某河床贯流式水电站厂房尾水管结构分析

【前言】某河床贯流式水电站厂房尾水管结构分析由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。1 工程概况 该水电站位于西部某河段上。枢纽主要由河床式电站厂房、泄洪闸、右岸砂砾石坝、左岸混凝土防渗墙及中控楼、GIS室等建筑物组成。电站等别为三等中型工程，主要建筑物级别为3级。该水电站厂房为河床式厂房，主厂房采用单机单缝，尾水管最大跨度14m，高度11.2...

摘要：本文以某贯流式水电站河床式厂房作为研究对象,对电站尾水管进行了有限元内力分析，分析了厂房尾水管结构配筋的主要影响因素以及在体型设计时的需特别注意的事项。

关键词：贯流式水电站 河床式厂房 尾水管 内力计算

中图分类号：TV74 文献标识码：A

0 引 言

开发低水头水力资源一般采用贯流式水电站，这种水电站尾水管跨度一般较大。做好贯流式水电站尾水管的结构分析是非常必要的，对贯流式电站尾水管结构承载力极限状态研究以及正常使用状态研究具有指导性的作用。

1 工程概况

该水电站位于西部某河段上。枢纽主要由河床式电站厂房、泄洪闸、右岸砂砾石坝、左岸混凝土防渗墙及中控楼、GIS室等建筑物组成。电站等别为三等中型工程，主要建筑物级别为3级。该水电站厂房为河床式厂房，主厂房采用单机单缝，尾水管最大跨度14m，高度11.2m。

2 计算内容

对尾水管进行正常运行、校核洪水期运行以及检修工况的结构计算，并给出内力数值分析影响因素。

3 计算假定

（1）内力计算采用有限元法：假定尾水管按平面框架计算；

（2）由于尾水管杆件截面尺寸较大，跨高比小。因此在框架内力分析中需要考虑节点刚性和剪切变形的影响。节点刚性段长度取节点宽度之半，柔性段长度取净跨度。

（3）假定作用在尾水管顶板的上部荷载及机电设备重沿垂直于水流方向呈均匀分布，沿顺水流方向按45°角向上游侧(或下游侧)扩散分布至尾水管顶板上。

（4）由于尾水管长期处于水下，受温度变化的影响较小，所以温度应力不作专门计算。

4 计算程序、计算模型及计算工况

4.1计算程序

本次计算程序采用大型有限元程分析软件Ansys10.0。

由美国ANSYS公司研制的ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件，可广泛应用于核工业、水电、交通、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、日用家电等一般工业及科学研究。

ANSYS有限元软件具有强大的分析功能，拥有丰富和完善的单元库、材料模型库和求解器，保证它能高效地求解各类结构的静力、动力、振动和非线性问题，稳态和瞬态热分析及热－结构耦合问题，压缩和不可压缩流体问题。其友好的图形界面和程序结构，交互式的前后处理和图形软件，大大地减轻了用户在实际工程问题中创建模型、有限元求解以及结果分析和评价的工作量。它统一集中式的数据库保证了各模块之间的有效可靠的集成，并实现了与多个CAD/CAE软件的友好连接。

尾水管可简化为平面框架结构进行计算。对于平面框架结构，我们需要研究其内力大小及分布规律（轴力、剪力、弯矩等），本论文采用水工结构中常用的二维Beam3单元进行计算分析，准确快速的得出计算结果。

4.2 计算模型

图4.1 尾水管有限元计算模型

4.3 计算工况

表4.1 各计算工况荷载组合

工况 自重

荷载 顶板

荷载 内水

压力 地基

反力 扬压力 上部设备

及结构重 备注

正常运行期 √ √ √ √ √ √ 持久状况

检修期 √ √ √ √ √ 短暂状况

校核洪水运行期 √ √ √ √ √ √ 偶然状况

4.4 计算断面的选取

沿尾水管从上游至下游选取两个断面，上游断面净跨度12.47m，净高度11.20m，下游断面净跨度14.00m，净高度11.20m，

5内力计算成果

表5.1上游断面内力计算成果

表5.2下游断面内力计算成果

6 结论

（1）根据本文计算结果，跨度较大的流道跨中弯矩较大，这是符合贯流式河床水电站受力及结构特点的，未出现因为应力集中而造成的内力较大的情况，这说明本论文研究对象在体型设计尽量减少了体型突变的部位，在体型过渡时尽量选用弧段过渡，场内设备布置较为均匀，结构布置合理，避免由于体型突变和荷载过于集中造成的应力集中，使某部位内力过大，浪费钢筋的情况。

（2）河床式水电站尾水流道底板承受着基础向上的反力，不同地质情况所受反力大小不同，因此由于设计对象所处地质条件不同，在进行尾水管计算时计算结果有较大差异，因此在设计过程中对地质情况应予以重视。

（3）尾水管各部位内力值在洪水运行工况下比较正常运行工况有增大的趋势，不同工况内力计算结果也不同。因此在进行尾水管计算时需要对不同工况进行计算，可以有效的判定在各种工况下的内力情况，达到体型设计合理，配筋适当的目的。

（4）根据本文计算结果，最大弯矩就发生在流道跨中位置，因此在计算配筋时需特别注意流道跨中部位配筋，流道跨中部位的配筋一般较大。

参考文献：

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简介：韩斌（1981-），男，西安市人，职称：工程师，学历：硕士研究生，主要研究方向：水电站设计