蒙江双河口电站蜗壳外围混凝土结构配筋计算.pdf
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1、水利技术监督 2 0 1 4 年第 2 期 蒙江双河口电站蜗壳外围 混凝土结构配筋计算 肖 潇 ( 贵州省水利投资( 集团) 有限责任公司,贵州 贵阳 5 5 0 0 0 2 ) 【 摘要】 由于蜗壳外围混凝土配筋合理性直接关系到蜗壳乃至整个水电站的安全经济运行,笔者在分析现有 计算方法和理论的基础上,总结多年蜗壳设计与计算经验,就蜗壳外围混凝土结构配筋计算与施工 中常见的问题,比如剪切变形、柔性段取值、配筋选型等方面进行了探讨分析,并将其应用于双河 口水电站蜗壳计算中,取得了较好的设计成果。 【 关键词】 电站;蒙江双河 口电站;蜗壳外围混凝土结构;配筋计算 D O I 编码 】 1 0 3
2、 9 6 9 j i s s n 1 0 0 8 1 3 0 5 2 0 1 4 0 2 0 1 7 【 中图分类号】 T V 3 3 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 8 1 3 0 5( 2 0 1 4 )0 2 0 0 4 7 0 3 蜗壳是水 电站重要 的过流部件,将压力水流较 均匀的引向水轮机 ,完成水势能向机械能的转换。 在此过程中,蜗壳主要承受压力水流 的拉应力。为 保证水力发电安全 ,中、高水头电站一般采用金属 蜗壳,外包钢筋混凝土“ 卅 。由于金属蜗壳是薄壁 结构,不适宜承受外压。为此需采取一定的结构措 施 ,使外压全部 由蜗壳的外围结构承担,即蜗壳外 围
3、混凝土结构配筋计算 。 由于蜗 壳外 围混凝土配筋合理 性直接关系到 蜗壳乃至整个水 电站的安全经济运行,故在 水电 站厂房设计规范等标准中均有所提及。但是在实 际应用中, 由于机组参数、 厂房结构等情况的不同, 蜗壳外 围混凝土 结构配 筋计算仍存在一定 的差异 性。笔者在参考 水 电站厂房设计规范等 的基础 上,结合多年水 电站厂房设计经验 ,以双河 口水 电 站蜗壳外围混凝土结构配筋设计为例 ,探讨配筋计 算与配筋施工中易被忽略的问题和解决方法,这不 仅为水 电站蜗壳设计与计算提供有益 的参考依据, 也为电站厂房施工与改造提供了理论依据,具有重 要的学术价值和实用价值。 1 金属蜗壳外围
4、钢筋混凝土结构配筋计算 1 1计算截面的选取与计算简图 采用圆筒式机墩时,计算截面一般只取蜗壳进 口处 = 0 0的最大截面 ,如图 1所示 1 - 1截面口 。 沿径向切取的计算截面如图 2所示。 r形刚架下端 固结于弹性垫层底部的边墙上,内端可视为铰支于 水轮机座环上 。考虑结点刚性和剪切变形 的影响, 计算简 图如图 3所示。图中顶板和边墙的柔性段长 度 L 、H取杆件 的净跨长度 ,刚性段长度 L 1 、H取 结点宽度之半。 弹 l一 日 -J l - I 图 2 作者简介:肖潇 ( 1 9 8 o年一 ) ,男,工程师。 47 水利技术监督 2 0 1 4 年第 2 期 图 3 1
5、2计算原则和基本假定 ( 1 )蜗壳的外围结构不承受内水压力。机墩 以及水轮机层传来 的全部垂直外荷载 由外 围结构 承受。 ( 2 )外 围结构是一空间整体结构 ,但简化为 平面 问题考虑,即在边墙 中心周长上沿径向切取单 位宽度 ,形成一等截面 r 形刚架 ,不考虑各 r形刚 架之间的约束作用;另外 ,考虑到外围结构 的一、 二期混凝土之间容易形成冷缝 ,为偏安全, r形刚 架的截面厚度 只考虑二期混凝土的厚度 。 ( 3 )不计算环 向应力,但蜗壳外 围结构实 际 上起整体受力作用,因此,环 向应配置足够 的构造 钢筋。 ( 4 )机墩传来的荷载不再考虑动力系数 。 ( 5 )不考虑温度
6、应力。 ( 6 )蜗壳外围结构的混凝土允许开裂,但应 限制裂缝开展宽度 。 1 3作用于蜗壳外围结构的荷载及其计算 外 围结构上 的荷载及其 组合 与机墩的型式和 布置有关。当外围结构承受机墩传来的荷载时,以 正常运行情况为外围结构的设计情况,这时荷载基 本组合有机墩传来的荷载及外围结构自重,当机墩 荷载不传到外 围结构上时 ,以检修情况为设计情 况,这时荷载基本组合中有水轮机层的均布设计活 荷载及外围结构 自重。 1 4内力计算 考虑剪切变形和结点刚性影响时,必须在杆件 形常数和载常数计算 中计入剪切变形和结点刚度 的影响。现以正常运行情况 ( 采用圆筒式机墩)计 算如下。 ( 1 )计算简
7、图及作用荷载如图 4所示。图中 A b 、b C为柔性段杆件,b B 、B b为刚性段杆件 。 ( 2 )载常数计算 。在计算 中柔性段和刚性段 的杆端内力正、负符号规定:杆端弯矩以顺时针方 向转动为正 ,杆端剪力 以绕另一端顺 时针转动为 正。在静力平衡中各杆端 内力应连同其正、负符号 代入计算。 48 2 常见问题分析与改进 一 般情况下,即 三较小时为计算方便可直接 按照上述步骤进行计算,其结果基本能满足工程精 度要求。但是,当 比值较大时,依据材料力学 理论 ,由剪切力引发的杆件变形较大,对杆件内部 受力情况有较大的影响。在此情况下,应考虑杆件 剪切变形 以及杆件变形对厚壁与杆 件结点
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