文档介绍：水电站厂房上部结构计算方法研究
水电站厂房上部结构计算方法研究
摘要:本文结合某水电站整体结构特点,针对厂房上部吊车梁结构承受移动荷载,按规范规定的结构力学解析计算方法,编译主体程序,计算出控制工况下水电站厂房吊车梁和横向排架柱的内力值,并进行内力包络图的绘制。同时对厂房标准机组段进行有限元三维模拟,将桥机作用在两个特征位置,计算8种荷载组合下的厂房控制高程的位移以及最大第一主应力值。然后选出最不利工况进行相应结构分析。通过计算结果的对比,以期得到合理的结构计算方法。
关键词:水电站厂房,吊车梁,有限元计算,解析计算
中图分类号: TM622 文献标识码: A
水电站厂房是水利枢纽中主要建筑物之一,是将水能转换为电能的最终场所。作为上部空间较大,结构相对单薄,体型复杂的空间受力体系,水电站厂房必须在不同的设计状况下,满足结构强度、刚度、稳定性等要求,以保证安全运行。在水电站厂房设计尤其是上部结构(主要包括厂房上、下游排架、屋顶预应力梁或网架结构等)设计中,常用的计算方法可分为两大类,即规范推荐的解析法和有限元数值法。解析法在工程设计中应用的时间长,计算结果可靠,有大量的工程实践经验,在众多的实际工程中得到了较为充分的验证。有限元数值计算多借助于功能强大的计算机应用软件,工作效率高,计算过程中不易出错,采用整体建模、加载,各个截面相互关联的,避免了简化计算模型所产生的问题,并且结果能以图形、图像形式显示,清晰简明。综上,本文以某水电站厂房结构为例,用解析法和有限单元法分别进行水电站厂房上部结构内力计算,并对计算结果进行对比分析,给出相关评价。
1水电站厂房上部结构三维有限元计算
本文中采用的三维计算模型是以2号机组段,即一个中间标准机组段为对象建立的,左右两侧取至机组段永久分缝,从蜗壳层底部通过采用由底向上的方式建立到网架屋顶,坐标原点选在机组中心线处,规定y轴与机组中心线重合,向上为正;z轴为水平方向,顺水流方向为正;x轴为水平垂直水流方向;三轴符合右手螺旋定则。对于边界约束条件取基础的下表面全约束,由于机组段之间考虑分缝定为自由面。

图1 厂房结构整体模型
按照《水电站厂房设计规范》规定,水电站厂房上部排架结构应满足承载力极限状态(强度)和正常使用极限状态(刚度)的设计要求,为此共确定包括施工期在内的8个工况,进行相应作用效应组合计算,在数值模拟时移动荷载常用施加于吊车梁不同位置的静荷载模拟,本文选择桥机运行位于机组中间位置和位于机组段一侧作为最不利状况进行后续的内力及配筋计算。得到结构内力和位移的结果最大值如下。
表1有限元计算结果

最大值小车位置
吊车梁一端吊车梁中间
X Y Z X Y Z
位移
mm 正 * *
负- - - - - -
吊车梁第一主应力Mpa
排架柱第一主应力Mpa - -
表1中可以看出,吊车梁的第一主应力最大值,,经分析发现该值仅出现于一个结点处,其周围应力值衰减非常快,主要是由于模拟时网格划分跨中部分出现剪应力互锁,有限元小变形无法