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大型多岔调压井衬砌混凝土结构三维有限元分析

时间:2020-09-27    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大


大型多岔调压井衬砌混凝土结构三维有限元分析
刘 成 栋 ,张 凯 ,向衍
( 南 京 水 利 科 学 研 究 院 水 文 水 资 源 与 水 利 工 程 科 学 国 家 重 点 实 验 室 ,江 苏 南 京 210029 )
摘 要 :大 型 多 岔 调 压 井 通 常 具 有 空 间 结 构 复 杂 、受 力 条 件 多 变 、且 易 受 地 质 条 件 和 地 下 水 位 等
多 因 素 影 响 的 特 点 ,为 评 价 其 衬 砌 混 凝 土 结 构 安 全 ,以 黑 泉 水 库 左 岸 调 压 井 为 例 ,采 用 A N S Y S 系
统 构 建 大 型 多 岔 调 压 井 三 维 有 限 元 数 值 模 型 ,计 算 分 析 了 不 同 工 况 下 衬 砌 混 凝 土 受 力 和 应 力 分 布
特 征 ,在 此 基 础 上 进 行 了 调 压 井 结 构 配 筋 复 核 、抗 裂 验 算 及 裂 缝 扩 展 宽 度 验 算 等 复 核 计 算 ,最后基
于 验 算 结 果 给 出 了 合 理 的 工 程 指 导 建 议 ,作 为 多 岔 调 压 井 工 程 设 计 和 工程 运 行管 理时 的 借鉴.
关键词:黑泉水库 ;多岔调压井 ;有限元 ;配筋复核 ;抗裂验算
中图分类号 : T V 732. 51
文献标志码 : A
文章编号 : 2095 3550(2017)04 0006 06
FEM analysis of large multi-fork surge-shaft lining structure
LIUChengdong ’Z H A N G K a i ,X IA N G Y a n
( State Key L aboratory of H ydrology-W ater Resource and H ydraulic
E ng ineerin g,N anjing H ydraulic R esearch In stiu te , N anjing,Jiangsu 210029,China )
Abstract: Large multi-fork surge-shaft possesses the characteristics of complicated structure,variable
stress conditions and is easy to be affected by the geological conditions and groundwater level and other
factors. To evaluate the safety of the lining concrete structure, the surge-shaft in the left bank of
Heiquan reservoir is taken as an example,the FEM analysis is conducted based on ANSYS and the de
formation and stress characteristics of the surge-shaft is studied. The design check such as the reinforce
ment check, crack width and crack propagation checking is conducted based on the structural analysis
results. Finally,the engineering guidelines are provided based on the check results,which can provide
reference to design and management of multi-fork surge-shaft engineering.
Key words: Heiquan reservo ir; m ulti-fork surge-shaft; F E M ; reinforcem ent check; crack propa
gation checking
黑 泉 水 库 位 于 青 海 省 大 通 县 境 内 ,在湟水河支
流 北 川 河 上 游 宝 库 河 上 ,距 西 宁 市 75 k m ,是一座大
收稿日期:2017 10 12
基金项目:国 家 自 然 科 学 基 金 面 上 项 目 (51779154, 51679151);
国 家 重 点 研 发 计 划 (2016YFC0401603 ) 水利部公益
性 行 业 科 研 专 项 (0150133)
作 者 简 介 :刘 成 栋 ,男 ,江 苏 建 湖 人 ,高 级 工 程 师 ,研究 方向为
水库大坝安全性态评估、大坝安全监控与信息化 .
E - mail: lcd_dam@163. com
( 栻)型 综 合 水 利 枢 纽 工 程 .大 坝 为 混 凝 土 面 板 砂 砾
石 坝 ,最 大 坝 高 123. 5 m ,正 常 蓄 水 位 2 887. 75 m ,
总 库 容 1. 82 X 108 m3 ,死 库 容 0. 1 7 亿 m3.灌溉发
电 洞 位 于 大 坝 左 岸 ,灌 溉 洞 0 + 447. 1 m 位置为调
压 井 ,此 处 隧 洞 又 分 为 两 岔 ,一 岔 为 洞 径 3. 0 m 的
灌 溉 支 洞 ,另 一 岔 为 洞 径 2. 5 m 的发电斜洞.调压
井 为 简 单 圆 筒 式 ,钢 筋 混 凝 土 衬 砌 ,竖 井 直 径 6 m ,
井 底 板 高 程 2 839. 30 m ,地 下 埋 深 45. 2 m ,底板厚
度 1. 5 m , 侧 墙 1. 2 〜 0. 8 m ; 其 中 ,调 压 井第 4期
刘 成 栋 ,等 :大 型 多 岔 调 压 井 衬 砌 混 凝 土 结 构 三 维 有 限 元 分 析
7
2 8 8 4 . 0 m地 面 平 台 以 上 为 塔 式 结 构 ,直 径 10 m ,
i合 顶 高 程 2 896. 00 m ,
i合 高 11. 5 m ,调 压 井 总 高 度
56. 7 m ,调 压 井 底 部 是 三 洞 一 井 交 汇 组 成 的 地 下 空
间结构[].
黑 泉 水 库 调 压 井 结 构 布 置 复 杂 ,在 与 灌 溉 主
洞 、灌 溉 支 洞 和 发 电 斜 洞 交 叉 处 孔 洞 多 、尺 寸 较 大 ,
结 构 受 力条件复杂 [24]. 初 步 设 计 时 ,复杂空间结构
按 平 面 结 构 进 行 了 配 筋 计 算 简 化 处 理 [5],而水库调
压 井 作 为 地 下 空 间 结 构 ,受 地 质 条 件 和 地 下 水 压 力
等 因 素 的 影 响 较 大 ,并 且 此 类 大 型 工 程 、大 尺 寸 、地
质条件复杂的调压井钢筋混凝土结构安全尤为重
要 ,目前国内关于 水 库 调 压 井 详 细 结 构 计 算 和 配 筋
验 算 文 献 较 少 ,因 此 ,本 文 基 于 A N S Y S 系统建立该
水 库 调 压 井 三 维 有 限 元 数 值 模 型 ,并 对 不 同 工 况 下
的调压井混凝土结构进行静力数值分析和配筋复
核 计 算 ,以 确 保 工 程 安 全 ,并 为 后 续 类 似 工 程 提 供
借鉴.
1 有限元分析模型
1. 计算模型
整 体 有 限 元 模 型 如 图 1 所 示 ,调压井及三岔洞
有 限 元 模 型 如 图 2 所 示 ,调 压 井 及 三 岔 洞 有 限 元 典
型 剖 面 图 模 型 如 图 3 所示.
2 875~2 885 m 围岩
2 855~2 875 m 围岩
2 800~2 855 m 围岩
图 1
整体有限元模型
Fig. 1 Integral finite element model
图 2
调压井及三岔洞有限元模型
图 3
调压井及三岔洞有限元典型剖面图模型
Fig. 3 Model of a typical section of surge chamber
and the thr^e bifurcation holes
1 . 2 计算工况与材料参数
1 . 2 . 1 计 算 工 况 基 于 水 库 实 际 运 行 特 点 ,选取
正 常 蓄 水 位 2 887. 50 m 为 水 库 基 本 运 行 状 态 ,并通
过判断两组机组正常运行状态将调压井结构计算
分 为 两 组 基 本 工 况 ,其 中 工 况 1 假 定 两 组 机 组 均 运
行 正 常 ,同 时 甩 荷 ,洞 内 水 头 损 失 1. 3 1 m ,井内最高
涌 浪 水 位 2 892.89 m (工况 1 为考察调压井围岩灌
浆 效 果 ,将 高 程 2 800. 0 0〜 2 855. 00 m 围岩弹性模
量 提 高 到 0. 45 X 104 M P a进行配筋复核敏感性分
析 )工 况 2 假 定 只 有 一 组 机 组 运 行 正 常 ,灌溉支洞
处 于 无 水 状 态 .此 外 ,两 组 工 况 均 进 行 承 载 能 力 极
限状态配筋复核.
1 . 2 . 2 材 料 参 数 基 岩 材 料 力 学 参 数 见 表 1 ,同 样 ,
为 考 察 调 压 井 围 岩 灌 浆 效 果 ,将 高 程 2 800. 0 0〜
2 855. 00 m 围 岩 弹 性 模 量 提 高 到 0. 45 X 104 MPa
进行配筋复核敏感性分析.混凝土材料力学参数见
表 2.
表 1
基岩材料力学参数
Tab. 1 Mechanical parameters of bedrock materials
项目
弹性模量 £ /
(104MPa)
泊松比毺
容 重 }/
( k N . m - 2 3)
2 8 7 5 〜 2 885 m 围岩
1 0
0. 3
26.1
2 8 5 5 〜 2 875 m 围岩
1.2
0. 3
26.4
2 8 0 0 〜 2 855 m 围岩
0.1
0. 3
26.1
表 2
混凝土材料力学参数
Tab. 2 Mechanical parameters of concrete materials
项目
弹 性 模 量 £:/ 泊松比
(104MPa)
/毺
容 重 /
( k N 3)
抗拉强度
设计值
/ /
MPa
抗拉强度
设计值
/
MPa
混凝土 C25 2 . 8 0 . 1 6 7 2 4 . 5 1 . 2 7 1 .7 8
2 结构数值分析
Fig. 2 Finite element model of surge chamber and fork
调 压 井 结 构 典 型 截 面 示 意 、调 压 井 配 筋 复 核 典8
江苏建筑职业技术学院学报
第 17卷
型 截 面 示 意 分 别 如 图 4 、图 5 所示.
图 4
调压井结构典型截面示意
Fig. 4 Typical section of surge chamber
图 5
调压井配筋复核典型截面示意
Fig. 5 Typical section of surge chamber reinforcement
2 . 1 工 况 1 应力计算成果分析
工 况 1 条 件 下 调 压 井 三 岔 洞 结 构 1 1 剖面应
力 场 计 算 结 果 如 图 6 、图 7 所 示 . 由 图 6 可 知 ,1 - 1
剖面第 1 主应力最大值出现在灌溉主洞与调压井
筒 壁 交 叉 处 以 及 灌 溉 支 洞 、发 电 斜 洞 门 槽 处 ,约第 4 期
刘 成 栋 ,等 :大 型 多 岔 调 压 井 衬 砌 混 凝 土 结 构 三 维 有 限 元 分 析
9
2.43MPa.第 3 主 应 力 则 不 大 ,最 大 值 一 2 7 2 M Pa,
远小于 C2 5 混 凝 土 抗 压 强 度 .其 他 剖 面 具 有 与 1 1
剖面类似的应力分布规律,即最大应力出现在不同构
件交叉 位 置 ,例 如 2 2 剖 面 第 1 主应力较大值出现
范围包括灌溉主洞和调压井筒壁交叉处以及灌溉支
洞及发电斜洞门槽处,最 大 值 3. 6 8 MPa. 3 - 3 剖面第
1 主应力较大值仍出现在灌溉主洞和调压井筒壁交
叉 处 、灌 溉 支 洞 及 发 电 斜 洞 门 槽 处 ,最 大 值 为
3. 60 MPa. 4 - 4 剖 面 调 压 井 底 板 第 1 主应力在底板
和 筒 壁 交 界 处 存 在 局 部 应 力 集 中 ,最 大 值 为
2 79 MPa. 5 - 5 剖 面 第 1 主 应 力 最 大 为 3. 82 M Pa, 、
布在灌溉主洞与调压井筒壁交叉处上部约 1 m 范围.
图 6
剖面第 1 主应力
Fig. 6 First principal normal stresses of typical section
图 7
剖面第 3 主应力
Fig. 7 Third principal normal stresses of typical section
总 体 来 看 ,在 工 况 1 条 件 下 该 水 库 调 压 井 各 方
向正应力以及主应力符合调压井结构弹性受力状
态 基 本 分 布 规 律 ,较 大 拉 应 力 区 域 主 要 分 布 在
2 845. 00 m高 程 以 下 灌 溉 主 洞 、灌 溉 支 洞 以 及 发 电
斜 洞 交 叉 部 位 ,特 别 是 灌 溉 主 洞 和 调 压 井 交 叉 处 、
灌 溉 支 洞 及 发 电 斜 洞 门 槽 等 区 域 ,局 部 位 置 超 过
C 2 5 混 凝 土 抗 拉 强 度 ;同 时 底 板 、灌 溉 支 洞 与 发 电
斜 洞 门 槽 附 近 ,以 及 调 压 井 筒 壁 环 向 基 本 是 全 截 面
受 拉 ,应该引起注意.
2. 2
工 况 2 应力计算成果分析
工 况 2 条 件 下 调 压 井 三 岔 洞 结 构 1 1 剖面应
力 场 计 算 结 果 如 图 8 、图 9 所 示 ,由 图 可 知 ,X 向应
力 在 灌 溉 支 洞 门 槽 处 有 较 大 拉 应 力 ,最 大 值 为
1.40 M P a,中 墩 处 混 凝 土 为 压 应 力 . Y 向应力在灌
溉 支 洞 及 发 电 斜 洞 门 槽 处 、发 电 斜 洞 外 表 面 处 存 在
局 部 拉 应 力 ,最 大 值 为 0. 63 M Pa. Z 向应力在三岔
洞 内 水 压 力 的 作 用 下 ,灌 溉 主 洞 、灌 溉 支 洞 以 及 发
电 斜 洞 处 出 现 较 大 拉 应 力 ,最 大 值 为 1. 59 M Pa.第
1 主应力最大值则出现在灌溉主洞与调压井筒壁交
叉 处 ,以 及 灌 溉 支 洞 、发 电 斜 洞 门 槽 处 ,约 为
2 11 M Pa.其 他 剖 面 具 有 与 1 1 剖 面 类 似 的 应 力
分 布 规 律 ,其 中 ,2 2 剖 面 第 1 主 应 力 较 大 值 出 现
范 围 包 括 灌 溉 主 洞 和 筒 壁 交 叉 处 、灌 溉 支 洞及发电
斜 洞 门 槽 处 ,最 大 值 约 3. 23 M Pa. 3 3 剖 面 第 1 主
应力较大值出现范围仍出现在灌溉主洞和调压井
筒 壁 交 叉 处 、灌 溉 支 洞 及 发 电 斜 洞 门 槽 内 面 ,最大
值 约 3. 25 M P a;4 - 4 剖 面 调 压 井 底 板 第 1 主应力
基 本 为 正 值 ,在 底 板 和 筒 壁 交 界 处 存 在 局 部 应 力 集
中 ,最 大 值 为 2 23 M Pa. 5 - 5 剖 面 第 1 主 应 力 最
大 值 为 3. 29 M P a,分 布 在 灌 溉 主 洞 上 方 筒 壁 约
1 m范围.
图 8
截面第 1 主应力
Fig. 8 First principal normal stresses of typical section
图 9
截面第 3 主应力
Fig. 9 Third principal normal stresses of typical section
总 体 来 看 ,工 况 2 条 件 与 工 况 1 条件两组工况
调 压 井 各 部 位 应 力 分 布 特 征 相 似 ,然 而 由 于 工 况 2
井 内 水 位 有 所 降 低 ,因 此 该 工 况 下 各 部 位 应 力 值 均
有所降低.
3 结构设计复核分析
3 . 1 配筋复核分析
基 于 上 述 两 组 典 型 工 况 有 限 元 数 值 计 算 结 果 ,
该 水 库 调 压 井 三 岔 洞 配 筋 校 核 结 果 汇 总 见 表 3.
由表 3 可知:
1) 不 同 高 程 处 调 压 井 筒 壁 圆 弧 段 、灌溉支洞及
发 电 斜 洞 门 槽 环 向 配 筋 满 足 要 求 且 有 一 定 富 裕 ,但
灌溉主洞与调压井筒壁交叉处上部环向配筋略不
足 ,相 差 在 5 % 以内.
2) 井 筒 壁 圆 弧 段 、灌 溉 支 洞 及 发 电 斜 洞 门 槽 等
处竖向配筋不足约2 6 % 〜53%.
3) 底 板 顺 水 流 方 向 配 筋 不 足 ,少 配 7 0 % ; 垂直
水流方向配筋满足且有较大富裕度.10
江苏建筑职业技术学院学报
第 17卷
4 ) 为 考 察 调 压 井 围 岩 灌 浆 效 果 ,将 高 程
2 800. 0 0〜 2 8 5 5 00 m 围岩弹性模量提高至 0. 45 X
104 M P a进 行 配 筋 敏 感 性 分 析 ,结 果 表 明 ,尽管灌浆
提 高 围 岩 抗 力 后 需 要 配 筋 有 所 减 少 ,但在调压井圆
弧 段 竖 直 向 、底 板 顺 水 流 方 向 等 配 筋 不 足 地 方 仍 然
不足.
相应该水库调压井三岔洞最小配筋率复核结
果 见 表 4.
表 3
调压井混凝土结构配筋复核结果
Tab. 3 Reinforcement results of surge chamber concrete structure
校核位置
施工图配筋面积 /
按计算应力图形配筋 / ( c m 2 • m - 1 )
( c m 2 • m —1)
工 况 1
工 况 1牔
工 况 2
b - b
60 20
39. 54
52 14
筒壁环向钢筋
c — c
86. 20
90. 27 *
67 53
77 76
d - d
64. 28
46 96
49 68
筒壁竖向钢筋
b — b
c — c
16. 08
34. 38 *
28. 13 *
2 1 74 *
7 66
29. 21 *
8 55
底 板 X 向 (顺 水 流 )钢筋
a — a
10. 25
40. 55 *
3 1 21 *
36. 49 *
底 板 Y 向 (垂 直 水 流 )钢筋
a — a
86. 20
45 12
3 5 .44 *
39 33
e —e(1)
42 66
22 44
38 52
灌溉支洞门槽顺水流向钢筋
e—e ⑵
86 20
38 14
25 09
33 22
e— e (3)
34 09
27 44
22 83
e —e(1)
28. 80 *
2 2 .40 *
38. 40 *
灌溉支洞门槽竖向钢筋
e—e ⑵
16 08
19. 60 *
2 4 .80 *
33. 20 *
e— e (3)
24. 40 *
1 9 .60 *
22. 80 *
f—f(1)
25 82
20 30
22 80
发电斜洞门槽顺水流向钢筋
f— f (2)
86 20
27 17
14 66
23 37
f—f ( )
41 89
38 07
33 88
f—f ( )
22. 11 *
11 65
19. 03 *
发电斜洞门槽竖向钢筋
f—f ( )
16 08
15 91
12 40
15 69
f—f ( )
22. 08 *
9 52
19. 49 *
注 :△ ”表 示 “调 整 三 岔 洞 附 近 围 岩 弹 模 ”; * ”表示“不够”,其他表示“够暠
表 4
最小配筋率复核
Tab. 4 Minimum reinforcement rate
校核位置
施工图配筋
面 积 /(c m 2 . m - 1 )
施工图配筋率 /
规范值 /
结果
%
%
筒壁环
向钢筋
高程 2 843. 3 0 〜 2 855. 00
86. 2
0. 76
0 15
满足
高程 2 855. 0 0 〜 2 875. 00
86 2
0. 92
0 15
满足
高程 2 875. 0 0 〜 2 884. 50
49 1
0. 67
0 15
满足
底板垂直水流方向
86. 2
0. 60
0 15
满足
由 表 4 可 知 ,在 该 水 库 调 压 井 施 工 配 筋 过 程
中 ,底 板 垂 直 水 流 方 向 、筒 壁 环 向 受 力 筋 满 足 最 小
配 筋 率 要 求 ;底 板 顺 水 流 方 向 、筒 壁 竖 直 向 所 配 构
造 筋 ,基 本 满 足构造要求 .
3 . 2 调压井混凝土材料抗裂验算分析
调 压 井 混 凝 土结构抗裂验算选取工况 2 即水
库 水 位 2 887. 50 m , 电站正常运行 ,洞内水头损失
1.31 m ,两 个 机 组 同 时 甩 荷 ,井 内 最 高 涌 浪 水 位
2 892. 89 m ,三岔洞内均充满水对应的工况 .取自重
和 水 压 力 荷 载 分 项 系 数 均 为 1. 0 即 正 常 使 用 极 限
状 态 ,由 于 本 工 程 调 压 井 为 一 、四 洞 交 汇 组 成 的 地
下 空 间 结 构 ,受 力 条 件 复 杂 ,因 此 验 算 基 于 上 述 三
维 有 限 元 计 算 结 果 ,按 照 下 式 进 行 抗 裂 验 算 :
氁1 < f k , ⑴
式 中 :氁 为 调 压 井 混 凝 土 结 构 有 限 元 计 算 结 果 第 1
主应力,M P a f tk为 混 凝 土 轴 心 抗 拉 强 度 标 准 值 ,
C25 混凝土取 1. 78 M P a .
以 1 1 剖 面 为 例 ,对 工 况 2 进行混凝土材料抗
裂 验 算 ,相 应 1 1 剖 面 第 1 主 应 力 等 值 线 如 图 6 所
示 ,基 于 式 (1)可 以 得 出 以 下 结 论 :
1) 调 压 井 筒 壁 在 2 845. 00 m 高 程 以 上 第 1 主
应 力 均 小 于 C2 5 混 凝 土 抗 拉 强 度 标 准 值 (f k )
1. 78 M P a ,满足抗裂要求.
2) 调 压 井 底 板 基 本 为 拉 应 力 ,第 一 主 应 力 最 大
拉 应 力 约 为 0. 79 M P a,小 于 C2 5混凝土抗拉强度
标 准 值 1. 78 M P a,同样满足抗裂要求.
3) 2 839. 3 0〜 2 845. 00 m 范围内调压井筒壁存
在较大主拉应力,尤其在灌溉主洞与调压井筒壁交叉第 4 期
刘 成 栋 ,等 :大 型 多 岔 调 压 井 衬 砌 混 凝 土 结 构 三 维 有 限 元 分 析
11
处 上 部 ,第一主应力 最 大 值 为 3. 3 2 M P a 超过混凝土
抗 拉 强 度 标 准 值 1. 7 8 M Pa,不满足抗裂要求.
4) 在 灌 溉 支 洞 、发 电 斜 洞 门 槽 附 近 ( 843. 0 0〜
2 855. 00 m 高程范围)灌溉支洞门槽附近局部最
大 拉 应 力 为 3. 47 M P a,发 电 斜 洞 门 槽 附 近 局 部 最
大 拉 应 力 为 3. 41 M P a,超 过 混 凝 土 抗 拉 强 度 标 准
值 1. 78 M P a,不满足抗裂要求 .
5) 在 调 压 井 底 板 与 桶 壁 交 叉 处 ,也存在 较 大 拉
应 力 ,最 大 为 3. 41 M P a ,超 过 混 凝 土 抗 拉 强 度 标 准
值 1. 78 M P a,不满足抗裂要求 .
3 . 3 裂缝扩展宽度验算分析
基 于 上 述 有 限 元 计 算 结 果 ,并 结 合 图 5 调压井
配 筋 复 核 典 型 截 面 图 ,对 在 工 况 2 条 件 下 进 行 裂 缝
扩 展 宽 度 验 算 分 析 ,相 应 裂 缝 宽 度 验 算 公 式 如 下 :
氁Sk = T k/A s 曑 asf,k , ( )
式 中 :氁k 为 荷 载 标 准 值 计 算 得 出 的 受 拉 钢 筋 应 力 ,
M Pa;A s 为受拉钢筋截面面积,mm2 ;T k 为荷载效应
标准组合下由钢筋承担的拉力,N ;毩 为 考 虑 环 境 影
响和荷载长期作用的综合影响系数f y k 为钢筋的抗
拉强度标准值,对 于 热 乳 栻 级 钢 筋 取 为 335 MPa.
由 调 压 井 抗 裂 验 算 可 知 ,调 压 井 混 凝 土 结 构 主
要 在 灌 溉 主 洞 与 调 压 井 筒 壁 交 叉 处 上 部 局 部 区 域 、
灌 溉 支 洞 及 发 电 斜 洞 门 槽 附 近 主 拉 应 力 较 大 ,不满
足抗裂要求.对应调压井配筋复核典型截面裂缝扩
展 宽 度 验 算 见 表 6.
表 6
裂缝扩展宽度验算汇总
Tab. 6 Calculation table of crack propagation width
验算位置
配筋面积 A /
钢筋承担拉力 T k/
受拉钢筋应力
f k
验算结果
( c m 2 • m - 1 ) ( 0 6N )
值氁為/M Pa MPa
氁sk 曑毩sfyk
灌溉主洞与调压井筒壁交叉处上部c - c 截面 8 6 2 1 8 216.73 217.75
满足
灌溉支洞门槽 e - e ( 3 ) 截面 86. 2 0 . 5 7 6 6 . 1 3 2 1 7 . 7 5
满足
发电斜洞门槽 f f(3 )截面 86. 2 1 21 140. 37 217. 75
满足
由 表 6 可 知 ,验 算 部 位 裂 缝 扩 展 宽 度 均 满 足
要 求 ,但 灌 溉 主 洞 与 调 压 井 筒 壁 交 叉 处 上 部 局 部
区 域 处 于 临 界 值 ,需 要 引 起 注 意 ,并 适 当 加 强 工
程巡检 .
4 结论
采 用 A N S Y S 软 件 ,建 立 调 压 井 及 围 岩 三 维 有
限 元 数 值 模 型 ,计 算 分 析 了 调 压 井 结 构 不 同 工 况 下
受 力 及 应 力 分 布 情 况 ,并 进 行 了 调 压 井 结 构 配 筋 复
核 、抗 裂 验 算 及 裂 缝 扩 展 宽 度 验 算 ,综 合 上 述 分 析 ,
可以得出以下结论:
1) 调 压 井 结 构 在 工 况 1 、工 况 2 条 件 下 ,拉应力
区 域 主 要 分 布 在 2 845. 00 m 高 程 以 下 灌 溉 主 洞 、灌
溉 支 洞 及 发 电 斜 洞 交 叉 部 位 ,特 别 是 灌 溉 主 洞 和 调
压 井 交 叉 处 、灌 溉 支 洞 及 发 电 斜 洞 门 槽 等 区 域 ,超
过 C2 5 混 凝 土 抗 拉 强 度 . 同 时 底 板 、灌 溉 支 洞 与 发
电 斜 洞 门 槽 附 近 ,以 及 调 压 井 筒 壁 环 向 基 本 是 全 截
面受拉
2) 水 库 调 压 井 结 构 配 筋 整 体 满 足 规 范 要 求 ,但
是在灌溉主洞与调压井筒壁交叉处、井 筒 壁 圆 弧 段 、
灌溉支洞及发电斜洞门槽等位置出现了配筋不足问
题 ,应 该 引 起 工 程 注 意 . 此 外 ,将 高 程 2 800. 0 0〜
2 855. 00 m 围岩弹性模 量 提 高 至 0. 45 X 104 M P a进
行配筋敏感性分析,结 果 表 明 ,尽管灌浆提高围岩抗
力后需要配筋有所减少,但 在 调 压 井 圆 弧 段 竖 直 向 、
底板顺水流方向等配筋不足地方仍不足.
3)灌溉主洞与调压井筒壁交叉处上部局部区
域 、灌 溉 支 洞 门 槽 以 及 发 电 斜 洞 门 槽 等 处 不 满 足 抗
裂 要 求 部 位 ,裂 缝 扩 展 宽 度 基 本 满 足 规 范 要 求 ,但
灌溉主洞与调压井筒壁交叉处上部局部区域处于
临 界 值 ,需 要 加 强 工 程 检 查 .
参考文献:
[ ] 刘 军 ,王 正 中 ,牟 声 远 ,等 .黑泉水库水电站调压井衬
砌结构数值分析 [ ] . 人 民 长 江 ,2008,39(8): 54 56.
[ ] 沈辉 .水电站调压井结构分析 [D] . 南 京 :河 海 大 学 ,
2000.
[ ] 肖明,杨 建 东 .大 型 长廊阻抗式尾水调压井结构受力
分析 [ ] . 岩 石 力 学 与 工 程 学 报 . 2000, 1 9 ( 4 ) 476 -
480.
[ ] 杨帆.调压井结构全过程数值分析及理论研究[D].南
京 :河海大学,2005.
[ ] 段乐斋.水工隧洞和调压室[M].北 京 :水利电力出版
社 ,1990.
( 责 任 编 辑 :梁赛平)

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