生在底面截面。计算最大纵向力和最大弯矩N= p1+p2+p3+p4+p5+p6+C0p7+C0p8= 217901.6NM= p1e1+p2e2+p3e3+p4e4+p5e5+p6e6+C0p7e6+C0p8e6= 39888.42Nm(内壁受拉)（3）边缘发向应力计算，利用偏心受压公式计算压=N/A-0.5Mh/J=457232.1 N/m2压= 10000000拉=N/A+0.5

9、Mh/J=-21428.9 N/m2拉= 1200000说说明明拉拉压压应应力力并并未未超超过过混混凝凝土土的的抗抗拉拉强强度度, ,只只需需要要按按照照构构造造进进行行配配筋筋即即可可2 2 主主拉拉应应力力验验算算以此验算主拉应力是否超过混凝土的允许拉应力，以决定是否配置斜筋。（1）正常扭矩Mn引起的剪应力n正常扭矩Mn=0.975Ncos/n=85714.3圆筒水平截面的极惯性矩Jp=(D外4-D内4)/32=49.65209剪应力n=C0MnR内/Jp=7509.395 N/m2（2）短路扭矩Mn引起的剪应力n短路扭矩Mn=0.975N/n暂=439560冲击系数=1.859293 （

10、式中t1=30/n=0.1099 )剪应力n=MnR内/Jp=23866.95 N/m2=-42202)1(3hgm=+-+-aaTTtaeetT01. 011)1 (1216（3）正常转速下水平离心力Pm引起的剪应力m水平离心力pm=0.0011eV2n2=11485.7剪应力m=2812.308 N/m2（4）飞逸转速下离心力Pmp引起的剪应力mp。Pmp=0.0011eV2np2=55480 Nmp=13584.39(5)机墩内壁的总剪应力值正常运行时1=n+m=10321.7 N/m2短路时2=n+m+n=34188.65 N/m2飞逸时2=mp=13584 N/m2(6)机墩内部主拉

11、应力（短路工况）Tmax=-46543 N/m2（拉应力）Tmax2030%0.95872030%0.9472030%均均满满足足要要求求！2.2. 动动力力系系数数验验算算垂直方向：-0.00431.5水平方向：1.001711.51.002811.5均均满满足足要要求求！故故静静力力计计算算中中动动力力系系数数仍仍取取1.51.5=rGJH=jjJ30=-1011nnn=-02022nnn=-03032nnn=-=2011111nnh=-=2022211nnh=-=2032311nnh83.3. 振振幅幅验验算算（1）垂直振幅A1。P1=p7+p8=33074 NG1=Pi+tlab=16

12、6151 N1=0.104n01=446.8412=1996651=0.104n=28.39212=806.10579.8E-06 m(2) 水平横向振幅正常运行时2=0.104n02=686.8722=471794.92=0.104n=28.39222=806.10571.9E-07 m飞逸时2p=0.104np=62.42p2=3893.769.14E-07 m（3）水平扭矩转振幅正常运行时3=0.104n03=535.9632=287250.11.13541E-06m（其中w3=w2)短路时6.95803E-06m（4） 振幅验算垂直振幅A1=9.80581E-060.10.15 10-3m水平振幅之和正常运行时：A2+A3=1.32E-06 0.150.2 10-3m飞逸时：A2p=9.13926E-070.150.2 10-3m短路时：A2+A3=7.14612E-060.150.2 10-3m振振幅幅均均满满足足要要求求. .（六