戈兰滩水电站泄洪表孔闸墩结构设计.docx

2011年第30卷第3期·DWRHE水利水电工程设计·1·

戈兰滩水电站泄洪表孔闸墩结构设计

马妹英王立成吴桂兰顾小兵

摘要戈兰滩水电站坝址区河谷狭窄，洪水峰高量大，闸孔宽度相应较大，使得泄洪表孔闸墩的厚度较薄。通过大量的分析和合理的布置钢筋，解决了闸墩应力复杂这一结构难题。为加快施工进度，节约工程投资创造了条件。

关键词闸墩结构有限元戈兰滩水电站

中图分类号TV314文献标识码B文章编号1007-6980(2011)03-0001-03

戈兰滩水电站位于云南省思茅地区江城县和红河洲绿春县的界河——李仙江干流上，拦河坝为碾压混凝土重力坝，坝顶长度为466m,坝顶高程458m,最大坝高113m。戈兰滩水电站枢纽由碾压混凝土重力坝、泄洪表孔、底孔及引水发电隧洞、地面厂房等建筑物组成。工程等别为二等，规模为大(Ⅱ)型，其主要建筑物拦河坝、泄水及冲沙建筑物、引水发电建筑物等为2级，护岸等次要建筑物为3级。拦河坝、泄水及引水发电等主要建筑物的洪水标准按100年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核；消能防冲建筑物按50年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核。

1泄水建筑物布置

泄水建筑物由5个表孔和2个底孔组成，布置在河床中部，溢流前缘宽度96m,表孔孔口尺寸为13m×18m(宽×高)。堰顶高程438.00m,堰面曲线方程为y=0.050037x1-85,下游坡面坡度为1:0.75。闸墩为宽尾墩型，长39m,中墩宽10m或5.5m,边墩宽4.5m。每孔均设工作闸门和检修闸门，工作闸门为露顶式弧形闸门，由2×2500kN液压启闭机操作，启闭机室设在闸墩顶部下游侧；工作闸门前设置的叠梁检修闸门，由坝顶2500/500kN门机启闭。闸墩顶部设有工作桥、交通桥等。

2表孔闸墩结构分析

戈兰滩水电站泄洪表孔闸墩较薄，闸墩承受弧门水推力较大，因此，闸墩结构应力问题突出。正常蓄水位，表孔闸门全关时，弧形闸门推力作用在支铰处，单铰推力值为F=14065.5kN,与水平线的夹角为9.6128°。巨大的水推力使弧门支座上游的闸墩墙及支铰所处的牛腿中形成大面积的拉应力区，呈复杂的三向应力状态。一般的材料力学分析

方法及平面有限元计算不能准确反映闸墩及牛腿的实际受力状态，故结构分析采用空间有限元方法，计算程序采用大型商业有限元软件-ANSYS。

2.1基本资料

(1)混凝土参数如表1所示。

表1混凝土参数表

项目

部位

混凝土标号

容重/(kN·m-3)

弹性

模量/MPa

泊松比

闸墩

C2s25W6F100

25

2.85x10

0.167

溢流面

C2g35W6F100

24

3.15×104

0.167

溢流面下部

C?015W8F50

24

2.2×10?

0.167

牛腿

C2825W6F100

25

2.85×10?

0.167

(2)正常蓄水位：456.00m;校核洪水位：457.29m。

(3)牛腿支铰总水推力：正常蓄水位时，F=2×14065.5kN,与水平线的夹角为9.6128。

2.2计算模型

计算模型顺水流方向为x方向，坝轴线方向为z方向，铅垂向上为y正方向，具体见图1所示。

图1计算模型区域及坐标系x-y平面示意图

计算分别取泄洪表孔9#、10#坝体计算。大坝和地基按统一整体建模，建基面处坝体和岩石不同节点，采用面接触的接触单元。按材料非线性分别考虑地基岩体，在动力分析计算中假定人工边界范

·2·水利水电工程设计DWRHE·2011年第30卷第3期

围以内的地基是“无质量的弹簧”,在形成整个系统的特征矩阵时，地基单元只考虑弹性，不考虑质量。9#坝段(边孔坝段)有限元计算模型单元划分如图2所示(为清晰起见，仅显示部分模型)。坝体、基岩划分8节点实体单元，坝体与围岩间设接触单元。其中在牛腿附近及闸墩根部区域应力变化较大，网格划分较密，远离牛腿及闸墩根部附近的区域网格划分相对稀疏。约束条件为坝体底部采用固结约束的边界条件。

2.3计算工况

计算工况如下：

图2计算模型单元剖分示意图(1)两侧弧形闸门未开启即挡水工况，其荷载

图2计算模型单元剖分示意图

2.4计算结果通过计算，得到最不利工况为9#坝段表孔工况2的情况，故结果仅列出工况2的结果。计算结

2.4