水电站垫层蜗壳结构应力及配筋分析

合集下载

水电厂蜗壳裂缝分析与治理

文章编号:055929342(2002)0420046203水电厂蜗壳裂缝分析与治理刘国华,王振宇,钱镜林(浙江大学,浙江杭州　310027)关键词:蜗壳;裂缝;温度应力;有限单元法;抗裂强度摘　要:结合某水电厂1号机组的蜗壳裂缝情况,深入地研究了水工混凝土建筑物的裂缝危害性评估与治理方法。

采用有限元方法计算了蜗壳典型断面的温度场和应力场,对蜗壳的抗裂能力进行了验算,分析蜗壳裂缝的成因和裂缝的稳定性,提出了裂缝治理方案。

通过工程实践,证明裂缝分析合理,治理效果良好。

中图分类号:T V315;TK7301312 文献标识码:B水工混凝土建筑物的裂缝是比较常见的病害,它一直困扰着水工工程师。

国家在“七五”攻关项目中就列入了“高混凝土坝的裂缝及其防治”研究课题,取得了不少成果,但问题并未彻底解决,而且大多数研究主要着眼于设计与施工中的混凝土坝,对于运行期的中小型水利枢纽工程如何防止出现裂缝,有了裂缝如何控制和治理,如何评估裂缝对建筑物的危害等方面仍存在不少问题。

笔者结合某水电厂1号机组的蜗壳裂缝情况进行了研究。

主要分析了1号机组蜗壳裂缝的成因和裂缝的稳定性,提出了裂缝治理方案,并重点探讨了裂缝治理后,蜗壳在外力和温度荷载作用下的应力状况,对经裂缝治理后的蜗壳抗裂能力作出了评价。

1　工程概况某水电站是一座以发电为主,兼顾通航的大型水利枢纽工程。

电站地处气候温和地带,年平均温度为19130℃,月平均气温9℃以上。

水库总库容1154×108m3,设计正常高水位88m,电站总装机容量300MW。

枢纽由河床式电站、溢流坝、船闸及左右岸重力坝段等组成。

水轮机型号为ZZF012 LH2800,最大工作水头24m,水轮机与容量为75MW的伞式发电机直接连接。

机组蜗壳采用“T”形结构,蜗壳平面包角为180°,进口断面面积F=7615m2,进口处平均流速V cp= 31431m/s,流速系数α=0182,蜗壳混凝土强度按照能够承受30m水柱设计。

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。

应力配筋方法浅析

应力配筋方法浅析摘要目前的配筋方法主要还是依造结构力学的方法，利用内力进行结构的配筋。

但是在水工结构中，有很多结构形式复杂，结构的受力和边界条件等也比较复杂，常规的结构分析方法难于准确地了解结构的变形规律和应力分布；另外随着建筑功能的多样化发展，建筑中运用转换层越来越普遍，而转换层的结构形式多变，整体性强，不应简化为杆系结构；在桥梁工程中，一些悬索桥、斜拉桥索的锚固区受力复杂，配筋一般通过经验进行，比较保守而且导致混凝土浇注困难。

这些情况都导致采用内力配筋法无法满足工程的需要，而应力配筋法却可以适用于任何体系结构，因此，本文对应力配筋的方法进行一个初步的探讨。

关键词应力配筋方法1、应力配筋法的发展史应力配筋法的思想在水工钢筋混凝土结构中已有所应用。

在水工结构中常会遇到一些无法用结构力学方法计算出截面内力(弯矩M，轴力N，剪力V或弯矩T等)的构件，而只能按照弹性理论方法(经典理论解，弹性有限元或弹性模型试验等)求出结构各点的应力状态。

因而，也就无法用内力截面极限承载力公式计算配筋用量。

在《水工混凝土结构设计规范》中提出了按弹性应力图形配筋的方法。

由弹性理论计算得出结构在荷载作用下的拉应力图形，再根据拉应力图形面积计算出配筋用量。

这种配筋方法比较简单易行，可适用于各种复杂的结构，但在理论上并不完善，一般情况下配筋偏于保守。

我国在六十年代曾考虑对水工的非杆件结构采用“全面积配筋”的方法，规定“当最大主拉应力大于混凝土的许可拉应力时，全部主拉应力由钢筋承担”。

这种方法没有极限状态的概念，为考虑混凝土的抗拉作用，计算结果十分保守。

《水工混凝土结构设计规范》SDJ20-78编制组在调查总结了大量的工程设计经验的基础上特制订了附录四的有关条文，提出“按主拉应力图形中扣除小于混凝土许可拉应力的剩余主拉应力图形面积配筋”的计算公式，并对公式的适用条件，配筋方式等做出了明确规定。

但是，该公式尚不能考虑混凝土开裂后在截面上的应力重分布，而是按许可拉应力把弹性应力图形划分为混凝土承担的部分和钢筋承担的部分。

某水电站垫层蜗壳结构静力受力特性分析

某水电站垫层蜗壳结构静力受力特性分析摘要：通过利用ANSYS结构分析程序研究某水电机组垫层蜗壳结构在静力荷载作用下的受力特性，对蜗壳结构应力和位移的计算分析，得出蜗壳结构在不同的垫层弹性模量和不同的垫层包角情况下的应力和位移变化规律。

设置垫层处的钢衬可以有较大的变形空间，所以可以承担更大的水压力，以减少蜗壳外围混凝土承担的水压力，减小混凝土开裂，有效发挥钢衬的抗拉作用。

仅供工程设计参考。

关键词：蜗壳；垫层；静力荷载；钢衬引言目前，国内外大型水电站钢蜗壳结构设计形式主要有三种[1]：（1）钢蜗壳外直接浇筑混凝土，既不设垫层也不充水预压；（2）钢蜗壳在充水预压状态下浇筑外围混凝土；（3）钢蜗壳上部一定范围内铺设垫层后浇筑外围混凝土。

我国已建、在建和设计中的水电站蜗壳，许多采用了第三种结构形式。

这种形式的优点在于，可以减少钢蜗壳向外围钢筋混凝土结构传递的内水压力，充分发挥钢衬的承载力，改善蜗壳外围混凝土的应力状态，提高其抗裂安全度。

本文利用ANSYS结构分析程序对水电站蜗壳进行整体静力有限元分析，研究在静力荷载作用下蜗壳结构的受力特性，通过对蜗壳结构应力和位移的计算分析，得出蜗壳结构在不同的垫层弹性模量和不同的垫层包角情况下的应力和位移变化规律。

当蜗壳结构设有垫层时，设置垫层处的钢衬可以有较大的变形空间，所以可以承担更大的水压力，以减少蜗壳外围混凝土承担的水压力，可以减小混凝土开裂，有效发挥钢衬的抗拉作用。

1.基本资料1.1工程概况某工程水电站最大坝高250m，坝顶中心长度459.64m。

水库正常蓄位为▽2452m，死水位▽2440m，总库容10.79×108m3，调节库容1.5×108m3。

电站总装机容量4200MW（6×700MW），保证出力990MW，额定发电水头205m，多年平均发电量102.23×108kW?h。

水电站厂房钢蜗壳进口直径R=6.42m，其圆距机组中心线8.6m，钢板厚6cm；座环上下环板厚20cm。

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。

水电站厂房蜗壳结构设计分析一体化研究

图１参数化蜗壳模型

%STU
IJ0KLMNOP ./QR
DEF4GH
!" #$
./BC
Байду номын сангаас
%&'()*+#$,-./
0./123456 789 :;<= >8:?1@A./BC
图２主要技术路线
２．１ＣＡＴＩＡ程序开发ＣＡＴＩＡ二次开发采用ＣＡＡ（ＣｏｍｐｏｎｅｎｔＡｐｐｌｉｃａ
１蜗壳结构型式
水电站厂房常见蜗壳结构型式主要包括充水保压蜗壳、垫层蜗壳和直埋蜗壳。这三种蜗壳结构形式在其金属蜗壳几何体型上是相似的，但是在结构受力特点上是不一样的。本文主要是研究这三种蜗壳型式的一体化并进行程序开发。
垫层蜗壳是在金属蜗壳外表面部分敷设弹性垫
层材料，从而减小运行时钢蜗壳向外包钢筋混凝土传递的荷载。充水保压蜗壳是在施工时采取措施，临时封闭蜗壳的进口和出口，向蜗壳内充水加压，然后浇筑外包混凝土，在外包混凝土达到设计强度后才卸掉蜗壳内加压的水，使蜗壳上部与外围混凝土之间形成间隙。在运行时，当蜗壳受内水压力变形使间隙闭合后，外包混凝土才承受蜗壳传递过来的荷载，从而达到减小外包混凝土所承担荷载的目的。直埋蜗壳由金属蜗壳和外围混凝土直接联合作用共同承受全部内水压力，直埋蜗壳施工工艺相对简单，但是外包混凝土承担的荷载比另外两种蜗壳结构型式大。
不论是哪一种蜗壳结构，其三维建模核心主要是金属蜗壳模型，蜗壳三维模型创建主要根据蜗壳的单线图数据创建，在ＣＡＴＩＡ中可以直接关联ＥＸＣＥＬ表格创建参数，建立参数化的蜗壳结构模型，不同的蜗壳模型只需要改变ＥＸＣＥＬ数据即可，见图１。

三峡水轮机蜗壳充水加压过程应力分析

关键词：充水保压；壳；应力；三峡电站蜗
中图法分类号：Ｔ７Ｖ３文献标志码：
１工程概述
三峡水轮发电机组蜗壳的最大外径为３．８ｍ、４３进口直径ｌ．容积约６００ｍ，目前世界上最大２４ｍ，０是的混流式水轮机蜗壳。由于蜗壳内压大，Ｄ值高，Ｈ外围混凝土结构较薄，力条件复杂，机组的安全稳定受故运行和结构安全备受各方关注。三峡水轮机蜗壳采用了３种埋设方式：充水保压、
下一级的充水加压过程。
通过监测发现，该机组蜗壳在充水加压过程中，蜗壳应力随内水压力增加发生了一定的变化，中环向其钢板应力随内水压力增大而增大，生拉应力增量。产水流向钢板计随内水压力增大而表现出不一样的变化趋势：部因蜗壳形态比较均匀，内水压力增大蜗壳腰随膨胀，导致腰部钢板应力表现为拉应力增量，拉应力增量与内水压力近似线性关系；上１０蜗壳钢板因靠腰２。近上过渡板部位，过渡板比蜗壳钢板厚且与座环连上
第４２卷第ｌＯ期２０１１年５月
人民长江
ＹａｔｅＲｉｅｎｇｚｖｒ
Ｖｏ．１４２．．０Ｎｏ１
Ｍａ．。２１ｒ０１
文章编号：０１— １９２１）０— ０７— ４１０４７（０１１０８０
３。）

大型水电站充水预压蜗壳结构优化分析

大型水电站充水预压蜗壳结构优化分析研究李文富1李文逸2霍红11、概述随着国内外大型常规电站和抽水蓄能电站的兴建，蜗壳的HD（H是指蜗壳承受的压力，D是指蜗壳进口断面的直径）值急剧增长，蜗壳日趋向巨型和超巨型化发展。

单机容量的增加虽然降低了水轮机的成本，但随之引起了一系列问题。

仅就高水头、大容量混流式水轮机蜗壳结构而言，其总重量达数百吨，钢板厚度超过了60mm以上，致使蜗壳结构在设计、制造、成型、安装等方面出现了一系列难以解决的问题。

联合承载结构可充分发挥外围钢筋混凝土的潜力，达到减薄钢板厚度、改善蜗壳应力状态的目的，收到安全和经济的双重效果。

因此，联合承载结构是发展高水头、大容量混流式水轮机组蜗壳结构设计的一种新途径。

在建设单机容量700MW左右的电站中，根据国内外工程经验，大都采用充水预压或直接浇筑钢蜗壳外围混凝土的蜗壳结构形式，而且尤以充水预压方式为主。

充水预压蜗壳即钢蜗壳在充水预压状态下浇筑外包混凝土形成的联合承载结构，其结构特点就是在钢蜗壳内加一定水压后浇筑外围混凝土，混凝土凝固过程中保持这一水压力，由于充水预压，钢蜗壳发生了弹性膨胀，待混凝土凝固后，钢蜗壳中的水压撤去，钢蜗壳则恢复到初始形状，这样就在钢蜗壳与外围混凝土之间产生了预压缝隙。

因此，电站正常运行后，当蜗壳内水压力低于埋置钢蜗壳时预加的水压时，钢蜗壳与外围混凝土未接触，内水压力全部由蜗壳钢衬承担，而当蜗壳内水压力高于埋置钢蜗壳时预加的水压时，钢蜗壳与外围混凝土相接触，高出的那部分水压由蜗壳钢衬和外围混凝土共同承担；其运行特点在于，机组运行时，钢蜗壳能紧贴外围混凝土，使得座环、蜗壳和外围大体积混凝土结合成整体，增加了机组的刚性，能避免钢蜗壳在运行时承受动水压力的交变载荷和因此产生的变形，增加了混凝土的抗疲劳性能；同时，依靠外围混凝土减少蜗壳及座环的扭曲变形，从而减少机组振动和变形，有利于机组的稳定运行。

因此，这种结构形式在大型水电站机组和抽水蓄能电站机组中得到了广泛的应用。

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。

惠州抽水蓄能电站厂房蜗壳结构分析和配筋优化

的拉应力值则有所增加，腰部截面内侧一般增加２ＩＧ：＇～
１％，０少数点增加达１％。即底部约束增强对顶、线４ｆ
收稿日期：０８— ９—０２００１
作者简介：黄勇（９７一）男，１６，高级一程师，【：从事水结构设计工作。Ｉ
进行改进。
关键词：壳；蜗结构分析；筋；州抽水蓄能电站配惠中图分类号：Ｕ１．Ｔ３】３文献标识码：Ｂ文章编号：０８— １２２０）９— ０３— ４１００１（０８００６０
前言
高程为１０７ｍ，３．５总高度为１．０１６ｍ。蜗壳结构单元分为混凝土、环、蜗壳和尾水管座钢４大组。除较小的孔洞未模拟外，其余均按混凝土际尺寸划分计算网格。钢蜗壳座环固定导叶根据网梢位
・
６３
２００８年１２月
蜗壳内水压力为７５７ｍ水头。蜗壳外围混凝土浇筑时，
置进行适当的调整，持固定导叶总横截面面积不变Ｊ用４点平面板壳单元，个别过渡区域采用３结点板壳单；水轮机座环和锅壳外围混凝土采用８结点６面体块单元，个别区域采用６结点５面体块体单元。计算假定：假定混凝土结构及围岩为各向同性； ① ② 蜗壳外围混凝土和钢衬联合作用，充水保压压办［ｆｆｊ
惠州抽水蓄能电站位于广东省惠州市博罗县境内，

水电站蜗壳层混凝土施工要点

2019年8期方法创新科技创新与应用Technology Innovation and Application水电站蜗壳层混凝土施工要点陈晨（黑龙江省水利水电集团第二工程有限公司，黑龙江哈尔滨150302）前言蜗壳层混凝土浇筑是水电站厂房施工中的重点也是难点。

本文以某水电站为例就蜗壳层混凝土施工中所采用的弹性垫层、预埋泵管、回填砂装等方法进行了分析介绍，通过上述方法的使用在蜗壳层混凝土的施工中不仅有效减少了施工工序、避免了二次回填灌浆的麻烦，同时蜗壳层混凝土的施工质量也得到了一定程度的提升，并加快了蜗壳层混凝土工程的施工速度。

1某水电站工程蜗壳层混凝土部分特点与回填灌浆工艺某水电站的厂房采用的是地下厂房型式，内置2台单机容量为30MW 的混流式水轮发电机。

蜗壳层混凝土部分的浇筑方量约为360m 3，浇筑混凝土方量较大加之蜗壳层混凝土结构较为复杂从而对蜗壳层混凝土的浇筑提出了不小的挑战。

蜗壳层混凝土施工的难点在于蜗壳下部混凝土的浇筑，为确保蜗壳层混凝土的施工质量需要结合蜗壳下部混凝土浇筑的特点与难点采取针对性的处理措施，确保蜗壳层混凝土的施工质量。

蜗壳层混凝土浇筑的难点主要集中在蜗壳底部、座环与蜗壳的基础环下部有垂直向筋板，上述区域将阴角分隔成了9个不同的区块，在蜗壳层混凝土浇筑过程中尽管在蜗壳座环部位加设了振捣排气孔但是由于阴角这一振捣的盲区与死角的存在致使振捣无法取得良好的效果，容易产生脱空问题。

在蜗壳层混凝土浇筑施工中为了使得蜗壳钢衬与混凝土之间形成良好的密实度，需要重点解决好蜗壳层底部阴角部位的振捣脱空问题，提高蜗壳钢衬与混凝土之间的密实度。

在蜗壳层混凝土浇筑施工中多采用后期回填灌浆的方式来解决混凝土脱空问题。

在对蜗壳层底部进行回填灌浆施工中，灌浆管路将采用直径为φ25的钢管沿着径向布置，对于阴角部位则通过隔板分成独立的9个分区，并在各分区布设2个喇叭形的铁出浆盒并将铁出浆盒与蜗壳座环钢衬进行密贴，对于边缘部分使用海绵封堵避免浆液的进入。

有关水电站蜗壳安装焊接的常见缺陷讲解

蜗壳焊接的常见缺陷长河坝水电站蜗壳为金属蜗壳，采用钢板焊接结构。

蜗壳在拼装场拼装，安装采用现场单节挂装与焊接；待焊接探伤和防腐结束后，安装附属配件和管路，然后铺设弹性垫层，在进行混凝土浇筑。

蜗壳钢板材质采用的B610CF的优质高强度钢。

蜗壳安装焊缝采用手工电弧焊焊接(焊前焊缝两边加热不少于3倍板厚的宽度),采用φ3.2mm的焊条打底，其余采用φ4mm的焊条焊接。

要求不能有2个以上的焊接接头在一起。

焊接工艺评定：按照DL/T 5070-2012《水轮机金属蜗壳安装焊接工艺导则》的规定进行蜗壳钢种的焊接工艺评定试验，并根据评定成果报告的要求制定蜗壳焊接工艺规程。

我们常见的焊接缺陷有：形状缺陷，焊缝尺寸缺陷，咬边，弧坑，烧穿，焊瘤，气孔，夹渣，未焊透，未融合，裂纹等。

然而在使用手工电弧焊焊接的工程中，蜗壳焊接主要以形状缺陷、气孔、夹渣、未融合、咬边、裂纹等为主，根据蜗壳焊接的探伤结果还发现了一种新的缺陷—弧谷。

该缺陷出现在收弧部位，在焊缝中呈现一抛物线形。

1．蜗壳焊接中最直观的缺陷就是形状缺陷。

形状缺陷主要包括：焊缝成型差、焊缝余高不合格、焊缝宽窄不合格、错口、弧坑。

1．1蜗壳形状缺陷主要表现焊缝成型差表现为焊缝波纹粗，焊缝不均匀，焊缝和母材不圆滑过渡，焊缝高低不平等。

焊缝余高不合格（焊缝余高：0～3mm过流面焊缝表面的余高及打磨质量严格执行厂家要求)；表现为蜗壳对接缝余高超过3mm，局部出现负余高，余高差过大，角焊缝高度不够或焊角尺寸过大。

如图1。

图1 焊缝余高不合格焊缝宽窄不合格表现为焊缝宽窄不匀称，宽窄差大于3mm（焊缝必须盖过坡口每边2～3mm，并平缓过渡）。

如图2。

图2 焊缝宽窄不合格错口主要表现为焊缝两边母材不在同一平面上，错口量大于母材厚度10%或大于3mm。

如图3。

图4 焊缝错口过大弧坑主要表现为焊接收弧过程中形成表面凹坑，并伴随有表面气孔和夹渣。

如图5。

图5 焊缝表面的弧坑这些形状缺陷在我可焊接中最常见，影响外观质量和美观度。

水电站蜗壳层混凝土施工要点

水电站蜗壳层混凝土施工要点水电站蜗壳层混凝土施工是水电站建设中的重要环节之一，其质量直接影响着水电站的安全运行和效益。

蜗壳层混凝土施工要点的掌握对水电站的建设具有重要意义，下面将从混凝土材料的选择、施工工艺、施工质量控制等方面进行详细介绍。

混凝土材料的选择蜗壳层混凝土对材料的要求较高，一般采用高标号的水泥、矿粉、砂、骨料等原材料，并根据设计要求进行配比。

首先要保证选用的水泥符合国家标准，并且在运输和存储过程中严格按照规定进行操作，避免水泥吸潮或受阳光长时间直射导致失效。

其次是要选用细度模数适中的矿粉，以增加混凝土的流动性和耐水性。

对于骨料的选择也要根据设计要求，确保骨料的大小、形状和质量均符合要求。

施工工艺蜗壳层混凝土的施工工艺包括模板安装、钢筋绑扎、浇筑、养护等环节。

首先要严格按照设计要求搭建蜗壳模板，确保模板的平整度和尺寸精度，避免在浇筑过程中出现变形和漏浆等问题。

其次是在钢筋绑扎过程中要按照设计图纸进行操作，确保钢筋的布置密实和连接牢固。

在浇筑过程中要控制好混凝土的流动性和坍落度，避免在浇筑过程中出现浆液分离、坍塌或者空洞等问题。

最后是对蜗壳层混凝土进行养护，一般采用水养护的方式，保持混凝土的湿润和温度稳定，以确保混凝土的早期强度和耐久性。

施工质量控制蜗壳层混凝土的施工质量控制主要包括工程监理、质量检测和验收等环节。

在施工过程中要有专业的监理人员对施工现场进行监督和检查，确保施工人员严格按照设计要求进行操作。

同时要对混凝土进行抽检，包括混凝土的坍落度、抗压强度、密实度等性能指标的测试，以确保混凝土的质量符合设计要求。

最后是对蜗壳层混凝土进行验收，确保混凝土的质量符合国家标准和设计要求，达到使用要求。

水电站蜗壳层混凝土施工是一项复杂的工程，需要施工人员具备丰富的经验和专业的技术水平，才能保证混凝土的质量和施工的安全性。

在施工过程中要严格按照设计要求进行操作，加强对施工质量的监督和检查，确保水电站的安全运行和长期稳定性。

水电站蜗壳垫层结构研究

2003年06月 SHUILI XUEBAO 第6期文章编号：0559-9350（2003）06-0085-05水电站蜗壳垫层结构研究付洪霞1，马震岳1，董毓新1(1.大连理工大学土木水利学院，辽宁大连 116024)摘要：应用三维非线性有限元研究了水电站蜗壳垫层的弹性模量、厚度和铺设范围对承载比的影响。

为减轻钢蜗壳在上蝶边处的应力集中，提出在蝶形边附近一定范围内不设垫层。

如果垫层铺到180°，则恰好该处外包混凝土较薄，易产生混凝土贯穿裂缝，若将垫层下延20°～30°，则该处外包混凝土变厚，可改善垫层末端混凝土受力状态。

建议将垫层的厚度与弹模之比作为垫层设计的一个参考指标，并给出厚度与弹模的优化比值，可适用于一定PD值范围的蜗壳，供工程设计参考。

关键词：蜗壳；垫层；弹性模量；承载比中图分类号：TV732.4 文献标识码：A目前，国内外大型水电站钢蜗壳结构设计形式主要有三种[1]：（1）钢蜗壳外直接浇筑混凝土，既不设垫层也不充水预压；（2）钢蜗壳在充水预压状态下浇筑外围混凝土；（3）钢蜗壳上部一定范围内铺设垫层后浇筑外围混凝土。

我国已建、在建和设计中的水电站蜗壳，许多采用了第三种结构形式。

但在工程应用和计算分析中还存在如下问题：（1）以往的有限元计算[2]一般仅取控制断面附近局部范围的蜗壳结构进行分析，而实际上沿蜗壳环向存在着较大的应力，整体受力状况明显，因此对蜗壳结构进行整体分析更能反映工程的实际情况；（2）垫层材料的试验[3]表明，垫层为非线性材料，而近似地将其简化为线弹性模型显然与实际不符[4]；（3）垫层的选取由于受到弹性模量、厚度、铺设范围的综合影响，设计中没有一种定量的标准来衡量。

本文利用ANSYS结构分析程序对水电站蜗壳进行整体三维非线性有限元分析，探讨了垫层弹性模量、厚度及铺设范围对承载比的影响，并提出以厚度与弹模比作为参数指标，为工程设计优化提供参考。

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。

浅谈几内亚凯乐塔水电站厂房蜗壳二期混凝土施工技术

浅谈几内亚凯乐塔水电站厂房蜗壳二期混凝土施工技术摘要：在水电站厂房施工中，蜗壳二期混凝土具有施工空间狭窄、振捣困难、结构复杂、钢筋密集、温控要求高、浇筑难度大等特点，作者以几内亚凯乐塔水电站厂房蜗壳混凝土施工为例，总结蜗壳混凝土浇筑施工技术，包括蜗壳阴角部位混凝土浇筑，混凝土分层分块，混凝土类型选择，浇筑设备布置等内容，浅谈所用方法合理，既能确保施工质量和施工进度，又能达到施工经济合理。

关键词：国际工程；蜗壳混凝土；施工技术1、概述几内亚凯乐塔（kaleta）水电站位于几内亚共和国境内孔库雷（konkoure）河中游，是以发电为主的三等中型水电工程，是孔库雷河流域四级梯级电站中的第三级水电站。

几内亚位于非洲西部，西濒大西洋，北邻几内亚比绍、塞内加尔和马里，东与科特迪瓦接壤，南与利比里亚和塞拉利昂接壤，国土面积24.59万平方公里,国水资源丰富被称为“非洲的水塔”。

凯乐塔水电站水电站区域为热带草原气候，纬度较高，温度适中。

5月至10月为雨季，11月至次年4月为旱季，雨量充沛，年降水量约为3000mm，年平均气温24~32℃，日最高气温37.2℃。

凯乐塔水电站厂房共安装3台单机容量78.2MW的立式轴流转桨式水轮发电机组，机组蜗壳安装中心高程EL52.00m，蜗壳顶部范围采用弹性垫层的方式埋入混凝土内。

每台机组从钢蜗壳管凑合节连接段开始沿座环周边逐节对称挂装，蜗壳上部225°范围与外围混凝土之间设置30mm厚度弹性垫层，弹性材料为聚乙烯闭孔泡沫板，弹性垫层铺至排水钢槽的下面，并要求铺填包严，压紧粘牢。

2、蜗壳二期混凝土施工分层蜗壳二期混凝土浇筑时，为了保证混凝土浇筑的连续性，减小蜗壳温度应力的影响，蜗壳二期混凝土采取分层浇筑，凯乐塔水电站厂房蜗壳二期混凝土共分4层浇筑，浇筑起止高程为EL48.40m至EL56.47m，高度8.07m，分层厚度分别为2.8m、1.7m、2.0m、1.57m。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

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 —
个高斯点的张开、闭合过程，并进行接触状态判断，对
本文采用近似矩形或长方体的常规薄层单元作为接触面单元，在此单元形式的基础上以高斯点来描述接触状态．为了保证结构面上的单元只能沿着层面屈服，需先将单元中高斯点的应力转换成层面上的
水电站垫层蜗壳结构应力及配筋分析
３３
仍然较少．鉴于此，本文以某大型水电站为实例，采用接触非线性间隙元法模拟了蜗壳与混凝土及垫层之间的接触摩擦效应，并以分段线性模型的方式近似模
ｍｏｕｎｔｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ
ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｒａｔｉｏｏｆｌｏａｄ；ａ —
蜗壳结构作为水电站的重要组成部分，对水电站的安全稳定运行起着至关重要的作用．垫层式蜗壳，由于其混凝土开裂范围较小，结构上抬位移较低，安
Ａｇａｐｇ — Ｒ
一
目前结构面的屈服准则一般采用低抗拉（或不抗拉）摩尔一库仑屈服准则，这一屈服准则的缺点在于当
ｔａｃｔｅｆｆｅｃｔｓａｍｏｎｇｓｐｉｒａｌｃａｓｅ，ｃｕｓｈｉｏｎａｎｄｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｂｙｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｇａｐ — ｅｌｅｍｅｎｔａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｄｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｃｕｓｈｉｏｎｂｙｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｓｅｇｍｅｎｔｌｉｎｅａｒｒｅｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｒｏｕｇｔｈａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｓｐｉｒａｌｃａｓｅｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｕｓｈｉｏｎｔｈｉｃｋｎｅｓｓｅｓ，ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎａｍｏｎｇｃｕｓｈｉｏｎｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｓｐｉｒａｌｃａｓｅ
ＹｕＬｅｉＸｉａＨｕｉ０
（１．ＨｙｄｒｏＣｈｉｎａＺｈｏｎｇｎａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００１４，Ｃｈｉｎａ；２．ＪｉａｎｇｓｕＳｕｒｖｅｙｉｎｇａｎｄ
２０１３年８月
水电站垫层蜗壳结构应力及配筋分析
于磊夏辉
（１．中国水电顾问集团中南勘测设计研究院，长沙
２２５００９）
４１００１４；２．江苏省水利勘测设计院有限公司，江苏扬州
量的关系，供工程设计参考．关键词：水工结构；蜗壳；垫层厚度；应力；承载比；配筋量中图分类号：ＴＶ３１４文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－９４８Ｘ（２Ｏ１３）０４－００３２－０５
ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｉｎｐｒｏｊｅｃｔｄｅｓｉｇｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｓｐｉｒａｌｃａｓｅ；ｃｕｓｈｉｏｎｔｈｉｃｋｎｅｓｓ；ｓｔｒｅｓｓ；
拟了垫层的非线性本构关系，对不同垫层厚度下的水
＞Ｏ时，口取为：ｎ＝ｃ／ｆ．
此时式（１）可改写为：
，
＋ｚ－一
Ｃ
一
．
０
电站垫层蜗壳结构进行了计算分析，给出了垫层厚度与蜗壳应力、混凝土应力、承载比例及截面配筋量的
部，而钢蜗壳与混凝土之间除摩擦作用外，无切向约束，因此钢蜗壳承受内水压力后，下半部钢衬相对于
力条件需满足给定的摩擦屈服准则．其基本求解思路
如下．
混凝土会发生明显的滑动，沿着切向约束作用较小的上半部运动．本文通过在钢蜗壳与混凝土和垫层间布置薄层接触面单元，采用间隙元的方式模拟相互之间的摩擦接触效应．
普遍认同，但模拟方式和方法还不成熟．另一方面，研
究中对于垫层材料的模拟，一般简化处理为理想弹性材料．但实际情况下随着压缩应变的逐渐增大，垫层材料将会出现应变强化的现象，表现出明显的非线性力学特性．对垫层材料非线性力学特性的考虑，国内
摘要：以某大型水电站为实例，采用接触非线性间隙元法模拟了蜗壳、混凝土及垫层之间的接触摩擦效应，并以分段线性模型的方式近似模拟了垫层的非线性本构关系，对不同垫层厚度下的水电
站垫层垫层厚度与蜗壳应力、混凝土应力、承载比例及截面配筋
正、剪应力，然后建立相应的屈服方程求解．
每个高斯点设立ｇａｐｇ，ｇａｐｇ０数组．其中ｇａｐｇ表示本次增量下的接触间隙，ｇａｐｇ０表示上级荷载增量下的
间隙值．
ｇａｐｇ — ｇａｐｇ０Ａｇａｐｇ
全稳定性较好等优点，在国内得到了广泛的应用ｌ＿１］．
自２０世纪７０年代以来，国内学者对垫层式蜗壳结构
进行了大量的数值计算和模型实验，取得了一系列成
果ｌ２］．早期的研究中，由于受计算条件和手段的限制，一般未能考虑蜗壳与混凝土及垫层之间的相对滑移和摩擦．进入２１世纪，随着有限元接触非线性技术的发展，大连理工大学张运良等人ｌ＿１０］采用面一面接触
关系，供工程设计参考．
从式（１）的形式看，ａ可理解为摩擦系数，在压剪区取常用值，在拉剪区取为ｃ／ｆ．
简而言之，广义摩尔一库仑屈服准则可理解为当法向应力为负（受压）时，摩尔一库仑准则的参数由ｆ，ｃ确定；而当法向应力为正（受拉）时，其参数由ｃ，ｆ确
收稿日期：２０１３－０３ — １３
通信作者：于
磊（１９８３一），男，工程师，主要研究方向为水工结构设计．Ｅ — ｍａｉｌ：４０７２９１９６＠ｑｑ．ｃｏｎｒ
第３５卷