某水电站厂房结构应力计算与深层抗滑稳定分析

论文摘要

水电是一种清洁环保、无污染的能源。因此,大力发展水电符合可持续发展的要求,有利于国民经济的健康有序的发展。贯流式厂房广泛用于低水头河床式水电站,在结构布置上比较紧凑。厂房一般由上游挡水墙、流道、下游挡水墙、主厂房上部结构和水下结构等组成,是由多个孔洞组成的空间结构。作为挡水建筑物,要承受上、下游水压力作用,使厂房的内力分布较其它型式的厂房更加复杂,尤其是灯泡贯流式机组的型式和受力方式有自身特点,使得厂房结构布置和受力条件更加复杂。因此,在贯流式厂房结构设计和配筋设计时,首先要根据初步拟定的结构布置形式和构件尺寸,对灯泡贯流式水电站厂房进行结构应力分析和深层抗滑稳定性分析,全面了解厂房结构在各种不同设计工况下的强度安全和整体稳定性,为贯流式厂房整体优化布置和构件配筋设计提供依据,使厂房结构设计更加合理、安全、经济。本文以某水电站贯流式厂房初步设计为研究对象,分别用三维有限元法和结构力学法计算分析了灯泡贯流式水电站厂房的应力分布规律；利用刚体极限平衡法计算分析了水电站厂房地基的深层抗滑稳定性；根据《水工混凝土结构设计规范DL／T5057-1996》规定的方法,利用结构力学法计算的内力进行了结构配筋计算和裂缝宽度验算；根据非杆件体系钢筋混凝土结构的配筋计算原则,利用三维有限元法计算的主要构件的应力,进行了受拉钢筋面积计算。得出该工程初步设计方案厂房地基的深层抗滑稳定性满足水电站厂房设计规范要求；三维有限元法计算的应力分布规律与结构力学法计算的结果比较吻合,按结构力学法计算的内力进行钢筋用量计算是偏安全的。由于结构力学法计算时按平面问题考虑,计算得出的部分构件的钢筋用量是保守的。本文研究成果在该工程设计中得到了应用,对同类水电站厂房的设计和施工具有参考意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 水电站厂房的分类
• 1.3 灯泡贯流式水电站概述
• 1.4 水电站厂房结构静力分析研究方法
• 1.4.1 厂房结构应力研究的必要性
• 1.4.2 厂房结构静力分析的研究方法
• 1.5 厂房深层抗滑稳定研究方法
• 1.6 结构力学的计算原理
• 1.7 本文所研究的主要内容
• 2 工程概况和计算要求
• 2.1 工程概况
• 2.2 枢纽布置
• 2.3 基本资料
• 2.4 计算要求
• 2.4.1 计算目的
• 2.4.2 计算要求
• 3 地基深层抗滑稳定分析
• 3.1 地基深层抗滑稳定计算方法
• 3.1.1 刚体极限平衡法
• 3.1.2 基本公式
• 3.2 深层抗滑稳定计算分析
• 3.2.1 计算简图
• 3.2.2 单斜面深层抗滑稳定计算分析
• 3.2.3 双斜面深层抗滑稳定计算成果
• 4 结构力学计算分析
• 4.1 结构力学计算原理
• 4.1.1 截面法
• 4.1.2 力矩分配法
• 4.1.3 力矩分配法在刚架结构计算中的运用
• 4.2 结构力学求解器简介
• 4.3 计算工况和基本假定
• 4.3.1 计算工况和荷载组合
• 4.3.2 计算参数
• 4.3.3 基本假定
• 4.3.4 计算剖面
• 4.4 结构力学计算成果分析
• 4.4.1 正常运行Ⅱ计算成果及分析
• 4.4.2 初期运行Ⅰ计算成果及分析
• 4.4.3 机组检修工况计算成果及分析
• 4.4.4 非常运行Ⅰ计算成果及分析
• 4.4.5 各工况配筋汇总
• 4.4.6 小结
• 5 三维有限元静力计算分析
• 5.1 有限单元方法
• 5.1.1 有限单元法的发展历程
• 5.1.2 有限单元法的基本思想
• 5.1.3 有限单元法的计算机应用
• 5.1.4 结构静力分析的有限单元法解题步骤
• 5.1.5 结构静力分析的有限单元分析程序流程
• 5.2 有限元软件ANSYS简述
• 5.2.1 ANSYS简介
• 5.2.2 ANSYS的基本分析过程
• 5.2.3 水电站厂房结构静动力分析在ANSYS上的实现
• 5.3 某水电站厂房三维有限元静力计算目的及要求
• 5.4 计算假定和计算模型
• 5.4.1 计算假定
• 5.4.2 计算模型及边界条件
• 5.4.3 单元划分
• 5.5 荷载施加
• 5.6 三维有限元静力计算成果分析
• 5.6.1 正常运行Ⅱ的计算成果分析
• 5.6.2 初期运行Ⅰ的计算成果分析
• 5.6.3 机组检修的计算成果分析
• 5.6.4 非常运行Ⅰ的计算成果分析
• 5.6.5 各工况计算成果对比分析
• 5.7 建议性配筋
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录一 部分三维有限元计算成果附图
• 附录二 在校学习期间发表的论文、专利、获奖及社会评价等