巨型水轮机蜗壳不同埋设方式的结构非线性分析.pdfVIP

第43 卷第23 期 人 民 长 江 V0 1．4 3．No ．23 2 0 1 2年 1 2 月 Yangt ze Ri ver Dec ．， 2012 文章编号：1001—4179( 2012) 2 3—0043 一04 巨 型 水 轮 机 蜗 壳 不 同 埋 设 方 式 的 结 构 非 线 性 分 析 祁勇峰1’2 ，陈 琴1 ’2 ( 1 ．长江科学院材料与结构研究所 ，湖北武汉4 300 10； 2．水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心， 湖北武汉4300 10) 摘要 ：巨型水轮机蜗壳埋设方式的选择对机组安全运行有重要影响。基于MARC软件对 向家坝水电站地下 厂房蜗壳结构的不同埋设方式进行三维非线性有限元分析，比较了不同埋设方式下混凝土的裂缝分布、钢材 应力、结构位移 。结果表 明，直埋垫层组合埋设方式具有 明显优势，既能充分发挥混凝土的联合承载作用，又 能满足结构强度、刚度 、限裂、上抬位移等控制标准 ，是适应于该电站巨型蜗壳的最优埋设方式 。 关键词 ：蜗壳；埋设方式 ；非线性 ；垫层；向家坝水 电站 中图法分类号：TV734 ．21 文献标志码：A 随着我国水电事业的不断发展，在建及拟建的水 壳的承载能力，又能满足机组的安全稳定运行 的最优 电站机组蜗壳EI 趋向巨型化发展。单机容量的增加虽 埋设方式 ，为巨型机组蜗壳埋设方式的合理选择以及 然降低了水轮机的成本，但在蜗壳结构的设计、埋设方 配筋设计，提供科学依据并积累实践经验 。 式、安装施工及机组稳定运行等方面却面临着不少技 l 力学分析模型 术难题，需要深入研究。其中，蜗壳埋设方式的选择关 系重大，它不仅直接影响水 电站厂房的尺寸和施工工 采用大型非线性有限元分析软件MARC提供 的 期，而且还决定 了钢蜗壳和外围混凝土 的受力和变形 基于Dr ucker —Pr a ger 屈服准则 的压缩塑性模型、混凝 特性，甚至会影响机组的安全稳定运行。因此，巨型水 土软化模型以及蜗壳钢板与外围混凝土料的摩擦接触 电站蜗壳埋设方式的选择问题近年来备受关注 ¨。1。 模型，在对其进行2次开发的基础上，实现钢筋混凝土 目前，机组蜗壳的埋设方式通常有直埋式、垫层式 的非线性分析 。 和充水保压式等 。而不同于 以上埋设方式的直埋垫层 1．1 混凝土的弹塑性模型 组合埋设方式 。 3，兼具直埋 、垫层两种埋设方式的优 MARC给 出的线性Dr ucker —Pr a ger 屈服函数比 势，具体体现在保证增加整体刚度的同时，减少了直埋 较适合用来描述受拉开裂引起的低 围压混凝土构件 ， 方式 中混凝土承载比过高 以及混凝土结构不均匀上抬 而蜗壳外围混凝土结构正是属于这种构件。 量，极具应用前景，但鉴于工程实践中少有这种设计先 在混凝土受压区，屈服面表达式为 例，要将这种埋设方式应用于巨型机组，还有待于进一 f = √30i 11+ √3J2 一Or ( 1) 步研究。 式中，静水压力 ，，=or 。i ；常数a 、盯可 由混凝土的材料 本文结合 向家坝水电站地下厂房工程实际，采用