进水口整体稳定及基底应力计算

进水口整体稳定及基底应力计算

1. 计算总说明

1.1 计算目的及要求

某水电站进水口根据电站枢纽布置、地形、地质条件设为岸塔式进水口，“镶嵌”在L型基础中，塔背有基岩对其起支撑作用，靠自重和岸坡岩体支撑维持稳定，加之该进水口置于土质地基上，因建基面不允许出现拉应力，因此可不进行抗倾覆稳定计算。通过对进水口整体抗浮稳定与基底应力计算，以复核其是否满足规范要求。

1.2 基本资料

进水口纵横剖面结构尺寸见附图。

水容重：3

kN m

10/

钢筋混凝土容重：3

25/

kN m

'=。

基础与混凝土之间f值为：0.4

c Mpa

f'=，0.08

σ=

地基承受能力：[]0.42MPa

校核洪水位：1886.109m

设计洪水位：1884.069m

正常蓄水位：1900.000m

死水位：1896.000m

多年平均最大风速：11.00/

m s

吹程：0.7km

拦污栅及对应启闭机重：52t、8t

事故检修门及对应启闭机重：38t、15t

计算采用规范及参考书：

a.《水电站进水口设计规范》DL/T5398-2007

b.《水工建筑物荷载设计规范》DL5077-1997

c.《水工建筑物荷载设计规范》

d.《水电站厂房设计规范》SL266-2001

e．《公路桥涵设计通用规范》JTJ021-89

f.《水闸设计规范》SL265-2001；

g.《土力学》河海大学出版社出版,卢廷浩主编；

h.某水电站首部枢纽平面布置图及主要建筑物剖面图；

i.《孔隙比与压力关系曲线表》；

1.3 计算原理及假定

岸塔式进水口根据自身的结构特点，只要基底应力在允许应力或允许抗力范围内，塔体就不会发生整体失稳，根据规范要求及进水口的布置情况，对塔体做以下假定：

1）将塔体视为刚体，在荷载作用下，岩体变形产生抗力；

2）抗力或反力强度值采用材料力学法和刚体极限平衡法求得。

3）计算地基沉降量时，不考虑周边结构对进水口塔体的影响。

此算稿按荷载组合{基本组合、特殊组合}计算。

工况1：正常运行期，正常蓄水位1900.000m；

工况2：正常运行期，设计洪水位1884.069m；

工况3：非常运行期，校核洪水位1886.109m；

工况4：检修期，正常蓄水位1900.000m；

工况5：施工完建未挡水期。

工况6：正常蓄水位+Ⅶ度地震

工况1、2为基本组合，工况3、4、5、6为特殊组合。

2. 计算过程

2.1 截面计算

取进水口底板进行计算，进水口底板顺水流方向为x轴，垂直水流方向为y 轴，截面尺寸如图2.1-1所示。

图2.1-1 建基面示意图

基底面积： 334112018.0097201212I bh m =

⨯=⨯⨯=x 334112018.00120001212

I b h m =⨯=⨯⨯=y 荷载作用正方向取为，垂直荷载作用：铅直向下为正；水平荷载作用：沿水流方向为正；弯矩作用：逆时针方向为正。

2.2 力矩计算

下面计算各截面形心对x 、y 轴的力矩，因为进水口左、右侧对称布置，所

以只需计算进水口上下游基底应力，即可只算截面计算点对y 轴的力矩即可。 力矩计算简图见附图。

2.2.1 底板

重量为：

1 1.052520.0 3.018.028350.0Q c a G V kN γγ==⨯⨯⨯⨯=

10x l =

1110y x M G l kN m ==g

2.2.2 左、右边墙

2 1.0551.9421.025257263.85Q c G V kN γγ==⨯⨯⨯⨯=

2 1.19x l m =-

截面计算点至形心轴Y 的距离产生的弯矩

2257263.85( 1.19)68143.98y x M G l kN m ==⨯-=-g

2.2.3 拦污栅中墩

3 1.0513.7721.0257590.71Q c G V kN γγ==⨯⨯⨯=

3 5.84x l m =

截面计算点至形心轴Y 的距离产生的弯矩

337590.71 5.8444329.76y x M G l kN m ==⨯=g

2.2.4 胸墙

胸墙指的是进水口拦污栅之后的那部分实体混凝土，由于喇叭口上侧混凝土是一不规则的结构，在取其截面计算点时分两部分计算。

4.1 1.0534.3112.52511257.97Q c a G V kN γγ==⨯⨯⨯=

4.2 1.052519.578.924582.32Q c b G V kN γγ==⨯⨯⨯=

4.1 3.25x l m =、 4.20.31x l m =-

截面计算点至形心轴Y 的距离产生的弯矩

4 4.1 4.1 4.2 4.211257.97 3.254582.32(0.31)35167.88y y a x x M M G l G l kN m

=+=⨯+⨯-=g 2.2.5 通气孔四周实体混凝土

由于通气孔四周混凝土在计算边墙时已经计算了一部分，因此在此只计算流道上方混凝土（包括扣除部分）。

5.1 1.052511.9415.84952.12Q c G V kN γγ==⨯⨯⨯=

扣除通气孔体积：

5.2 1.0525215.8829.5Q c G V kN γγ==⨯⨯⨯=

5.18.28x l m =- 5.28.5x l m =-

截面计算点至形心轴Y 的距离产生的弯矩

5 5.1 5.1 5.2 5.24952.12(8.28)829.5(8.5)33952.76y x x M G l G l kN m =-=⨯--⨯-=-g