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水电站泄洪闸闸室强度与稳定性分析

文档名称:水电站泄洪闸闸室强度与稳定性分析
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添加时间:2017/06/17
内容摘要:
四川建筑科学研究
第41卷第1期
122
Sichuan Building Science
2015年2月
水电站泄洪闻闻室强度与稳定性分析
朱晓琳',王潘绣2,祁萧1
(1.河海大学土木与交通学院,江苏南京210098;
2.金陵科技学院建筑工程学院,江苏南京211169)
摘要:采用材料力学法对某发电站泄洪闸闸室结构进行4种不同工况下强度和稳定计算,同时利用有限元分析
法进行复核,使用大型通用软件 ANSYS进行分析,对泄洪闻闻室结构进行稳定性安全评定。结果表明,泄洪闻闻
室结构设计合理,闸基面应力状态抗滑及抗浮稳定性均满足规范要求。对泄洪闸闻室结构的安全问题进行了系
统的研究,得出了一些有价值的成果,可供其他类似工程参考。
关键词:泄洪闸;材料力学法;有限元分析;强度;稳定性
中图分类号;TVv662.1
文献标志码:B
文章编号:1008-1933(2015)01-122-04
1工程概况

∑G,∑M
某水电站工程规模为Ⅳ等小(1)型叫,泄洪闻
为主体建筑物之一,为Ⅳ级建筑物,地震设计烈度为式中Pm?一闸室基底应力的最大值或最小值;
Ⅷ度。泄洪闻主要用来宣泄洪水,在其运行过程中,
∑G一作用于闸室结构上全部竖向荷载;
可能出现基的稳定渗漏和闸体本身的强度问题,
∑M一一作用于闸室结构上全部荷载对基
对于这些工程安全问题,必须对其进行安全监测与
底面形心轴的力距;
评定。
A-一闸室基底面的面积;
该泄洪闸布置在河床左侧,由闸室段和消能区
昭一一闸室基底面对其形心轴的抵抗矩。
段组成,闻底板高程2405m,共分为两孔,孔高9m,
按照下式进行闸基抗滑稳定验算:
孔宽8m,泄流前沿总宽19m,以3m厚中墩隔开,
∑(fG+c'A
闸底板为平底。设一道工作弧门,孔口尺寸8mx9
K

m,设计最大泄量1989m/s,下游采用底流消力池式中K。一沿闻室基底面的抗滑稳定安全系数;
消能。工作门前设一道检修闸门,为平面闻门,孔口
f一一滑动面上的抗剪断摩擦系数,可按
尺寸8mx10m。水闻主体部分室为普通钢筋混
《水闸设诘规范》取值;
凝土结构,结构受力复杂,本文将着力对不同工况下
c'一抗剪断粘结力
的闸室进行稳定性验算,包括闸室基底应力、抗滑稳
∑Pー-作用于闻室结构上全部水平荷载。
定以及抗浮稳定验算,以确保泄洪闸结构的安全运
按照下式进行泄洪闸抗浮稳定验算:
用.
K,=
∑V
2泄洪闸闸室结构的分析方法
式中K一闸室抗浮稳定安全系数;
2.1材料力学法
∑V一作用在闸室上全部向下的铅直力之
材料力学法计算简便,适应面广,并有一套比较

成熟的应力控制标准,目前仍被普遍采用,适应于地
质比较简单的水闻。依据SIL265-2001《水闻设计
∑U作用在闻室上全部向下的扬压力。
按SIL265-2001《水闻设计规范》要求,在各种
规范》",使用材料力学法对闸室验算其基底应力、计算情况下,对于岩基上闻室,(1)式最大基底应力
抗滑稳定以及抗浮稳定。按照下式进行闻基应力计
不大于地基允许承载力;在非地震情况下,闻室基底
不出现拉应力;在地震情况下,闻室基底拉应力不大
作者简介:朱晓琳(199-),女,预士研究生,研究方向为混凝土微于0.1MPa;(2)式沿闸室基底面的抗滑稳定安全系
收稿日期:2014-01-16
观结构
数不小于规范规定的允许值,闸室抗浮稳定安全系
E-mail:602283496@,com
数不小于规范规定的允许值,见表1
2015No.1
朱晓琳,等:水电站泄洪闸闸室强度与稳定性分析
表1闸室基底抗滑及抗浮稳定安全系数允许值
模量E=2.85×10°MPa,泊松比=0.167;闻基岩
项目
抗滑稳定抗浮稳定
体的材料参数:变形模量E=8.0CPa,容重y=28.1
基本组合1(正常蓄水位)
1.051.10-kNm',泊松比=0.200;根据现场地质情况,水闻
基本组合Ⅱ(设计洪水位)
基底属较坚硬硬质岩石,依据《水闸设计规范》,混
特殊组合Ⅰ(校核洪水水位)
特殊组合Ⅱ(正常蓄水位+Ⅷ度地震)1.001.05
凝土与闸基接触面之间的力学参数为:c'=1.30
1.10MPa,f"=1.30~1.10,取c'=1.10MPa,f=
2.2有限元分析法
10
有限单元法建立于有限元方程的变分原理3.2荷载
或加权余量法上,适用性强且应用范围广,能成功地
计算中考虑的荷载主要包括
分析具有复杂边界条件、非线性、非均质材料、动力
1)结构自重一一闻室混凝土的自重按质量密
学、热传导、电磁场、流体力学等问题。由于其分析度、体积与重力加速度的乘积计算,设备重量:检修
步骤可表达出规范化的矩阵形式,特别适合计算机
闻门自重取16.302吨,泄洪闸弧形工作闻门自重取
的编程和执行,随着计算机飞速发展,有限单元法在
工程计算领域得到了广泛的应用。已经出现了许多
80吨。
大型结构分析通用程序,如 ADINA、 ANSYS、
2)静水压力ー一在正常蓄水位为2424m,设计
ABAQUS等,可以直接应用。
洪水位2425m,校核洪水位2426m,不同高程下,闸
本文作者为了进一步复核闻室闸基强度与验证室与水接触的部位按相应的水位计算施加静水压力
材料力学法的计算结果,依据规范宜对闻室及其相P=y水互。水容重ッ水=9.81kVm
关部位进行三维有限元分析。对于闸室结构几何形
3)其他荷载一一主要包括扬压力、浪压力等。
状和载荷作用方式复杂部位,试图采用材料力学法
4)地震作用一该工程的水阃基岩地震峰值
获得解析解是十分困难的,有限单元法可很好地解加速度为0.2g。地震作用包括顺水流水平向地震
决这一问题,此外,通用软件一般具有强大的后处理惯性力和地震动水压力,其中沿建筑物高度作用于
功能,方便操作者直观读取计算结果。本文采用有质点的水平向地震惯性力计算公式为F=a1xG
限元分析软件 ANSYS对闸室闸基强度及稳定性进a/g,单位宽度水闸的总地震动水压力F作用在水
行分析。
面以下0.54B6处,计算公式为F=0.65a1i,E
3计算荷载及工况
3.3计算工况
3.1材料参数
依据规范和工程实际情况,所采取的计算工况
闻室钢筋混凝土参数:容重y=25kN/m3,弹性
见表2。
表2计算工况
作用
设计
荷载名称
组合
状况
工况
、静水圧力一其他育報地展
备注
基本组合持久状况
正常运行
正常蓄水位
正常运行
设计洪水位
V
校核洪水位
特殊组合偶然状况正常运行+地震作用V√
正常蓄水位+地震
材料力学法分析
水面
浪压力
4.1闻室基底应力
地震动水压
集中力
水闸阐室基底的计算简图如图1所示,图1中
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