泵房下部结构计算中的关键问题研究.pdf
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1、水电站设计 第 卷第 期年 月修回日期:作者简介:马瑶(),男,陕西榆林人,本科,工程师,从事水工结构设计及相关工作。泵房下部结构计算中的关键问题研究马瑶,(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司,四川 成都 ;四川省城市水环境治理工程技术研究中心,四川 成都 )摘要:本文结合某中型电排站项目,对泵房下部结构分别采用三维有限元分析和简化二维框架结构计算,通过对两种计算结果进行对比研究,分析结构简化对内力计算结果的影响,分析产生误差的原因,使泵房下部结构的计算更加准确合理,为同类项目泵房下部结构的设计与计算提供参考。关键词:泵房下部结构;框架结构;有限元分析中图分类号:文献标志码:文章编号:()
2、前言随着城市建设的快速发展,电排站被广泛应用于地区的排水防涝治理当中。泵房作为电排站的主体结构,其下部结构包括泵房底板、进出水流道、机墩、电机梁板等,上部结构包括排架、吊车梁等。由于进出水流道的形状不规则、梁板支撑结构较多以及管道布置产生的孔洞等,使得泵房下部结构作为一个空间结构,其受力情况往往比较复杂。为简化计算,设计者通常可根据工程实际情况,将泵房下部三维结构简化为二维框架结构进行计算,但是这种计算往往会有一定的误差,对于结构配筋设计,还需要依靠设计者自身的经验和同类工程进行类比综合来定。目前三维有限元分析在泵房下部结构计算中应用较少,对于同一类型的泵房下部结构,利用三维有限元分析和简化二
3、维框架结构计算之间的误差研究更是甚少。因此,本文针对某中型电排站的泵房下部结构进行了三维有限元分析和二维框架结构计算,通过对两种计算结果进行对比研究,分析结构简化对内力计算结果的影响,为同类工程的设计提供参考。工程概况工程位于大湾区,拟在原电排站规模基础上扩建双向电排站,进而提升片区防涝和活水能力。电排站设计排涝流量 ,设计净扬程 ,为堤后式正面进水,主要由内引涌、清污机、进水前池、进水闸室、主副厂房、出水闸室,出水池、出水箱涵、出口消力池等建筑物组成。水泵采用立式轴流泵,总装机容量 ,装机台数 台,设计最高扬程 。泵房(闸室)段长度 ,分为上下两层 结 构。下 层 为 进 出 水 流 道 层
4、,底 部 标 高 ,底板厚度 ,顶部高 ,结构采用 钢筋混凝土,该层主要放置立式水机的叶轮及出水管等设备。上层为主厂房操作吊装层,放置电机控制系统以及承担吊装功能。泵房下部结构见图 。?图 泵房下部结构平面示意(单位:)?图 泵房下部结构横断面示意(单位:)二维框架结构计算 计算工况本工程泵房建筑物级别为 级,结构计算中的荷载主要分为自重、水重、扬压力、静水压力、土压力等。结合工程运行情况,本次按完建工况、设计运行工况、检修工况和校核运行工况下的荷载组合进行结构计算。各工况水位组合见表 ,各工况荷载组合见表 。表 各工况水位组合监测项目计算工况完建工况设计运行工况检修工况校核运行工况计算水位
5、无水进水池水位 出水池水位 进水池水位出水池水位 进水池水位 出水池水位 基底应力 前池侧外江侧前池侧外江侧前池侧外江侧前池侧外江侧 表 各工况荷载组合荷载组合计算情况自重静水压水重扬压力土压力基本组合完建期设计运用工况特殊组合检修工况校核运行工况 计算参数泵房下部结构采用 钢筋混凝土,泵站周围土体为粉细砂,天然容重 取 ,饱和容重取 ,内摩擦角 取 。土压力的计算是一个复杂的问题,因为形成土压力的散黏土体通常是处于弹性平衡状态,属于超静定的问题,目前还无法精确计算散粒土体处于弹性平衡状态下产生的土压力。一般在计算挡土建筑物的土压力时,对于向外侧移动或转动的挡土结构,可以按主动土压力计算;对于
6、保持静止不动的挡土结构,可以接静止土压力计算。实际上完全静止不动的挡土结构是不存在的,在土压力或其他荷载作用下总要产生一定的移动或转动,只不过移动量和转动量很小,结构所受的土压力与静止土压力相近而已 。本工程泵房下部结构属于基本对称结构,且梁板支撑较多,移动量和转动量很小,结构所受的土压力与静止土压力相近,因此土压力按静止土压力计算。地基反力取基底应力减单宽底板自重。模型建立采用理正结构工具箱 平面刚桁架模块进行建模计算,将泵房下部结构的底板、边墩、中墩、检修层等简化为平面框架结构,在泵房下部结构中部垂直水流方向取单宽框架 ,边墩简化为(宽 高)构件,中墩简化为 (宽 高)构件,底板简化为 (
7、宽 高)构件,检修层板简化为 (宽 高)构件,结构与地基的约束按铰支座考虑。简化二维框架结构计算如图 所示。?图 泵房下部结构二维计算示意(荷载:,尺寸:)计算结果泵房下部结构各部位弯矩计算结果见表 。表 二维框架结构弯矩计算结果工况弯矩()边墩中墩检修层板 底板面层 底板底层完建工况 设计运行工况 检修工况 校核工况 根据二维框架结构计算结果可以得出:在检修工况下,泵房下部结构中各部位的弯矩值计算值最小;在完建工况下,泵房下部结构中各部位的弯矩值计算值最大,为最不利工况。三维有限元分析 计算工况为更好地与二维框架结构的计算结果进行对比,本次三维有限元分析选取完建工况下的荷载组合进行结构计算,
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