惠州抽水蓄能電站高壓鋼筋混凝土平底岔管三維有限元分析

岔管是輸水道最重要的工程部位，運行期間結(jié)構(gòu)受力復雜，為保證岔管混凝土的施工質(zhì)量，施工中采用了一系列綜合措施。如繼廣州抽水蓄能電站采用無鋼襯高壓鋼筋混凝土岔管技術后，國內(nèi)在天荒坪蓄能電站再次應用該技術并獲得成功。天荒坪電站岔管承受的最大靜水頭為６８０ｍ，并在國內(nèi)首次采用９．０ｍｐａ高壓進行固結(jié)灌漿。總之，該岔管的設計和施工都是成功的。

在靜力計算的基礎上,取正常蓄水位靜力e-b模型計算應力狀態(tài)作為動力計算的初始應力狀態(tài),對天池抽水蓄能水電站混凝土面板堆石壩進行了三維動力反應與永久變形分析。

在總結(jié)國內(nèi)外模型模擬經(jīng)驗的同時,針對天池抽水蓄能電站壩址特點,構(gòu)建不同靜動力三維有限元分析方法,并給出計算流程,以期為工程的順利實施提供理論基礎和科學依據(jù)。

采用通用的有限元計算軟件,對黃魚塘水電站對稱y形鋼筋混凝土岔管進行了三維有限元分析。給出了岔管在施工和運行過程中各種工況下的應力和位移分布規(guī)律,為對稱y形鋼筋混凝土岔管結(jié)構(gòu)的設計和施工提供了一定的參考依據(jù)。

結(jié)合烏龍山抽水蓄能電站尾水岔管結(jié)構(gòu)工程實例,以abaqus大型軟件為平臺,提出了圍巖彈塑性模型以及混凝土損傷塑性本構(gòu)模型,通過三維有限元線性和非線性計算,分析研究了在施工、內(nèi)壓、外壓等工況下圍巖、襯砌、鋼筋的應力與變形,建議將錨桿在圍巖外面預留一定長度,并將其與襯砌內(nèi)的鋼筋焊接在一起。

以我國某大型抽水蓄能電站工程為實例,利用大型通用有限元軟件abaqus對該電站尾水鋼筋混凝土岔管洞段圍巖及襯砌的變形和應力狀況進行三維有限元分析,根據(jù)計算結(jié)果對襯砌進行了配筋計算,提出了在實際工作中應做好圍巖的固結(jié)灌漿、襯砌和錨固的建議.

本文用三維非線性有限元法,對長甸電站地下鋼筋混凝土岔管在內(nèi)水和外水壓力作用下圍巖、襯砌混凝土的應力和變形進行了分析,并通過對圍巖側(cè)壓力系數(shù)、變形模量、摩擦系數(shù)及凝聚力等影響岔管和圍巖應力分布諸因素的敏感性分析,得出一些有關鋼筋混凝土岔管的結(jié)論。

文章應用大型通用有限元軟件ansys,對某水電站鋼筋混凝土岔管在施工期、運行期和檢修期工況下進行了三維有限元計算。根據(jù)計算結(jié)果,分析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,驗證結(jié)構(gòu)設計的合理性,并根據(jù)應力計算結(jié)果,推薦岔管結(jié)構(gòu)配筋方案。

采用三維有限元法,對惠州抽水蓄能電站上游調(diào)壓井與圍巖之間的聯(lián)合受力結(jié)構(gòu)進行計算和分析。計算考慮了內(nèi)水壓力、外水壓力、圍巖壓力及灌漿殘余應力作用,并模擬在外壓作用下圍巖與混凝土外表面的不完全邊結(jié)作用。

(1)首先建立有限元模型，這里我們選用ansys軟件自帶的專門針對混凝土的單元類型 solid65，進入ansys主菜單preprocessor->elementtype->add/edit/delete，選擇添加 solid65號混凝土單元。 (2)點擊elementtypes窗口中的options，設定stressrelaxaftercracking為include，即 考慮混凝土開裂后的應力軟化行為，這樣在很多時候都可以提高計算的收斂效率。 (3)下面我們要通過實參數(shù)來設置solid65單元中的配筋情況。進入ansys主菜單 preprocessor->realconstants->add/edit/delete，添加實參數(shù)類型1與solid65單元相關， 輸入鋼筋的材料屬性為2號材料，但不輸入鋼筋

惠州抽水蓄能電站a廠上游水道最大靜水頭627m,采用透水襯砌理論設計。第一次充水試驗時,最大滲水量為827m3/h,滲水處理后減少為約80m3/h。目前a廠上游水道安全運行已6年,水道結(jié)構(gòu)安全、圍巖滲透穩(wěn)定。簡要分析和介紹了a廠上游水道設計、滲水原因和滲水處理措施,并結(jié)合滲水處理情況對抽水蓄能電站鋼筋混凝土高壓管道防滲處理進行了初步的探討。

廣州抽水蓄能電站（下稱廣蓄電站）二期工程高壓鋼筋混凝土岔管采用平底岔管的型式，以利放空排水。平底岔管的內(nèi)體型比已建成的廣蓄電站一期工程的非平底，對稱于洞軸線時，卜型岔管更加復雜。根據(jù)廣蓄電站一期工程高壓鋼筋混凝土岔管設計的成功經(jīng)驗，用邊界單元法對廣蓄電站二期工程高壓平底岔管進行了詳細的結(jié)構(gòu)分析，其成果是廣蓄電站二期工程高壓鋼筋混凝土岔管設計的依據(jù)。經(jīng)過充水放空后對廣蓄電站二期工程高壓平底岔管的檢查，證明其設計合理、可靠的。

根據(jù)地下高壓鋼筋混凝土岔管受內(nèi)水壓力襯砌開裂后的滲流場變化特征,提出了高壓管道內(nèi)水外滲的滲流場與應力場耦合的三維有限元數(shù)值分析方法。根據(jù)地下高壓鋼筋混凝土岔管襯砌開裂破壞規(guī)律,給出了高壓管道受內(nèi)水壓開裂的裂縫寬度估計公式和混凝土襯砌結(jié)構(gòu)的配筋計算方法。通過對實際工程的分析計算,論證了高壓管道內(nèi)水外滲的襯砌結(jié)構(gòu)配筋的影響,為地下高壓管道的設計提供了一種有效的分析方法。

基于有限元數(shù)值分析,建立岔管三維有限元模型,能夠反映岔管在高內(nèi)水壓力作用下的整體應力及局部應力狀態(tài),能較為精確完整地反映鋼岔管運行期的實際受力情況.以新疆某水電站高壓鋼岔管為例,采用autodesk軟件建立模型導入有限元軟件,修改后生成幾何模型及有限元模型,采用殼單元進行模擬計算,取得了較為合理的成果,對于同類鋼岔管的建模及計算有一定的參考意義.

廣州抽水蓄能電站（下稱廣蓄電站）二期工程高壓鋼筋混凝土岔管采用平底岔管的型式，以利放空排水。平底岔管的內(nèi)體型比已建成的廣蓄電站一期工程的非平底、對稱于洞軸線的卜型岔管更加復雜。根據(jù)廣蓄電站一期工程高壓鋼筋混凝土岔管設計的成功經(jīng)驗，用邊界元法對廣蓄電站二期工程高壓平底岔管進行了詳細的結(jié)構(gòu)分析，其成果是廣蓄電站二期工程高壓鋼筋混凝土平底岔管結(jié)構(gòu)設計的依據(jù)。

在惠州抽水蓄能電站充排水過程中,對高壓岔管附近鋼筋應力進行了跟蹤監(jiān)測。實測應力性態(tài)分析表明,鋼筋應力變化與充排水期間水位變化相關性較大,其應力分布及變化在設計范圍之內(nèi),符合一般規(guī)律,實測應力性態(tài)正常。

采用ansys有限元非線性仿真技術,對某抽水蓄能電站保壓蝸殼及外圍混凝土結(jié)構(gòu)進行受力計算分析,確定蝸殼外圍環(huán)向和水流向配筋方案,計算配筋混凝土裂縫開展寬度及開裂部位鋼筋應力。結(jié)果表明,蝸殼鋼襯應力水平達到鋼材屈服強度的45%～50%,蝸殼進口至下游墻側(cè)蝸殼外圍混凝土頂部及底部開裂明顯,其他部位開裂不明顯,蝸殼整體剛度滿足規(guī)范規(guī)定。

水電站混凝土蝸殼三維有限元分析 (2)

采用三維有限元方法,應用自編的彈簧單元加載程序和ansys軟件,考慮鋼岔管與圍巖間的縫隙值,按岔管與圍巖聯(lián)合承載,對某水電站的埋藏式月牙肋鋼岔管進行了結(jié)構(gòu)計算,分析了鋼襯、混凝土襯砌與圍巖聯(lián)合承載結(jié)構(gòu)特性,探討了圍巖性能和初始縫隙值的敏感性。結(jié)果表明,鋼岔管與圍巖聯(lián)合承載時鋼襯及肋板應力變化梯度趨于平緩,圍巖約束鋼襯的位移使其分布趨于均勻,采用彈簧單元模擬回填混凝土和圍巖有效、可行。

對樁-土系統(tǒng)用三維有限元模型和wilson-θ直接積分法計算鋼筋混凝土管樁頂面的瞬態(tài)動力響應,并由此分析了管樁頂面不同測點的反射波信號特征及其與樁身缺陷的對應規(guī)律。計算結(jié)果表明:管樁頂部波傳播的三維效應對樁身淺部局部缺陷深度的判斷有較大的影響,所得結(jié)論對由反射波法檢測管樁全截面斷裂和局部缺陷以及傳感器的合理布置有較大的指導作用。

分析過程 （1）首先建立有限元模型，這里我們選用ansys軟件自帶的專門針對混凝土的單元類型 solid65，進入ansys主菜單preprocessor->elementtype->add/edit/delete，選擇添加solid 65號混凝土單元。 (2)點擊elementtypes窗口中的options，設定stressrelaxaftercracking為include，即考慮 混凝土開裂后的應力軟化行為，這樣在很多時候都可以提高計算的收斂效率。 (3)下面我們要通過實參數(shù)來設置solid65單元中的配筋情況。進入ansys主菜單 preprocessor->realconstants->add/edit/delete，添加實參數(shù)類型1與solid65單元相關，輸 入鋼筋的材料屬性為2號材料，但不

通過運用midas/gen軟件,對某鋼廠內(nèi)變壁厚污水處理池進行了有限元分析和內(nèi)力計算,研究了其在不同外力條件下的內(nèi)力及裂縫情況,為設計提供合理的配筋及抗裂措施,使設計更為科學經(jīng)濟。