水电站充水保压蜗壳结构仿真分析

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大型水电站厂房弹性垫层蜗壳结构研究

Ｌａｇ－ｃｌｄｏｏｒＰｌｎｉｄｎｒｅｓａｅＨｙｒｐｗｅａｔＢｕｌｉｇ
ＳＯＮＧｈ－ｉｇＹａ・ｎｑ
（ｅｏｉｒｏａｏａａｄＴｃｎａｓｔｅＷｔｏｅａｃ，Ｋｎ，Ｈ ’ ＹｌｗＲｖｃｔｎｌｎｅｉｌｎｉｔｌｅＶｉｈｃＩｔｕａｒｎｒｎｙａｇｅｅＣｓｖ
宋艳清
（河水利职业技术学院，南开封４与外围混凝土之间设置弹性垫层是我国大型水电站厂房常采用的一种结构型式，于钢鉴
弹性垫层的最优摩擦系数以及内水压力向外围混凝土传递机理的不确定性，应用ＡＳＳ限元程序对ＮＹ有某大型水电站垫层蜗壳进行钢衬一钢筋混凝土结构三维非线性有限元仿真研究，考虑钢蜗壳与外围混凝土之间的滑移接触特性，研究钢蜗壳与混凝土之间合理的摩擦系数，深入研究蜗壳各径向断面外围混凝土应力、内水压力传递比、承载比等关键问题，为大型水电站厂房的设计研究提供可靠的理论分析。关键词：水电站厂房；蜗壳；弹性垫层；仿真分析
ｔｅｉｔｄｅｈｍｓｓｕｉｄ．Ａｔｔｅｓｍｅｔａｉｈｍｅ，ｔｅｋｙｐｏｌｍｓｆｒｔｅｏｔｒｃｎｒｔｏｕｅＳｒｓｄｔｅｔａｓｅａｉｆｗａｅｈｅｒｂｅｏｈｕｅｏｃｅｅｖｌｔｔｓａｈｒｎｆｒｒｔｏｔｒｅｎｏｐｓｕｅａｄｂａｉｇｒｔｒｓｔｄｅｅｐｙｅｒｓｒｅｒｎａｉａｅａｏｓｕｉｄｄｅｌ．Ａｌｔｅｅａｎｉｎｄａｏｅｃｕｄｐｏｉｅｒｌａｌｄｔｅｒｔａｎｏｌｌｈｓｓｍｅｔｅｂｖｏｌｒｖｄｉｅａｏｅｉｌｏｅｂｎｈｃｎｌｓｓｆｒｔｅｄｓｇｆｌｇ —ｃｌｙｍｐｗｅｌｎｓａａｙｉｏｈｅｉｎｏｒｅｓａｅｈｄｏｒｐａｔ．ａＫｅｗｏｄｙｒｓ：ｈｄｏｗｅａｉｎｇ；ｓｉａａｅ；ｅａｔｃｃｓｉｎａｅｙｒｐｏｒｐｌｎｔｂｕｌｄｉｐｒｌｃｓｌｓｕｈｏｌｙｒ；ｓｍｕｌｔｏａａｙｉｉｉａｉｎｎｌｓｓ

中小型水电站混凝土蜗壳的施工技术分析

中小型水电站混凝土蜗壳的施工技术分析作者：吴克祥黄剑来源：《农家致富顾问·下半月》2015年第10期[摘要]蜗壳施工是水电站工程施工里的重要环节，人们经常采取混凝土蜗壳施工和钢蜗壳施工这两种方式，本文以达州金盘子和乌江渡水电站为例，详细讲解了中小型的水电站在混凝土蜗壳方面的施工技术，在施工技术经验上有很大的借鉴意义。

[关键词]中小型；水电站；混凝土蜗壳；施工技术达州金盘子水电站施工工程由四川省政府拨款建设，在该水电枢纽施工建成后，主营发电，兼营航运，会发挥出巨大的社会服务效应。

其蜗壳使用的是混凝土型的施工技术，下面就讲一讲该水电站的混凝土蜗壳施工技术。

一、混凝土蜗壳施工工艺分析达州金盘子水电站施工工程采用了3台机组，装机容量大小达到30MW。

进行水电站施工方案的制定时，考虑到其对季节性要求很高，加上会有洪水汛期带来的不利影响，为此，进行的水电站混凝土蜗壳施工在厂房建成了封闭后进行，让3台机组构成流水的工序。

结合水电站蜗壳的特征，为了以后能够方便地施工，为此在把蜗壳分成了几个部分，先后进行施工，这几个部分有侧壁部分、斜平面和锥体部分、底板部分、顶板部分。

水电站蜗壳的结构属于异型，斜壁也有很大的渐近线曲度，为此选用了木模这种施工方案。

把木工房制成大模板，试装后再在现场拼装，这样一来，可以防止其受到雨淋日晒，也方便了在非常狭窄的施工现场进行模板制作。

该水电站的施工工序流程如下图：一方面先制作蜗壳钢筋、清理蜗壳施工场地、进行侧壁以及椎管的投影放线工作、依靠锚杆孔进行钻孔并且锚固拉筋，另一方面进行蜗壳模板平台的建设、对蜗壳进行现场投影放线、进行蜗壳模板的制作加工、在加工房进行蜗壳模板的试拼、运输蜗壳模板，然后结合起这两个方面来，搭设好蜗壳的脚手架，接下来的工序是进行现场的蜗壳模板调整以及加固、安设预埋侧壁的椎管钢筋、埋设蜗壳的灌浆管道、清洗蜗壳仓位、进行混凝土蜗壳的浇筑工作、对混凝土蜗壳进行养护管理、对蜗壳底板混凝土进行浇筑、对蜗壳底板混凝土进行养护、进行蜗壳灌浆管道现场的清理、最后进行灌浆工序。

水电站厂房蜗壳结构静动力分析

水电站厂房蜗壳结构静动力分析随着科技的不断进步，水电站建设已经成为国家重点发展的产业之一。

在水电站的建设中，厂房的蜗壳结构静动力分析是一项非常重要的工作，对于水电站的运行和安全具有非常重要的意义。

本文就水电站厂房蜗壳结构静动力分析进行详细的介绍。

1.蜗壳结构的组成水电站厂房的蜗壳结构由壳体、支撑、轴承和润滑系统组成。

其中，壳体是由一系列弯曲的叶片组成的，支撑用以支持转子的重量，轴承用于支持转轴，润滑系统则是为了减少摩擦力和摩擦热。

2.厂房蜗壳结构的静力分析静力分析是水电站厂房蜗壳结构设计的重要环节。

在静力分析中需要考虑的因素包括扭矩、力矩、剪力和弯矩等。

静力分析的目的是确定蜗壳结构在正常工作情况下的状态，以及蜗壳受到外力或内力时的变形范围、承载能力和破坏条件。

3.厂房蜗壳结构的动力分析除了静力分析之外，水电站厂房蜗壳结构还需要进行动力分析。

与静力分析不同的是，动力分析必须考虑蜗壳结构动态载荷和蜗壳结构的固有频率。

在动力分析中，需要确定蜗壳结构的共振频率，以及在这个频率或其附近出现的共振现象。

此外，还需要考虑蜗壳结构受到工作液体流动的影响，因为流体流动会引起厂房的振动和噪音。

4.厂房蜗壳结构分析的方法在水电站厂房蜗壳结构静动力分析过程中，需要使用一些特定的软件和工具。

静力分析可以使用有限元分析软件进行模拟计算。

动力分析则需要使用计算流体力学软件进行计算，并结合实验数据进行分析。

此外，在实际建设过程中，还需要进行一些结构测试，以确保厂房中的蜗壳结构的强度和稳定性。

5.总结在水电站建设中，厂房蜗壳结构静动力分析是非常重要的一项工作。

静力分析旨在确定蜗壳结构在正常工作情况下的状态，动力分析则需要考虑蜗壳结构动态载荷和流体流动对蜗壳结构的影响。

建设者可以使用有限元分析软件和计算流体力学软件进行分析和计算，结合实验数据进行优化。

通过分析蜗壳结构的强度和稳定性，可以确保水电站的运行和安全。

糯扎渡水电站水轮机蜗壳水压试验情况及分析

水压试验变形监测按厂家提供方案进行。监测示意见图２。蜗壳水压试验百分表监测位置：环轴线、座径向，环基础面轴向、向；壳轴线方向的顶部、底径蜗外侧腰线，管段腰线两侧，部径向、渡水电站水轮机蜗壳水压试验情况及分析
薛勇，文兵，程张明
（江勘测规划设计有限责任公司工程建设与监理公司，北武汉４０１）长湖３００
摘要：扎渡水电站首批安装的３台水轮机蜗壳采用椭圆型断面，压试验时蜗壳变形严重。通过对蜗壳水糯水压试验产生严重变形的原因分析、实体有限元分析、拟试验和处理方案比选，模采取了将蜗壳部分椭圆形断面改变为圆形断面形式，１段增加２个混凝土支墩的处理方案。计算数据与水压试验结果对比表明．造后进２＂改的蜗壳符合设计标准，满足安全运行要求。关键词：水轮机蜗壳；水压试验；蜗壳设计优化；糯扎渡水电站
２１蜗壳水压试验的目的和方法．
糯扎渡水电站水轮机金属蜗壳采用保压浇混凝土施工工艺。金属蜗壳水压试验是检验座环、壳焊缝蜗质量的一道重要工序。通过水压试验对座环、壳的蜗承载压力进行验证，以确保座环、蜗壳在各种工况下运

水电站垫层蜗壳结构应力及配筋分析

１．１．１接触面单元形式
对接触面薄层单元上高斯点进行接触状态判断，当单元中高斯点处于接触状态时，只考虑相应法向刚
度，切向刚度取为零；而当该高斯点处于张开状态时，
整体劲度矩阵赋为零．具体程序实现中，为了记录每
ＳｔｒｅｓｓＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＳｐｉｒａｌＣａｓｅｗｉｔｈＣｕｓｈｉｏｎｆｏｒＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＳｔａｔｉｏｎａｎｄＩｔｓＲｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ
界面模型对蜗壳与混凝土及垫层之间的法向接触和
切向粘结滑移进行模拟，武汉大学伍鹤皋等人［１妇采用点点接触单元在不考虑摩擦力的作用下模拟了钢
蜗壳与外围混凝土的接触关系，对于蜗壳与混凝土及垫层之间的接触摩擦效应的模拟虽然得到学术界的
ＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｙａｎｇｚｈｏｕ２２５００９，Ｃｈｉｎａ）
ＡｂｓｔｒａｃｔＣｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｏｆａｌａｒｇｅｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎ，ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎａｌｃｏｎ —

基于施工仿真的水电站蜗壳保压优化方案

第３０卷第６期２　０　１　２年６月水　电　能　源　科　学Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　ＰｏｗｅｒＶｏｌ．３０Ｎｏ．６Ｊｕｎ．２　０　１　２文章编号：１０００－７７０９（２０１２）０６－０１５１－０３基于施工仿真的水电站蜗壳保压优化方案分析许新勇，蒋　莉，郭　磊（华北水利水电学院水利学院，河南郑州４５００１１）摘要：蜗壳结构是电站厂房的核心结构物，为确保大型水电站安全稳定运行，优选合理的保压值是关键。

以某大型水电站充水保压蜗壳结构为例，基于ＡＢＡＱＵＳ平台引入混凝土损伤塑性模型，采用仿真算法优化分析了蜗壳结构保压值，探讨了钢衬应力的规律和间隙开度变化的不均匀性，并分析了保压值变化对结构损伤分布和发展过程的影响，优选了适合工程的保压值。

关键词：水电站；充水保压；施工仿真；塑性损伤中图分类号：ＴＶ７４１；ＴＶ３１４文献标志码：Ａ收稿日期：２０１２－０２－２４，修回日期：２０１２－０４－１１基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１１０９０８１）；华北水利水电学院高层次人才基金资助项目（２０１００１７）作者简介：许新勇（１９７８－），男，讲师，研究方向为水工结构优化与数值模拟，Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｕｘｙ＠ｎｃｗｕ．ｅｄｕ．ｃｎ充水保压蜗壳以其独特的结构优势和可靠性在高水头、大容量巨型机组中已得到广泛应用［１］。

保压值是充水保压蜗壳结构设计的关键参数，目前合理选择保压值有较多方法［２～５］，但甚少考虑施工工艺和过程的复杂性；或假设混凝土为线弹性材料，甚少考虑混凝土拉伸特性和施工工艺的蜗壳结构保压值优选原则。

对此，本文应用施工仿真计算方法，基于ＡＢＡＱＵＳ大型程序引入了塑性损伤模型［６，７］，构建了大型电站蜗壳结构保压值优化的数值模型，对保压初始间隙、钢衬应力及结构损伤与保压值变化的规律进行了研究，从结构静态强度的角度评价保压值的优选原则，为水电站蜗壳结构的优化设计提供理论依据和参考。

１　蜗壳保压优化数值模型１．１　仿真模型以我国西南地区某巨型电站机组蜗壳结构为例。

回龙抽水蓄能电站水轮机蜗壳充水加压值优化分析

计算模型采用笛卡尔直角坐标系，ｘ轴为水其平方向，沿厂房纵轴指向右端为正（面向上游）ｙ，
轴为铅垂方向，向上为正；ｚ轴为水平方向，指向下
和在建抽水蓄能电站蜗壳的结构型式，决定回龙电站蜗壳采用充水加压浇筑外围混凝土的方式，其加压值的确定直接影响到机组的运行稳定和蜗壳外围混凝土的配筋设计。《电站厂房设计规范》水条文说
４００）５０３
（黄河勘测规划设计有限公司，州郑
摘
要：回龙抽水蓄能电站地下厂房高水头、高转速可逆式水泵水轮发电机组采用中拆式整体结构（又称机墩组合
结构）整体结构中蜗壳采用充水加压浇筑外围混凝土的方式，，其加压值的确定直接影响到机组的运行稳定和蜗壳
变室，采用“ 字型布置，一” 电站安装２台单机容量为
６０ＭＷ的可逆式水泵水轮发电机组。水轮机工况
确说明。笔者采用三维有限元法，对不同充水加压值（３００ｍ和３００ｍ）取５．７．情况下蜗壳外围混凝土的应力状态及承载比进行分析，以优选蜗壳充水加压值。
收稿日期：０６２—２２０ —０７
游为正；标系原点取在２号水轮机安装高程坐
４８０与机组轴线相交处。３．０ｍ２２计算模型简化．
在计算范围内，对水轮机钢锅壳、座环及外围混
作者简介：卫（９１，河南信阳人，熊１７一）男，高级工程师，事水利水电工程设计工作， —ｍｉＸｏＷｅ１ｏｔｍ从Ｅａ：ｉｇｉ＠ｔｏｌｎ７ｍ．

大型水电站充水保压蜗壳结构联合承载分析

第３３卷第４期
２１Ｏ１年８月
土ｈ建筑与－ｎＪｕｎｌｏｖｌＡｒ木ｔｃｕａ环境ｉ７ｍｅｔｌＥｎｉｅｒｇｏｒａｆＣｉｉ．ｃｉｅｔｒｌ＆Ｅｎｒ－程ａｇｎｅｉｖ＿ｏｎｎ
Ｖ）３Ｏ４（．３Ｎ．１
ｗａｅ — ｉｌｄｓｉａａｅｓｒｃｕｅｉｅｓｂｌ．ｔｒｆｌｅｐｒｌｃｓｔｕｔｒｓｆａｉｅＴｈｅｍａｉｕｍｔｅｓｏｕｒｎｄｎｇｃｎｃｅｅｍａｎｌｉｓｉｈｘｍｓｒｓｆｓｒｏｕｉｏｒｔｉｙｌｅｎｔｅｔｆｓｒｌａｅｔｕｃｕｅｔｖｒｏｕｓｃｉｓｏｐｏｐｉａｃｓｓｒｔｒａａｉｓｅｔｏｎ．Ｔｈｅｕｔｂｌｎｔｒａｐｅｓｅｉ１ＭＰａｓｉａｅｉｅｎｌｒｓｕｒｓ．９．Ｔｈｅｔｅｓｆｓｒｓｏｓｒｎｄｎｏｒｔｆｓｉａｃｓｓａｎｌａｅｔｒｐｒｓｕｒａｄｔｅｅｆｃｆｕｐｒｌａｎｓｕｒｏｕｉｇｃｎｃｅｅｏｐｒｌａｅｉｍｉｙｃｕｓｄｂｙｗａｅｅｓｅ，ｎｈｆｅｔｏｐｅｏｄｉｇｉｌｉｅｗｈｉｈｉｎｙａｕｉｔｄ，ｍｃｓｏｌｂｏｔ５ｔ４．ｏ２
做了对比研究，结果表明：限裂方面考虑保压蜗壳结构有利于机组的安全稳定运行，水电站采从该

浅谈水电站厂房蜗壳结构静动力

浅谈水电站厂房蜗壳结构静动力随着社会经济的快速发展，电力资源越来越紧缺，一大批水电工程开始陆续建立起来，水电开发不仅为工业和农业生产提供了能源，同时因为燃煤带来的污染等相关问题也得到了缓解，还大大促进了旅游、航运以及水产等相关项目的发展，在水利枢纽中水电站厂房是非常重要的组成部分之一，因此其安全性问题逐渐引起了人们的重视。

1蜗壳结构的埋设方式蜗壳结构在计算过程中往往要与某种蜗壳埋设方式相结合，现阶段我国主要采用的结构形式有三种：第一，将软垫层铺设在钢蜗壳外上部的相应范围内，然后将其外围浇筑混凝土，形成垫层蜗壳；第二，在充水保压的状态下，钢蜗壳外围浇筑了一层混凝土之后形成保压蜗壳；第三，直接将混凝土浇筑在刚蜗壳上，不设置垫层或者充水保压，混凝土和蜗壳共同承载，这样就形成了直埋蜗壳。

通过对国内外大量工程实践的总结分析可以看出，以上三种蜗壳结构形式各有优缺点，目前都有广泛的应用。

笔者认为，充分借助有限元等现代数值分析法，可以基本上解决蜗壳结构静力上存在的强度与变形等相关问题。

2厂房蜗壳动力分析的有关内容蜗壳结构的动力分析并不是利用静力分析的那套理论，必要条件下需要选取厂房整体或者一部分岩石来进行分析。

目前动力分析的研究主要集中在下面几方面：首先，弹性模量、范围选择等垫层参数对厂房整体及蜗壳局部动力特征的影响；其次，在一系列内源激烈作用的影响下，三种埋设方式的厂房蜗壳动力反应特点分析和研究；第三，直埋蜗壳因为流道内压力而引起蜗壳外围混凝土内贯穿性损伤及分裂的存在，对厂房和机组运行稳定性造成的影响等等。

通过大量实践研究发现，蜗壳的埋设方式并不会对厂房及蜗壳整体刚度带来太大的影响，也不会控制機组运行的稳定性。

3水电站厂房蜗壳结构静动力分析的主要问题分析本文以某水电站作为工程背景，针对厂房蜗壳结构展开静动力分析，通过对目前国内外研究情况的总结来看，我们可以通过以下几方面展开深入分析。

3.1垫层材料垫层材料主要应用在压力管道和蜗壳上，目前国内外已经针对其残余变形、疲劳、徐变应力性能等方面进行了较多研究，但是在机组振源、地震等动荷载影响下的动力非线性应力应变关系等方面还未开展研究。

实现充水保压蜗壳课件

04 充水保压蜗壳安装调试与运行维护
安装调试流程及注意事项
安装流程
按照设计图纸和规范要求，进行蜗壳的安装和固定。确保蜗壳的位置和角度符合设计要求，连接管道和阀门等部件牢固可靠。
调试流程
在安装完成后，进行蜗壳的调试工作。包括检查蜗壳内部是否有异物、泄漏等情况，对蜗壳进行充水保压试验，检查蜗壳的密封性和强度。
泄漏的目的，提高了储罐的安全性和可靠性。同时，该应用实践也为石
油化工行业提供了有益的参考和借鉴。
感谢您的观看
THANKS
常见故障排除与处理措施
故障排除
当蜗壳出现故障时，要及时进行排查和处理。常见的故障包括蜗壳泄漏、内部沉积物过多、密封件损坏等。针对不同故障，采取相应的处理措施，如更换密封件、清理沉积物等。
处理措施
在故障排除后，要对蜗壳进行全面的检查和测试，确保其恢复正常运行。同时，要加强日常维护和保养工作，预防类似故障的再次发生。
案例二
案例背景
某核电站安全壳内采用充水保压蜗壳作为重要的安全设施，用于防止核辐射泄漏和保护工作人员安全。
设计特点
充水保压蜗壳设计考虑了核辐射防护、结构强度、密封性能等多方面因素，确保设备在极端环境下能够稳定运行。
实践应用
该核电站成功应用充水保压蜗壳，实现了防止核辐射泄漏和保护工作人员安全的目的，提高了核电站的运行安全性和可靠性。
注意事项
在安装和调试过程中，要注意安全，避免发生意外事故。同时，要严格遵守设计图纸和规范要求，确保安装质量和调试效果。
运行维护保养要求及方法
运行维护要求
定期对蜗壳进行检查和保养，包括清理蜗壳内部沉积物、检查密封件和阀门等部件的完好性、对蜗壳进行充水保压试验等。

充水保压蜗壳与混凝土的联合受力仿真分析

Ｆｉｇ２Ｔｈｅｓｐｉｒａｌｃａｓｃｍｏｄｅｌ
围内钢和混凝上之间的摩擦系数在０．２～０．６之间，目前摩擦系数国内经验取值为０．２５一。
表１
Ｔａｂ．１
材料参数
Ｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
蜗壳），为了对抽水蓄能机组蜗壳座环的刚强度进行更混凝土被动跟随蜗壳一起形变；
加精准的掌握，本文依据某电站的实际情况对保压浇筑
（３）通过添加ＡＰＤＬ命令，再经过ＦＥＭｏｄｅｌｅｒ
下的蜗壳混凝土（以下简称保压蜗壳）联合受力进行简模块，将保压载荷下的蜗壳与混凝土变形后结构保留并
机组的安全运行，抽水蓄能机组蜗壳的安装通常先内部
１．２仿真方案
充以设计水压（０．５～０．８倍最大工作水压＂）再浇筑混
借助有限元分析软件ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ，本文
凝土（通常称作保压浇筑）汜】，当混凝土达到一定强度采用充水保压蜗壳混凝土浇筑过程的非线性有限元仿真
合受力分析，完整模拟了蜗壳的保压浇筑和运行流程，并与蜗壳单独承受所有载荷的应力变形计算结果对比，从而掌握保压蜗壳的真实受力状态，为更精准的充水保压蜗壳设计和强度校核提供依据。
关键ｉ司：保压蜗壳；初始间隙；非线性接触；联合受力中图分类号：ＴＶ７３４文献标识码：Ａ学科代码：５７０．３０ＤＯｈ１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ，．２０９６—０９３Ｘ．２０１８．０１．００９

大型水电站蜗壳结构优化研究

作者简介：小玲，，级工程师，要从事水工结构研究。Ｅ—ｍｉｘｘｏｎＯ＠１３ｃｒ谢女高主ａｌｉｉｌ１６．ｏ：ｅａｉｓｎ
第２１期
谢等大
第４２卷第２期１２０１１年１１月文章编号：０１４７（０１２０３Ｏ１０ — １９２１）ｌ一０２一５
人民长江
ＹａｇｚＲｉｅｎｔｅｖｒ
Ｖｏ．１４２．．Ｎｏ２１ＮＯ．．Ｖ２１０１
大型水电站蜗壳结构优化研究
谢小玲，海东＇苏２
（．利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心，北武汉４０１；２长江科学院材料与结构研究１水湖３００．
所，北武汉４０１）湖３００
３３
ｅ屈服准则。ｌ＂
文献标志码：Ａ中图法分类号：Ｖ４Ｔ７１
高Ｈ值的蜗壳结构混凝土随着内水压力的增Ｄ加，必将经历弹性、塑性及开裂３个过程。钢蜗壳与弹混凝土之间的接触非线性、混凝土非线性本构关系、钢筋混凝土的开裂非线性等，都影响着结构的力学行为，
摘要：对溪洛渡水电站蜗壳埋设方式研究中的水泵房墙体贯穿性裂缝问题，用钢筋混凝土非线性有限元针采方法进行优化研究。研究结果表明，于垫层敷设至１５方案，部增加钢筋或增加墙体厚度均不能阻止贯对３。局穿性裂缝的产生，未采取其他工程措施的条件下，层应至少敷设至１０断面。水泵房墙体加厚前后的裂在垫８。

水电站混凝土蜗壳设计探析

水电站混凝土蜗壳设计探析摘要：水电站为了提高运行稳定性、增加经济效益，经常会对混凝土蜗壳展开有效设计。

本文将从某水电站的工程概况出发，对其混凝土蜗壳的设计进行分析与探究，希望为相关人员提供一些帮助和建议，更好地设计水电站的蜗壳。

关键词：蜗壳设计；混凝土蜗壳；水电站引言在水轮机中，蜗壳是十分重要的一个过流部件，设计的蜗壳质量高低会对水电机组整体工作效率产生直接影响，并且关系到水电站布置的科学性与合理性，这要求水电站应结合自身实际情况，寻找设计混凝土蜗壳的依据，展开有效的蜗壳设计。

因此，研究设计混凝土蜗壳的策略具有一定现实意义。

一、工程概况某水电站安装了300MW水轮发电混流式机组，共计六台，安装的水轮机高程是128米，水头设计为113米，额定转速为每分钟106r，额定流量是每秒295立方米，额定出力为305MW，直径为6米。

其蜗壳的进口直径是7.3米，甩负荷压力的最大值是1.91兆帕，静水压力最大值为1.39兆帕。

水电站中的一些机组设备通过世界银行进行贷款，借助国际招标工作，最终由相关企业承包并建造。

在该水电站中，水轮发电的机组主要通过下机架进行支承，并将软垫层敷设于钢蜗壳的外部。

所有内水的压力都能被钢蜗壳承担，内水压力的设计值是1.92兆帕，蜗壳混凝土结构仅能够承受楼板、水轮发电机等上部结构产生的重力荷载。

二、水电站机组的荷载按照水电站布置的整体规定，连接机组和引水压力钢管的形式为一管一机。

蜗壳的进口内径是7.1米，压力钢管的直径是7.7米，把连接段设置到钢蜗壳和钢管间。

蜗壳钢板的厚度为20毫米至40毫米，厂房轴线和机组中心线存在11.5度的夹角。

此钢蜗壳具有较为复杂的混凝土结构受力情况与尺寸体型，在设计结构过程中，对围岩的压力、内外水的压力、发电机组的荷载、结构的自重、风罩传递的荷载等基本荷载类型均有涉及，水轮机的总重量是10500千牛，发电机的总重量是18600千牛。

三、设计混凝土蜗壳的混凝土结构在设计时，钢蜗壳断面使用了全埋型圆断面，安装的机组高程为128米，段长是26米，低于124米高程的部分宽23米，高出的部分宽25米。

瑞丽江水轮机蜗壳现场水压试验、保压浇筑与分析

科
科技ｆｆ论坛
马增军
瑞丽江水轮机蜗壳现场水压试验、保压浇筑与分析
（尔滨电机厂，龙江哈尔滨１ｏｏ）哈黑５ｏｏ
摘要：通过瑞丽江水轮机蜗壳现场水压试验、保压浇筑实例，有针对的分析阐述了水轮机蜗壳水压试验及保压浇筑过程、目的。关键词：壳；蜗水压试验；保压浇筑
最水小头吸出高度
表２
：查ｆ二 ±！
２．９０ｍ９０一８５５
— 至垂 — —
行浇筑混凝土，等到混凝土完全养生完全，再蜗壳内水压撤掉。
堡
力试验及保压浇筑。浇筑混凝土并养生后，蜗壳座环内水排空，掉蜗壳将割ｉｘ＋ — Ｔｘ＋ — 中ＴＹ里程水平垂直进口闷头，拆除封水环。２１蜗壳现场水压试验及保压浇筑的目．２５水压试验过程监控测试记录。蜗．的把紧并点焊固定，环支撑楔子板打紧点焊固壳水压试验严格按照曲线图操作控制好升降座蜗壳座环在工地现场做水压试验，不仅．在整个试验过程中安排专人职可以检验蜗壳座环焊缝的焊接质量，同时还可定。ｄ蜗壳测压管及其他与蜗壳连通的管封堵压和时间控制，完成。ｅ．蜗壳水压试验专用设备工具已到货。守详细记录好各压强下的百分表读数，蜗壳水以消除焊接应力。２３２充水前的压试验记录表如表２所示。水压试验时，专门蜗壳座环为水轮机的基础部件，蜗壳座蜗壳内部进行彻底清扫干净。．．蜗壳焊接及焊安排工作人员对蜗壳和座环、水环、封打压闷环的正确埋人是保证机组的稳定运行十分重准备。根据厂家施工技术要求，缝检查验收合格后，有关技术文件安装蜗壳头进行巡视检查，按检查蜗壳和座环有无渗水和要的问题。蜗壳与座环不仅要承受很高水压力并验收合格。加压漏水现象。若在水压试验中出现渗水、漏水等与其它作用力，而且应能使其传递到周边的混打压闷头以及座环封水环，调试并验收合格。供排水异常情况，则停止水压试验，空试验水，排及时凝土中。另外，自机组转动部件的径向力也供水装置检查安装、来调试及水压试验验收合采取措施进行处理，处理后重新进行水压试通过水导轴承与顶盖作用于座环上。机组基础系统设备及管路安装、所水结构部件正确预埋以及与土建结构有一个很格。水前应对系统的所有压力表校准，有架验。水压试验完成后，再次复测座环高程、设的百分表固定好并调零。关闭蜗壳进入门并平、中心。好的结合是十分关键和必要的。检如供水系３对试验的几点看法瑞丽江电站蜗壳座环采用保压的浇筑方密封，查其它与蜗壳连接的管路（统蜗壳取水管、测压管等）否按要求封堵完是通过蜗壳水压试验，部焊缝均无渗漏现各式，即浇注时采取必要措施，以保证蜗壳在最不锈钢）的连接焊缝以焊象，证明蜗壳各部分焊接质量良好。对于蜗壳低的工作水头时也能与混凝土永久接触，机组好。座环与上锥管（蜗壳内部临时支撑割断，打磨光滑过流座环来讲，并在工地现场进行水压试验，对无法排空时蜗壳与混凝土没有接触，在工作压力下接，面。蜗壳内、外壁上焊疤磨平，弧坑及表面缺陷在车间内完成退火处理的蜗壳内节与节之间由于蜗壳的膨胀，与混凝土紧密结合在一起，完过渡段与蜗壳间的焊缝的应力消即使机组在最小水头下运行，蜗壳与周围的混补焊磨平；成蜗壳测量水压及流量侧头的安的工地焊缝、蜗壳座环整体测量调整合格后打紧基除都是极为有效的方法。凝土也有全面的接触。由于蜗壳与混凝土的紧装工作。通过蜗壳在保压状态拉下的混凝土浇筑，可使机组排空时蜗壳与混凝密接触，包括所有蜗壳座环的振动都被巨大的础螺栓，并通过质量验收。蜗壳的千斤顶、拉紧器等以点焊固定。安装检测座环蜗壳土脱离，而在工作压力下由于蜗壳的膨胀变混凝土所吸收和衰减，从而使机组稳定运行。杆、变形用的百分表支架。清扫检查蜗壳内部无异形，与混凝土紧密结合在一起，就意味着蜗这２２瑞丽江电站水轮机蜗壳的简要介绍．封堵蜗壳进入门。．壳与混凝土之间形成了一个真正的形状匹配。蜗壳设有外开式进人门，其直径为物时，２４水压试验方法及实测项目。２４１验这种形状匹配的结构避免了蜗壳座环由于蜗．．．试￣６０ｍ。蜗壳还设有２０ｍ针型排水阀。０ｍ０ｒａ蜗蜗壳进口（＋距ｘ轴４７ｍ３０ｍ断面上）装有测量力及浇筑压力的确定。壳进行静水压力试壳进口处的作用力引起的蜗壳旋转和由于水．而且由于在进口水压的４个不锈钢测头：在蜗壳大头（Ｘ验的试验压力是按１５倍蜗壳的最大内水压导轴承的径向力引起的径向移动。＋对．Ｍｐ。保压混凝土浇筑过程中蜗壳的内部压力的选择比轴偏一Ｙ轴４。的断面）５的适当断面上装设４力确定的，于瑞丽江电站则为６０ａ浇筑是按蜗壳的最大内部水压的７％确定的，最小静水头低，０因此，在机组运行时，由蜗壳受个测量流量用的不锈钢测头。．ＭＰｏ４２水压试验及保压浇筑过程。２充压膨胀引起的混凝土负荷也是较低的，蜗壳的全部焊缝进行无损探伤检查，无即２８ａ．．虽然对将闷头是混凝土有一定强度要求但也是可以承受的。由损探伤按照Ｇ８６《Ｂ５４水轮发电机组安装技术水前，蜗壳进口用试验闷头封起来，且与蜗壳进口进行把合．闷头经有限于机组运行时通过蜗壳座环与混凝土的接触，规范》以及Ｇ１０１９（Ｂ５－９８钢制压力容器》的要碟形的，元分析，可以承受６Ｍａ验压力且保证应可以衰减可能的振动，．ｐ试Ｏ求进行。无疑对提高机组的稳定力满足要求。环内圆用筒形密封结构的封水性有利。但在工地安装蜗壳浇筑时，座除蜗壳与２３水压试验前的准备环将蜗壳内的水封闭住。连接试压泵、压力表、上游压力钢管或进口阀门采用把合形式的，蜗２．水压试验应具备的条件：蜗壳所有＿１３ａ．注排排排现场焊缝焊接完成，探伤合格。ｂ并．现场百分表及磁座、水管、水管、气管、水壳进口段闷头部分往往还需要进行混凝土的所有排气阀。然后，按图ｌ压力曲线充水进行压二次浇注，因此对工期存在一定影响。焊接缝按厂家防腐要求防腐完成。ｃ．蜗壳支墩阀、

水电站垫层蜗壳结构设计分析

水电站垫层蜗壳结构设计分析摘要：本文通过实际案例分析的方式，首先对软垫层中各项主要参数进行设置，即垫层厚度、弹性模量、上末端与基坑里衬的距离、下末端铺设位置，然后对蜗壳外围混凝土的结构进行设计，包括顶部混凝土厚度、配筋设计、弹性有限元计算等，力求通过科学合理的设计，使水电站中垫层蜗壳的结构更加高效可行。

关键词：水电站；垫层蜗壳；结构设计引言：在水电站厂房中，蜗壳结构属于水轮机的重要内容，具有较强的引水作用，其结构设计的合理性将直接关系到机组运转效率。

目前，对于大中型水电站来说主要采用金属蜗壳，近年来软垫层蜗壳结构得到广泛应用，可有效缓解金属蜗壳与外部混凝土间的力的传递，使混凝土质量与配筋量得到有效提升。

1.工程概况某水电站位于浙江省境内，上游与坝址间的距离为182km，下游与水电站间的距离为195km，总装机的容量为16×1000MW。

多年来，该电站均发电量为640.95亿kwh，水库总容量为206.27亿m3。

该水电站厂房中采用“一机一缝”的布置方式，钢蜗壳的进口直径为8.6m，内水压力最高为3.4MPa，HD最大值为2932m2，根据机组技术以及厂房的供水泵布置，蜗壳外围混凝土厚度最少为2.0m。

2.软垫层参数设计在水电站运行中，软垫层中应用较为广泛的材料有：聚乙烯低发泡塑料、聚氨酯软木、柴油沥青据末砖等等，本水电站采用聚氨酯软木作为垫层，在主要参数的设置方面，包括混凝土受力最大处周围应力情况；蜗壳脆弱处混凝土的受力情况；外围混凝土的承载比；钢结构的受力情况等。

利用软件ANSYS进行计算，由于蜗壳进口段通常为最不利断面，因此选择首个管节构建轴对称计算模型，在蜗壳面包角为5°的位置构建计算模型，利用八结点块体单元构建混凝土结构，并将实际尺寸、形状考虑进去，设置软垫层的上下环板。

在垫层设计过程中，本文主要利用四个因素的敏感性进行分析，即垫层厚度、弹性模量、上末端与基坑里衬的距离、下末端铺设位置等。

《水电站蜗壳》课件

03
蜗壳的设计与计算
设计原则与步骤
确定设计原则
根据水电站的具体要求和规范，确定蜗壳的设计原则，如结构安全、运行稳定、经济合理
等。
确定设计参数
根据水电站的规模和参数，确定蜗壳的设计参数，如流量、水头、转速等。
选择设计方法
根据设计原则和参数，选择适合的设计方法，如理论计算、经验公式、数值模拟等。
新型材料
研发和应用高强度、轻质、耐腐蚀的新型材料，提高蜗壳的承载能力和使用寿命。
行业发展趋势
绿色环保
随着环保意识的提高，水电站蜗壳的设计和制造将更加注重环保
和节能，降低对环境的影响。
标准化和模块化
通过标准化和模块化的设计和制造，提高蜗壳的互换性和维修便
利性，降低制造成本。
国际化发展
加强国际合作与交流，引进国际先进技术和管理经验，提升我国水电站蜗壳行业的国际竞争力。
未来展望与挑战
可持续发展
在保障能源供应的同时，注重环境保护和可持续发展，探索更加绿色、高效的水电开发模式。
技术创新与人才培养
加强技术创新和人才培养，提升行业整体技术水平和创新能力，应对未来发展的挑战和机遇。
国际市场拓展
积极参与国际市场竞争，提升我国水电站蜗壳产品的知名度和品牌影响力，拓展国际市场份额。
《水电站蜗壳》 PPT课件
目录
• 蜗壳概述 • 蜗壳的工作原理 • 蜗壳的设计与计算 • 蜗壳的制造与安装 • 蜗壳的运行与维护 • 蜗壳的发展趋势与展望
01
蜗壳概述
蜗壳的定义与作用
总结词
介绍蜗壳的基本定义和在水电站中的作用。
详细描述
蜗壳是水电站水轮机的一个重要组成部分，其主要作用是将水流的动能转换为旋转的机械能，从而驱动水轮机转动。

蜗壳及尾水管复杂空间曲面三维布筋方法及应用

蜗壳及尾水管复杂空间曲面三维布筋方法及应用刘会波;杨新军;李军;吕昌伙【摘要】The spiral case and tailrace conduit in hydropower stations are constituted of complex space surfaces and the struc-ture is extremely complicated. Thus the reinforced bar design under two-dimensional environment is labor and time consuming. According to the above problems, considering the shape of reinforced bar and the concrete surface is similar, the lateral reinforce-ment design based on sectional method and axial reinforcement design based on discrete reconstruction method are presented re-spectively aiming at the curved transition section, based on the thought of "three-dimensional reinforcement design, two-di-mensional drawing". The engineering practices show that the presented methods could realize three-dimensional reinforcement design of spiral case and tailrace conduit with high efficiency and good drawing quality and it has reference for other reinforcement design of structures with complex shape.%水电站蜗壳及尾水管由复杂空间曲面构成，体型结构十分复杂，二维配筋设计工作量大，效率低。

2021充水保压蜗壳结构保压值方案比选范文3

2021充水保压蜗壳结构保压值方案比选范文摘要：　以有限元软件Abaqus为分析平台, 对某抽水蓄能电站充水保压蜗壳结构, 建立了三维有限元模型, 分析其在不同保压值下的钢衬应力、外围混凝土应力、钢蜗壳与混凝土之间的缝隙值、混凝土承载比及其损伤方面的情况.结果表明:选用较高的保压水头可有效降低外围混凝土的承载比, 混凝土损伤带明显减小, 钢衬的材料性能也得到了充分发挥.但是当保压值过高时, 蜗壳与混凝土则处于脱开状态, 考虑到蜗壳自振的特性, 过高保压值对机组稳定性不利.通过5种保压值方案的比较, 选取保压值为5.73MPa, 即最大静水头的0.8倍较为合理, 结论可为类似工程设计提供参考. 关键词：　保压蜗壳;保压值; 抽水蓄能电站; 有限元; Abstract：　Basedon the finite element software Abaqus, a three-dimensional finite element model is established for the preloading filling spiral case of a pumped storage power station.The stress of steel liner, surrounding concrete, gap value between steel spiral case and concrete, bearing ratio and damage of concrete are analyzed under different preloading water head.The results show that higher preloading water head can effectively reduce the bearing ratio and damage zone of concrete, and the material properties of steel liner have been given full play.However, when the preloading water head is too high, the spiral case and concrete are in the state of detachment.Considering the natural vibration characteristics of spiral case, too high preloading water head is unfavorable to unit stability.Through the comparison of five kinds of preloading water head, so select 5.73 MPa, that's 0.8 times of the maximum static water head.The conclusion can be used as a reference for similar engineering design. Keyword：　preloadingspiral case; preloading water head; pumped storage power station; finite element; 目前,高HD值的蜗壳结构型式主要有以下几种[1,2]:在钢蜗壳外铺设软垫层后浇筑外围混凝土, 即垫层蜗壳;钢蜗壳在充水保压状态下浇筑外围混凝土, 即保压蜗壳;钢蜗壳外直接浇筑混凝土, 既不铺设垫层也不充水保压, 即直埋蜗壳.充水保压蜗壳相较于垫层蜗壳, 钢衬及外围混凝土受力更加均匀, 运行时, 钢蜗壳能紧贴外围混凝土, 增加蜗壳机组的刚性, 利于机组的稳定运行;相较于直埋蜗壳, 通过保压水头能够调节钢蜗壳的承载比, 利于钢衬充分发挥材料特性, 改善混凝土受力特征, 使结构的受力分配更加合理, 因此在实际工程中得到了广泛的应用. 充水保压蜗壳可以通过保压值来分配外围混凝土对于内水压力的分担比例,因此, 保压值的合理设置很关键.一方面, 如果保压值较高, 则钢衬充水加压后的径向变形就会增大, 保压缝隙随之也就变大.在机组运行时, 若运行水头低于保压水头, 则钢衬的径向变形难于使保压缝隙完全闭合, 钢衬与外围混凝土的脱开, 将会带来钢蜗壳的自振频率与机组自振频率接近, 从而引起机组共振的风险, 导致机组振动过大, 影响机组的安全稳定运行;另一方面, 如果保压值过低, 则蜗壳钢衬材料强度没有得到充分发挥, 此时外围钢筋混凝土结构变成了承担内水压力的主体, 从而导致混凝土结构产生损伤裂缝, 同时钢筋用量将增加, 造成经济上的浪费[3,4,5].因此, 合理选取充水保压水头十分重要. 根据国内外己建工程实践,蜗壳充水保压压力, 一般控制在0.5~1.0倍最大静水头.规范[6]建议控制在机组最大静水头的0.6~0.8倍.综上所述, 充水保压蜗壳结构保压水头值的选取原则为:在保证蜗壳与外围混凝土联合承载、机组刚度满足要求的前提下, 尽量提高保压水头, 从而减小外围混凝土对于内水压力的分担比例, 改善混凝土的应力水平, 降低混凝土的配筋量, 达到既要保证结构安全运行, 又要充分发挥材料强度, 满足经济性要求的目的. 1计算方案 1.1计算模型及材料参数蜗壳有限元模型如图1所示,计算模型采用笛卡尔直角标系, X轴为水平方向, 沿厂房纵轴指向右侧为正 (面向下游) ;Y轴为水平方向, 指向下游为正;Z轴为铅直方向, 向上为正.坐标零点位于发电机层268m高程与机组轴线相交处.计算范围:模型上部取到水轮机层底部, 高程为256.3m, 下部取至进人孔顶部, 高程为250.5m;两侧取至机组段永久分缝处;水流方向自机组中轴线向上游取7.9m, 向下游取9.3m, 整个钢蜗壳由内径逐渐变化的多段钢管组成, 直线段断面内径为2 000mm, 直至蜗壳段最末端管节内径减小为751.4mm.各管节钢管厚度也逐渐变化, 直线段厚度最大为50mm.蜗壳采用壳单元, 有限元模型共15 993个单元, 22 938个节点.边界条件:平面模型底边固定约束, 其余按照自由边界处理.各材料物理参数见表1. 图1蜗壳有限元模型表1材料物理参数 1.2荷载组合为了分析蜗壳采用不同保压水头时的受力特点,结合《水电站厂房设计规范》中的要求, 分别选取保压水头为机组最大静水头的0.5、0.6、0.7、0.8及0.9倍, 即保压值3.58MPa、4.30MPa、5.01MPa、5.73MPa及6.45MPa进行计算.计算荷载包括:1) 内水压力:最大静水压力为7.14MPa, 最大内水压力9.81MPa;2) 结构自重:混凝土容重25kN/m3, 钢衬、座环容重78kN/m3;3) 集中荷载:机组主要设备荷载;4) 均布荷载:各层楼板活载, 20kN/m2. 计算采用仿真算法,具体过程为:首先杀死外围二期混凝土, 采用混凝土支墩、钢衬及座环部分有限元模型, 计算钢衬单独承受保压水头时的变形, 输出钢衬变形后的节点坐标, 激活外围混凝土, 并用上述坐标修正相应的外围混凝土节点坐标, 卸载保压水头形成保压缝隙, 然后对整个模型分4步进行计算:1) 设置混凝土与钢衬之间的接触关系;2) 施加重力;3) 分步加载水头至正常运行水头;4) 施加集中荷载与均布荷载. 2计算结果分析 2.1钢衬的应力选取B-B典型截面,如图2所示.计算得出5种保压水头方案下的钢衬特征点第一主应力值见表2.由表2可知, 各预压水头方案的钢衬应力分布规律基本一致, 顶部应力值最大, 底部次之, 腰部应力值最小.随着预压水头的增加, 钢衬的应力基本呈现增大的趋势, 但增长幅度逐渐减缓.这是因为, 随着保压水头的提高, 钢衬与外围混凝土联合受力的临界水头越来越大, 钢衬分担内水压力的比例越来越高, 最终施加在各模型上的总内水压力值一致.但此时, 外围混凝土分配到的内水压力越来越少, 钢衬应力随即增加.由于混凝土材料的非线性, 钢衬应力的增长幅度也在随保压水头的增大而改变.当预压水头为3.58MPa、4.30MPa、5.01MPa、5.73MPa及6.45MPa时, 钢衬的最大应力分别为钢衬允许应力360MPa的53.3%、54.4%、55.0%、55.0%及55.3%, 远低于钢衬的允许应力.这说明, 钢衬的强度仍有很大的发挥余量, 在满足其他要求的条件下, 宜选取较大的保压水头, 可利于钢衬材料性能的发挥. 图2断面及特征点位置示意图表2不同保压水头下蜗壳钢衬特征点第一主应力 (单位:MPa) 2.2外围混凝土应力蜗壳外围混凝土特征点第一主应力值见表3. 表3蜗壳外围混凝土特征点第一主应力值 (单位:MPa) 混凝土的应力分布规律大致相同,蜗壳内侧应力值较大, 外侧应力值较小;其中顶部、底部内侧应力值较大, 腰部内侧应力值较小;保压水头为3.58MPa、4.30MPa及5.01MPa的方案, 顶部、底部内侧应力值均超过混凝土抗拉强度设计值1.43MPa.随着保压水头的增大, 蜗壳外围混凝土的应力超标区域分布显着减小, 最大应力值呈现减小趋势, 这与钢衬应力值的增大相对应, 钢衬与混凝土承担内水压力的比例也随之增大. 2.3保压缝隙值分析蜗壳与外围混凝土的贴合状态能够直接判断出保压值的合理性.施工结束后,由于混凝土徐变、施工缝、蜗壳温降等影响, 在混凝土与蜗壳之间会形成初始缝隙δ1,因保压水头产生的初始缝隙为δ2,在机组运行时由水压力作用而产生的径向变形为δ3.因而能确定蜗壳与混凝土之间的缝隙Δδ=δ1+δ2-δ3.当Δδ<0时, 表明钢蜗壳与混凝土处于完全贴合状态, Δδ>0时, 表明保压值过高, 钢蜗壳与混凝土处于脱开状态. 蜗壳外围混凝土缝隙开度值见表4.当保压值取6.45MPa时,缝隙值Δδ为0.15mm, 表明此时蜗壳与混凝土处于脱开状态, 考虑到蜗壳自振的特性, 过高保压值对机组稳定性不利;当保压值为3.58、4.30、5.01时, Δδ均小于零, 表明蜗壳与混凝土处于贴合状态, 但是这3种保压值方案下的混凝土应力值均超标.当保压值为5.73MPa时, 缝隙值为-0.12mm, 蜗壳与混凝土贴合, 且混凝土各处的应力均在设计抗拉强度范围内, 钢衬的材料也得到了充分的发挥, 因此, 综合各方面因素, 选取保压值为5.73MPa, 即最大静水头的0.8倍较为合理. 表4蜗壳外围混凝土缝隙开度值 (单位:mm) 2.4混凝土损伤分析不同保压水头下,蜗壳外围混凝土损伤情况如图3所示. 图3不同保压水头蜗壳外围混凝土损伤情况可以看出:随着保压水头的增大,损伤区域分布逐渐减小.保压值为3.58MPa时, 有多条损伤带分布在蜗壳钢衬附近, 其中蜗壳顶部与腰部附近有较大损伤带, 损伤带最深达1.8m.而当保压值为6.57MPa时, 只有上下蝶边处有微小部分的损伤区;由此可知, 保压水头的合理选取可以显着缓解外围混凝土的应力分布状态, 减少配筋量.在选取合适的保压值后, 仍出现混凝土损伤的部分, 需要采用其它措施予以加固. 2.5混凝土的承载比由钢蜗壳环向应力的平均值σ0,可以初步算出外围混凝土的承载比η: 式中,δ为典型断面处钢蜗壳厚度, 本例为50mm;r为典型断面处钢蜗壳半径, 本例为1 000mm;σ0为钢蜗壳环向应力平均值, 此处为剩余水头作用下的钢衬应力;pb为蜗壳充水保压值;p为蜗壳设计内水压力值, 本例为7.14MPa. 不同保压水头时外围混凝土的承载比见表5. 表5不同保压水头时外围混凝土的承载比从表5可以看出,随着保压水头的提高, 混凝土的承载比逐渐下降, 当保压水头为设计内水压力的90%时, 混凝土的承载比只有6.79%.因此, 提高保压水头, 可有效降低混凝土的承载比, 改善外围混凝土的应力分布. 3结语采用仿真计算方法,对不同的保压水头方案进行计算分析, 可以得出以下结论: 1)提高保压水头, 可以有效降低外围混凝土的承载比, 当保压水头为最大静水头的0.9倍时, 混凝土的承载比只有6.79%, 钢衬最大应力只有许用应力的55.3%, 可见钢衬的强度仍有较大的发挥余量.为充分发挥钢衬的材料性能, 宜选用较高的保压水头. 2)提高保压水头, 可以增大钢衬与外围混凝土之间的初始缝隙大小, 从而推迟外围混凝土与钢衬的联合承载, 改善蜗壳外围混凝土受力状态.当保压值小于5.73MPa时, 缝隙值均为负值, 但保压值过小导致外围混凝土所受的应力增大, 塑性损伤随之加大;当保压值等于5.73MPa时, 蜗壳与混凝土贴合紧密, 不易产生共振, 利于机组稳定, 且混凝土各处的应力均在设计抗拉强度范围内, 钢衬的材料也得到了充分的发挥;当保压值为6.45MPa时, 缝隙值为0.15mm, 蜗壳与混凝土处于脱开状态, 由于蜗壳自振特性的影响, 过高保压值对机组稳定性不利;综合上述结论, 建议选取保压值为5.73MPa, 即最大静水头的0.8倍.。