充水保压钢蜗壳外围混凝土应力分

采用三维有限元技术，在分析施工过程钢蜗壳充水保压支撑的基础上对简化方法和仿真方法进行综合研究。结果表明，2种方法中，简化算法偏保守。同时，钢蜗壳与外围混凝土的接触状态和施工过程中钢蜗壳的支撑方式对混凝土的应力有着重要的影响。结论对水电站厂房的设计、施工有重要的参考价值。     

混凝土蜗壳有限元分析研究

混凝土蜗壳是形状复杂的空间结构，对蜗壳进行计算分析是比较困难的，以一出现裂缝的混凝土蜗壳为例，阐述4种不同有限元模型的建模方法，在对混凝土蜗壳温度场和应力场耦合分析的基础上，对比不同有限元模型的特点和计算结果的差异，探讨了裂缝治理后蜗壳的应力状况，对经裂缝治理后的蜗壳抗裂能力作出评价，得出了一些有意义的结论。     

双蜗壳离心泵的流固耦合分析

对一比转数为109的双蜗壳离心泵进行了同时考虑叶轮和蜗壳结构场的双向流固耦合分析,分析了流固耦合作用对泵外特性和内流场分布的影响以及不同时刻泵的结构场的结构变形与等效应力的分布。研究发现,考虑流固耦合作用后数值计算得到的平均扬程预测精度提高了0.7%;流固耦合作用对叶轮的内流场影响小,对蜗壳螺旋段的压力分布和扩散段的速度分布影响较大;不同时刻泵结构场的变形分布有较大差异,但等效应力分布的差异较小;当叶片正对蜗壳隔舌时,结构变形和等效应力都达到了最大值。     

蜗壳外围混凝土应力分析的简化方法

对水电站蜗壳外围混凝土应力分析进行了评述,提出联合承载结构形式的蜗壳外围混凝土应力分析的简化计算方法,并结合实际算例说明简化计算方法的应用情况,其计算结果与有限分析成果十分接近,能够满足实际工程的需要。     

基于流固耦合的离心泵蜗壳结构分析与优化

为了研究蜗壳和超厚离心泵叶片匹配时的应力分布和变形,采用单向流固耦合方法对3种蜗壳结构产生的变形、等效应力和模态进行了数值分析和优化.蜗壳基圆直径与叶轮直径的比值（D3/D2）是蜗壳结构动力特性的主要影响因素,所以选取不同的D3/D2设计方案,进行数值模拟.当D3/D2较小时（方案A）,超厚叶片出口的射流一尾迹现象导致蜗壳流道内压力分布不均匀,其诱导的蜗壳变形量较大;随着D3/D2逐渐增大（方案B,C）,蜗壳的动力特性参数数值明显减弱,且数值趋于稳定.在设计工况下,方案A变形量最大值为544μm,等效应力最大值为15.7 MPa;方案B和方案C最大变形量分别降低为方案A的2.6%,2.8%,最大等效应力分别降为方案A的14.8%,22.9%.数值计算结果表明,3组对比方案中,方案B和方案C的结构动力特性相近,方案B的各指标最好,其运行可靠性更高.因此推荐具有超厚叶片的离心泵蜗壳D3/D2取1.13（方案B所取值）左右,以获得较优的结构动力特性.     

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。     

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。     

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.     

不同断面型式蜗壳对离心泵性能影响的数值模拟

基于SSTk-ω模型封闭的雷诺平均方程,应用ANSYSCFX11.0软件,在原离心泵马蹄形断面蜗壳的基础上重新设计了圆形断面和矩形断面两种蜗壳,并分别将3种不同断面的蜗壳与同一叶轮组合进行三维数值模拟.计算结果表明,不同型式断面的蜗壳对离心泵性能有一定的影响,矩形和圆形蜗壳在大流量工况区的效率比马蹄形蜗壳略有提高,在设计点,矩形蜗壳的效率比马蹄形的略低,但大流量工况却高;在小流量工况圆形蜗壳的扬程比马蹄形蜗壳的扬程低,而矩形蜗壳和马蹄形蜗壳相差不大,在设计点矩形蜗壳和马蹄形蜗壳略高于圆形蜗壳,在大流量工况马蹄形蜗壳的扬程有所降低.不同的断面型式对蜗壳的水力损失也有一定的影响,而且随着流量的变化损失也在变化.矩形蜗壳壁面上的压力脉动的幅值在设计流量工况较马蹄形蜗壳和圆形蜗壳要小一些.     

碗米坡电站厂房动力模态分析

为了对碗米坡电站厂房进行动力抗振分析，利用ANSYS软件建立了地面主厂房的三维有限元模型，对蜗壳无水和有水两种工况进行了模态分析，并对动力计算的结果进行了理论分析，提出了结构优化的思路。     

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。     

紫坪铺水利枢纽引水系统取消厂前伸缩节研究

结合紫坪铺水利枢纽工程的实际情况，采用三维有限元方法对该工程发电引水系统取消伸缩节的可行性进行了研究。计算结果表明，主厂房上游永久分缝处以一段垫层管代替常规伸缩节，结构位移和应力完全可以满足使用要求，从而达到了取消伸缩节、节省工程投资的目的。     

水电站尾调井对通风设备影响的数值模拟研究

通风系统是水电站地下厂房的重要辅助设施。水电站甩负荷时,尾水调压井液面波动对地下厂房内的通风设备会产生较大影响。本文利用数值模拟的方法,建立了水电站通风系统模型,并对某电站的数值仿真。仿真结果表明,只要通风系统设计合理,尾水调压井液面波动对通风设备的影响可以控制在设备允许的范围内。     

华光潭一级水电站混凝土岔管优化设计

华光潭一级水电站混凝土岔管PD值为1305m2。通过对华光潭水电站的地质地形和受力条件进行分析,对岔管的位置、体型、衬砌和应力进行了优化设计。通过比较,最终方案确定岔管布置在Ⅰ、Ⅱ类围岩中,体型采用相对简单的“Y”型对称结构,洞室采用双层钢筋混凝土衬砌,通过局部修圆和加强配筋对应力集中部位进行了优化,并对围岩进行了锚固和高压灌浆处理。     

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。     

水电站坝下游面管结构型式比较分

某水电站拟采用坝下游面管的布置形式，为了达到安全、经济和施工方便的目的，对坝下游面明钢管和坝下游面钢衬钢筋混凝土管两种结构型式进行了比较分析。在对坝下游面明管结构研究时，采用三维线弹性有限元方法对明管在正常运行工况下的钢衬应力进行了分析；在对坝下游面钢衬钢筋混凝土管结构研究时，先用解析法对钢衬钢筋混凝土压力管道进行初步设计，确定其钢衬厚度和钢筋配置，再对其进行整体三维非线性有限元分析，重点研究钢衬钢筋混凝土管在正常运行工况下钢衬和钢筋的应力状态以及管周混凝土的开裂特征。最后通过对两种管道型式的比较，为坝下游面管的结构选型提供依据。     

泸定水电站泄洪洞进水塔结构抗震安全分析

水电站泄洪洞进水口结构的安全关系到整个电站的安全和效益,泸定水电站泄洪洞进水口工程规模大,特别是2#泄洪洞进口塔体较高,其体型和边界受力情况都较为复杂。本文通过三维有限元对2#泄洪洞开展动、静力分析研究,计算分析了进水塔结构的自振特性,并通过反应谱方法计算了在水平向地震作用下进水塔结构的动力响应,包括动位移、动应力和加速度分布,论证了其抗震安全性。计算结果表明,在地震力作用下,进水塔结构的变形与强度均能满足要求,但在抗震薄弱部位应力较大,在结构设计时需采取特殊措施,以确保塔体结构的安全。计算结果为进水塔结构设计提供了科学依据。     

日调节水电站峰荷流量持续时间对鱼类栖息地的影响

日调节水电站调峰运行将产生河道非恒定流,造成河流下游水生生物栖息地质量和水生生态系统的生产力明显下降,水生生物尤其是鱼类的生存和繁衍受到严重影响。电站非恒定流在传播过程中具有衰减及坦化的特性,峰值流量沿程减小,其减小程度与峰荷流量持续时间有关。因此电站调峰运行峰荷流量的持续时间是影响鱼类栖息地的重要因素。提出了静水区和动水区的概念,并利用一维非恒定流数学模型,以西南山区某水电站为例,按照不同的峰荷流量持续时间设置四种调度方案,研究探讨了日调节水电站调峰运行峰荷流量的持续时间对下游鱼类栖息地的影响程度。分析表明,不同的峰荷流量持续时间对鱼类栖息地的影响程度不同,产卵场受非恒定流影响较大,在鱼类产卵时期下泄峰荷流量持续时间应尽量缩短。     

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。