摩擦系数对水电站垫层蜗壳结构特性的影响

结合某水电站垫层蜗壳结构,针对蜗壳与垫层、蜗壳与混凝土之间的摩擦系数对蜗壳结构特性的影响进行了三维有限元分析。结果表明,蜗壳与垫层之间的摩擦系数对蜗壳外围混凝土的应力、结构位移的影响很小;蜗壳与混凝土之间的摩擦系数对结构位移影响甚微,但是对蜗壳下半周混凝土的应力和配筋影响较大,尤其在底部位置,当摩擦系数由0.25增大到0.60时,环向应力平均增幅约为14%,配筋面积平均增幅达到30%左右。此前已完成的许多研究中将此摩擦系数取为0.25,根据相关实验研究该值偏小,对蜗壳外围钢筋混凝土结构是偏不安全的。因此,在垫层蜗壳结构的接触非线性计算中,应选择合理的蜗壳与混凝土之间的摩擦系数。     

垫层蜗壳钢衬-混凝土结构接触数值仿真分析

为研究水电站垫层蜗壳结构中钢衬-混凝土之间的接触特性对整体结构的影响,采用考虑滑移摩擦的面面接触模型及传统共结点模型分别对垫层蜗壳结构进行计算,将两种模型计算结果与水电站实际测试数据进行对比。结果表明,采用考虑滑移摩擦的面面接触模型计算得到钢蜗壳及外围混凝土的应力分布及变形情况较均匀,有效的解决了常规共结点模型中垫层末端处应力集中和变形较大的问题,也更加符合实际测验数据。同时,计算出的混凝土承载比相对较小,能真实的反映钢衬和混凝土之间内水压力比例,也能更加准确的判定整体结构的稳定性。由此可知,垫层蜗壳结构采用考虑滑移摩擦接触的面面模型可以更加合理的模拟钢蜗壳及外围混凝土实际的接触特性及真实传力特征,可为垫层蜗壳结构设计与刚强度分析提供一定的参考。     

白鹤滩水电站垫层蜗壳结构设计

根据白鹤滩水电站垫层蜗壳实际情况,针对蜗壳外围混凝土结构、垫层铺设方案、结构变形、混凝土开裂及配筋等方面进行了针对性研究和计算分析,给予工程设计一定的指导。计算分析表明:白鹤滩蜗壳垫层的铺设有利于减小混凝土开裂和损伤,混凝土贯穿性损伤区域不大,并且裂缝宽度可满足《水工混凝土结构设计规范》(DL/T 5057-2009)的要求。考虑混凝土开裂后,发电机基础上抬量及其沿圆周分布的不均匀程度相比于线弹性条件下有所增大,但不会导致机组运行受到不利影响。     

大型水电站厂房蜗壳结构型式研究

以某大型水电站厂房蜗壳结构型式研究为背景分别从静力、动力2个方面论述了不同型式的蜗壳结构对电站结构的影响。得出结论认为不同的蜗壳结构型式对电站厂房结构的影响差别主要集中在静力方面，垫层蜗壳方案下，蜗壳周边应力分布不均，对于蜗壳下部混凝土应力状况改变不大，打压蜗壳更有利于减小蜗壳周边混凝土应力，而各种蜗壳结构型式对厂房整体结构的自振特性与动力响应影响较小。     

垫层蜗壳三维非线性有限元分析

结合某水电站,建立垫层蜗壳三维有限元整体模型,采用ANSYS有限元软件对三维模型进行钢筋混凝土非线性计算,确定有限元计算中利用线弹性计算的拉应力配筋的合理性。并根据钢筋混凝土非线性计算的结果对裂缝宽度进行验算。考虑混凝土开裂的三维非线性有限元计算结果表明设计提出的蜗壳厚度和按线性计算得到的配筋,在结构自重、设备重量及内水压力作用下,其应力均低于钢材的允许应力。通过不同工况下不同垫层厚度的计算对比分析,可以初步认定管道外包混凝土最大裂缝宽度是垫层最小厚度取值的控制因素,根据此控制因素,可初步选定垫层的最优厚度取为3cm。设计采用的蜗壳外包混凝土厚度和机墩尺寸具有足够的刚度,可以满足机组运行稳定的要求。     

混凝土受拉软化特性对完全联合承载蜗壳非线性有限元分析的影响研究

完全联合承载蜗壳是一种为解决高HD值蜗壳结构钢衬厚度过大并保证其整体安全性的结构形式,但在我国工程中应用很少.三峡电站完全联合承载蜗壳由于结构尺寸大、HD值高,其工作机理复杂,结构分析难度较大.运用ABAQUS程序对该蜗壳结构进行了非线性有限元分析,比较在不同的混凝土材料软化特性曲线方案下的混凝土结构损伤情况及钢衬和钢筋应力,为结构三维非线性计算采用何种软化曲线计算以及钢筋的合理化配置提供依据.     

特高心墙堆石坝基础混凝土垫层受力特性研究

目前我国已规划设计的200 m级以上特高心墙堆石坝,除深厚覆盖层上240 m高的长河坝外,其余工程均清除心墙基础部位全部覆盖层和软弱岩层,并浇筑混凝土垫层找平。混凝土垫层作为防渗心墙与基岩的连接部位,其受力情况复杂且影响因素较多。通过有限元数值计算,研究某315 m特高心墙堆石坝基础混凝土垫层的应力变形状态。计算结果表明:对于“V”形深切峡谷的特高心墙堆石坝,上覆坝体压力大部分传至岸坡,混凝土垫层在左、右岸中下部变形较大,将导致河床中部混凝土垫层横河向拉应力增大;上覆坝体压力以及防渗心墙拱效应等原因将导致混凝土垫层在心墙与反滤交界位置顺河向拉应力增大;合理设置垫层结构纵缝、适当增加垫层厚度等措施可有效降低混凝土垫层拉应力。     

重复荷载作用对完全联合承载蜗壳结构的影响研究

完全联合承载蜗壳(又称直埋式蜗壳)具有明显的优势,但在我国工程中应用很少,其中重复加载下蜗壳外围混凝土材料强度退化是此结构设计中最为关心的问题之一。运用ABAQUS程序对三峡水电站完全联合承载蜗壳结构进行了非线性有限元计算,通过计算重复荷载作用下的损伤累积,得到了重复荷载作用后混凝土损伤的发展情况、钢材的应力以及结构位移的变化规律。结果表明:在重复荷载作用下,钢蜗壳和外围混凝土中的钢筋应力可以满足材料抗力的要求,混凝土最大裂缝宽度一般不超过0.25 mm,能够满足规范的限裂要求。     

设置软垫层坝后背管结构非线性分

坝下游面钢衬钢筋混凝土管道是近30年来应用最广的压力管道型式之一,其工作机理是允许外包混凝土开裂，但要限制裂缝宽度。以三峡水电站坝后背管为例，借助有限元软件ANSYS建立了设置软垫层坝后背管有限元模型，计算分析了设置软垫层坝后背管结构应力状态，并与结构模型试验对比。结果表明：坝后背管设置垫层能有效减小钢管向外围混凝土传递的内水压力，降低混凝土拉应力峰值，改善外围混凝土结构的应力状态，提高钢管的承载比。随着垫层弹模的降低、厚度的增大，这种效应更加明显。对设置软垫层的范围提出了优化建议。     

蜗壳结构对高温熔盐泵转子运行稳定性的影响

为了研究蜗壳结构对熔盐泵输送高温介质时转子运行稳定性的影响,设计了相同运行工况条件下的单蜗壳、双蜗壳双出液管结构的2种熔盐泵.利用ANSYS 软件对2种蜗壳结构熔盐泵的内部流场进行了非定常数值模拟,并分析了转子部件上的温度分布;将流场和温度场的计算结果同时加载到转子部件上,进行叶轮和轴上的流热固耦合分析,探讨了2种结构熔盐泵转子部件的应力、变形量和模态.结果表明:双蜗壳结构可以减小叶片表面的压力载荷,提高叶轮表面压力分布的对称性;单蜗壳熔盐泵叶轮和轴的最大变形量较大;而且单蜗壳熔盐泵转子部件在不同旋转角度下最大变形量变化较大,相比于单蜗壳熔盐泵转子的等效应力,双蜗壳熔盐泵叶轮的最大等效应力较大,但双蜗壳熔盐泵泵轴的最大等效应力较小;2种蜗壳结构流场条件下,转子部件运行时均满足结构强度要求.     

不同施工方案对岩基上混凝土浇筑块应力的影响研究

对岩基上混凝土浇筑块在不同浇筑层厚、不同间歇时间及不同岩基变形模量下进行了研究，得到结论：(1)随着间歇时间的增加，混凝土水化热温升的最高温度降低；随着浇筑厚度的增加，混凝土水化热温升的最高温度增加。(2)随着间歇时间的增大，坝体横河向应力和顺河向应力减小；随着间歇时间的增加，浇筑层表面应力与浇筑层中间应力的差异越大；随着浇筑层厚的减小，坝体横河向应力和顺河向应力减小。不同岩基变模对横河向应力影响较小，对顺河向应力影响大于对横河向应力的影响。     

围岩特性和衬砌厚度对衬砌混凝土在设置垫层下温控影响研究

基于有限元分析软件ANSYS,在溪洛渡泄洪洞有压段衬砌混凝土设置垫层的情况下,对不同围岩弹性模量和衬砌厚度进行仿真模拟。通过比较不同衬砌部位,不同点位的最高温度、最大内表温差、早期最大拉应力等,针对围岩弹性模量和衬砌混凝土厚度的变化对衬砌混凝土温度和温度应力的影响进行了分析。研究结果表明,①不同围岩弹性模量下,相同温控措施下衬砌混凝土温度场大致相同。较好围岩会增大早期衬砌混凝土的最大拉应力,减小最小抗裂安全系数,必须采取严格的温控防裂措施,防止早期裂缝。②相同温控措施下,衬砌混凝土越厚,最高温度越高,最大内表温差越大。较薄衬砌混凝土会增大早期衬砌混凝土的最大拉应力,减小最小抗裂安全系数,温控防裂措施要求严格。     

Hardfll材料作垫层的面板堆石坝

作为面板与堆石体的过渡区，提高垫层和过渡层变形模量对减少面板和接缝变形显得尤其重要。Hardfill材料的性质介于混凝土和碾压堆石体之间，变形模量相对较高，是垫层料和过渡料的理想材料。将Hardfill材料做垫层的面板堆石坝与传统的面板堆石坝进行三维有限元的对比分析，结果表明用Hardfill材料做垫层的面板堆石坝可以有效地改善面板的应力位移状况,减少面板竖缝和周边缝的变形，其中面板顺坡向、坝轴向最大拉应力减少19.5%和7.9％，竖缝和周边缝沉降变形分别减少54.5%和48.9%，为面板堆石坝的发展提供了一个很好的参考。     

泄洪洞有压段衬砌混凝土温度应力洒水对流系数敏感性分析

采取洒水养护是地下工程施工中控制混凝土产生裂缝的一项重要措施。基于ANSYS有限元软件对溪洛渡水电站泄洪洞有压段建模计算,进行了不同洒水对流系数的取值对温度应力的敏感性分析以及不同的洒水对流系数对混凝土温控的影响分析。成果表明,在混凝土温控研究中,不同的洒水对流系数对温度应力影响显著;洒水对流系数越大,混凝土早期温降越快,同时,会产生较大的拉应力,早期抗裂安全系数偏低,对后期温控反而有利,计算结果可为地下工程衬砌混凝土防裂研究提供相应参考。     

基于多场耦合模型的粉煤灰混凝土水化特性的数值研究

基于混凝土水化反应的基本认识,采用热学-力学-化学耦合模型模拟混凝土的温度过程,并在有限元方法中实现了早龄期混凝土热-力耦合现象数值模拟。在有限元计算的参数研究中,采用适用于各向异性材料的均值化方法来估算混凝土的比热系数和导热系数。借助已有不同水胶比的粉煤灰混凝土试样的绝热温升实验数据,验证了水化模型的精确性并研究了粉煤灰混凝土的水化特性。结果表明,在不同的温度边界下,相较于等温条件,绝热条件下的混凝土水化度发展较快,相应的,其弹性模量增长也快。     

WDB800圆捆机草捆称重系统设计与试验

基于STM32处理器设计了圆捆机草捆随车动态称重系统,确定了称重试验台的安装位置,并利用网卷代替草捆,选取影响称重试验台监测精度的固定架长度、秤台宽度,以及秤台末端距固定架尾端距离进作为试验因素,以称重系统有效数据段的数据平稳度作为评价指标进行试验研究。结果表明:当固定架长度为1.2m、秤台宽度为0.6m、秤台末端距固定架尾端距离为0.1m时,有效数据段最为平稳。以该组参数安装草捆随车动态称重试验台,能有效对圆捆机草捆质量实行动态监测,监测误差小于3%。     

不同坡度条件下薄壁型微喷带铺设长度优化分析

为确定薄壁型微喷带在不同坡度下的铺设长度与坡度的关系,选取市场上常见的折径为N43,64 mm的薄壁型微喷带,结合灌水小区水头分配系数,取β为0.55作为微喷带水头分配系数,计算其允许水头偏差。并以能量守恒定律为基础,建立微喷带在不同坡度铺设条件下的首末端相对压力函数模型及微喷带允许水头偏差与首末端相对压力之间的数学计算关系。发现在逆坡铺设时相对压力与铺设长度的关系为减函数、顺坡铺设时为抛物线函数,当微喷带的铺设长度铺到L_0时,相对压力ΔP(L_0)有最大值。最后通过在3种不同铺设长度下的数学模型,对微喷带铺设长度进行优化分析,确立了微喷带在顺、平、逆坡条件下铺设的3种铺设长度的计算公式,计算了坡度分别为0.01、0.03、0.05的顺坡铺设长度与逆坡铺设长度以及平坡铺设长度,以期为实际工程提供理论计算依据。     

围岩特性对泄洪洞无压段衬砌混凝土温度和温度应力的影响

以溪洛渡水电站泄洪洞无压段为例,基于有限元分析软件ANSYS,模拟衬砌混凝土的浇筑过程和温控措施,计算分析了不同围岩特性下衬砌混凝土的温度和温度应力的发展变化规律。通过分析比较代表点最高温度、最大内表温差、不同点位最大拉应力等,研究围岩特性的变化对衬砌混凝土温度和温度应力的影响。结果表明：①在温控措施相同的情况下,围岩特性的变化对衬砌混凝土的温度场影响很小。② 围岩弹性模量越大,对混凝土的约束越强,后期拉应力越大,对温控防裂的要求也越严格。计算成果为地下工程衬砌混凝土温控分析提供参考。     

考虑热学参数空间变异性的重力坝施工期温度及应力场分析

碾压混凝土坝的温控防裂一直是工程建设中的关键技术问题。由于浇筑仓面大、碾压质量不均匀以及混凝土的非均质性，碾压混凝土坝材料参数具有显著空间变异性。传统混凝土坝温度与应力分析常采用确定性计算，忽略了参数空间变异的影响，导致温度及应力场模拟不够合理。本文基于随机场理论和中心点离散方法，提出了混凝土热学参数空间变异有限元模拟方法。TJ大坝案例分析表明，考虑热学参数空间变异后，最高温度场和最大拉应力场在平均效应上与确定性结果基本一致，热学参数空间变异显著影响大坝混凝土结构的最高温度和最大应力。随机温度应力场下结构部分位置温度及应力超过了允许值，意味着依据传统确定性温度应力分析结果提出的温控措施可能偏危险。提出的随机温度应力分析方法对重力坝施工期温控措施的制定提供了方法支持。     

白鹤滩进水塔底板混凝土多层浇筑秋季施工温控方案优选

为研究白鹤滩进水塔秋季施工的温控防裂问题,采用三维有限单元法对进水塔秋季施工过程与温控措施进行模拟。运用ANSYS软件将保温、通水时长、绝热温升、浇筑温度等对秋季多层混凝土施工期温度和温度应力的影响进行了仿真计算。以底板为例,分析比较各方案下底板特征点的温度应力和最小抗裂安全系数,得到结论:多层混凝土浇筑施工过程中通水时间不宜过长,否则会增大混凝土前期应力;降低浇筑温度能使混凝土的温度均匀降低,而选择低热混凝土对于不同部位的温降效果不同。