某水电站溢洪道闸室正常运行期三维有限元分析

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某水电站溢洪道闸室正常运行期三维有限元分析

山东茂隆新材料科技有限公司 2020-11-18 2525 0


简介: 为了验证溢洪道闸室

复合土工膜是在薄膜的一侧或两侧经过烘箱远红外加热,把土工布和土工膜经导辊压到一起形成复合土工膜。随着生产工艺的提高,还有一种流延法做复合土工膜的工艺。其形式有一布一膜、二布一膜、两膜一布等。土工布作为土工膜的保护层,使保护防渗层不受损坏。为减少紫外线照射,增加抗老化性能,最好采用埋入法铺设。施工中,首先要用料径较小的砂土或粘土找平基面,然后再铺设土工膜。土工膜不要绷得太紧,两端埋入土体部分呈波纹状,最后在所铺的土工膜上用细砂或粘土铺一层10cm左右过渡层。砌上20-30cm块石(或砼预制块)作防冲保护层。施工时,应尽力避免石块直接砸在土工膜上,最好是边铺膜边进行保护层的施工。复合土工膜与周边结构物连接应采用膨胀螺栓和钢板压条锚固,连接部位要涂刷乳化沥青(厚2mm)粘接,以防该处发生渗漏。

结构在正常运行期的安全性与合理性,本文运用三维有限元方法,对闸室结构的位移、应力、抗滑稳定等情况进行了计算分析。计算结果表明:闸室的位移、应力、抗滑稳定等情况均满足相关要求,闸室结构安全、体型合理。关键字:溢洪道闸室 三维有限元 结构设计

1、概述

  某溢洪道闸室长50 m,堰上游宽81.45 m,下游宽72 m。堰顶高程209 m,由4孔15m宽 ×21.09 m高的设闸溢流堰组成,堰体上游坡度为1:0.667,堰面曲线为Y=0.04285X1.85。闸墩末端宽度为4 m,最宽处约6.5 m,闸墩采用预应力混凝土结构。闸室设弧形工作门和钢叠梁检修门,门库设在左侧。基础齿槽高程190.00 m,在齿槽内设帷幕灌浆检查排水廊道。闸墩顶设交通桥。溢洪道闸室构筑在岩石地基上,正常运行期水位为228.00m。

  该闸室存在结构复杂、闸墩较高等特点,而传统计算方法难以反映截面突变、刚度变化等因素对力学性能的影响,也不能准确描述关键部位的应力状态和变形情况,因此,需要在传统计算方法外辅以有限元法进行校核补充。本文采用三维有限元方法研究了溢洪道闸室在正常运行期的位移、应力、抗滑稳定等情况,为闸室的结构设计提供了参考依据。

  2、计算模型

  2.1 三维有限元模型

  溢洪道闸室三维有限元计算模型的计算范围为:闸室上游侧取1.5倍闸室高度,下游侧取2.0倍闸室高度,左右两侧和基础分别取一倍闸室高度,闸室高度取46.5m。基岩与闸室混凝土按固结处理。

  采用空间六面体和四面体等参单元对整体结构进行网格剖分。网格剖分时主要参照以下四个原则进行[1]:

  (1) 在现有计算机内存和硬盘等外部条件限制下,尽可能多地增加单元和节点数量,以提高计算精度。

  (2)溢流堰、中间三个闸墩、牛腿等部位基本采用全六面体网格剖分;左右边墩及挡水坝结构复杂,采用四面体网格剖分;基础岩体采用四面体网格剖分。

  (3) 基础岩体的单元尺寸由构筑物边界到模型边界处由小到大过渡,以提高构筑物与岩体接触面附近的计算精度。

  (4)网格剖分应尽量反映构筑物的轮廓形状、材料分区、荷载分布等情况。

  按照上述网格剖分原则,溢洪道闸室结构三维有限元模型的总单元数为723955个,节点数为209184个。溢洪道闸室结构三维有限元网格剖分图见图1。采用右手坐标系,坐标原点位于闸室轴线竖直面、溢洪道中心线竖直面、V190.00m高程水平截面的交点处。X轴正向指向顺水流方向,Y轴正向指向竖直方向向上,Z轴正向指向横河流方向。

  2.2 混凝土分区及材料特性

  计算分析时,闸室混凝土主要分为三部分,溢流堰及左右挡水坝采用C20混凝土,闸墩采用C25混凝土,弧形闸门支座牛腿采用C40混凝土。各区混凝土静态物理及力学参数见表1。闸室构筑在新鲜砂岩上,闸室下游为新鲜页岩,砂岩和页岩静态物理及力学参数见表2。

  某水电站溢洪道闸室正常运行期三维有限元分析

  图1溢洪道闸室结构三维有限元网格剖分图

  表1 混凝土静态物理及力学参数

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