尾水管结构

水电站尾水管结构

尾水管是水电站厂房水下部分的主要承重结构之一，它的内部形状和尺寸由水轮机制厂通过水力模型试验确定。

弯形尾水管按其构造特点分为锥管段、弯管段和扩散段三部分。锥管段四周为大块体混凝土，一般不需进行结构计算；弯管段与扩散段则为顶板、底版、边墩和中墩的复杂空间结构(图1)，计算较为繁杂。

图（1）4H型尾水管

（a）立体图；(b)纵剖面图；(c)平剖面图

一、尾水管弯管段结构计算简图选取

尾水管弯管段通常指自中间隔墩的墩头到锥管以下这一段。由于弯管段的顶板一般都很厚，可视为边墩固定于顶板，边墩连同底板按倒框架计算最为简便，并假定底板反力均匀分布。通常切取一至两个剖面，如图（2）1-1断面。

图（2）弯管段1-1截面按平面倒框架计算简图

二、尾水管扩散段结构计算简图选取

由于尾水管扩散段的顶板厚度、孔口高度和荷载分布在顺水流方向均有变化，故计算截面通常要选取2—3个（见图（2）中的2-2 、3-3 、4-4断面）。一般选取扩散段起始截面、排架柱脚(墙脚)下面和尾水管出口截面等作为计算截面。

例如出口截面，计算方法常采用以下两种：

1．上部框架与底版分开计算（图3）

（1）先把上部框架作为固定于基础的框架切开，用力矩分配法求出两脚处的弯矩。

（2）分别计算为使框架柱脚a、d端产生一对称的角位移，并切使

所需施加于a、b两端的弯矩，称为“框架的抗挠刚度”，记为。

（3）在外荷载作用下弹性基础梁将发生变形。假定a、d两端“固定”，使角位移，计算a、d两端的弯矩，既为弹性基础梁的固端弯矩。

（4）计算使弹性基础梁两端a、d产生端产生一对称的角位移，并且使

所需施加于a、b两端的弯矩，称为“弹性基础梁在a、b两点的抗挠刚度”，记为。

（5）最后取框架和弹性基础梁的固端弯矩的代数和，按两者抗挠刚度分配不平衡弯矩，即得框架和弹性基础梁a、d端各自的弯矩值。再按静力平衡条件，分别求出框架和弹性在实际荷载作用下的内力值。

图（3）弹性地基单跨框架计算简图

2．弹性地基上的封闭框架计算（图4）

（1）先不考虑地基影响，将框架上所作用的全部垂直荷载(水平荷载一般为作用在边墩上的对称外水压力，对地基反力图形没有影响)，按材料力学偏心受压公式初步拟定弹性基础梁的第一次近似反力图形，将弹性基础梁分为10等分，每一等分段上的反力以集中力表示，然后以此作为框架上外荷载之一。

（2）用力矩分配法计算框架内力，将此内力反作用于基础梁顶面，按郭氏法求弹性基础梁反力，此项反力肯定与第一次假定的反力图形不同。将此反力在作用于框架，按上述过程再算一遍，又得基础梁新的反力图形。如此反复演算数次，直至最后一次新的地基反力与上次反力图接近为止。

图（4）弹性地基上的封闭框架计算简图