大型水電站蝸殼結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與工程實(shí)踐

前言

蝸殼結(jié)構(gòu)是水輪機(jī)的重要部件，也是水電站廠房中的重要建筑物，它的任務(wù)是向水輪機(jī)提供平穩(wěn)水流和承受水輪發(fā)電機(jī)組的靜動荷載。蝸殼結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)組的穩(wěn)定安全運(yùn)行，是電站建設(shè)中重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題。當(dāng)前正是我國水電站建設(shè)前所未有的繁榮時期，其規(guī)模和技術(shù)水平發(fā)展迅速，已位居世界前列。水輪機(jī)蝸殼結(jié)構(gòu)也是這樣，單機(jī)容量已達(dá)700MW。近年來我國結(jié)合一批特大型水電站的建設(shè)，對蝸殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計和研究，開展了長期、大量的工作，取得了豐富成果，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)革新。但是迄今國內(nèi)外尚無較系統(tǒng)反映蝸殼結(jié)構(gòu)技術(shù)歷史發(fā)展和最新成就的技術(shù)專著，而這正是當(dāng)前總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、繼續(xù)推動技術(shù)進(jìn)步所需要的。二十多年來，作者及其研究集體結(jié)合國內(nèi)許多大中型水電站的工程實(shí)際，對蝸殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較全面、深入的研究，包括工程調(diào)查、設(shè)計、數(shù)值計算、模型試驗(yàn)、原型觀測分析等。在上述工作的基礎(chǔ)上，本書對國內(nèi)外五十多年來水電站蝸殼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、研究成果和工程實(shí)踐進(jìn)行了初步總結(jié)分析，在一定程度上反映了這方面的發(fā)展過程和最新成果，同時也提出了作者對一些關(guān)鍵技術(shù)問題的見解和建議。本書主要是研究蝸殼結(jié)構(gòu)的靜態(tài)工作特性。蝸殼結(jié)構(gòu)在振動狀態(tài)下的特性，國內(nèi)外的研究工作相對較少，有待積累經(jīng)驗(yàn)，加以總結(jié)。作者沒有把蝸殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計任務(wù)和內(nèi)容、設(shè)計步驟、設(shè)計計算方法等具體內(nèi)容的詳細(xì)說明和介紹作為本書的主要任務(wù)，也沒有討論蝸殼結(jié)構(gòu)的制造和施工。我們期待有關(guān)方面在修訂設(shè)計規(guī)程、編撰專門的設(shè)計手冊時，能完成這一任務(wù)。由于條件限制，本書編撰所依據(jù)的資料還不很全面。例如，未能反映西方、日本等國家直埋式蝸殼結(jié)構(gòu)的資料和經(jīng)驗(yàn)，我們期待對此有研究的讀者能共同來補(bǔ)充和完善。

內(nèi)容概要

本書收集了大量資料，對國內(nèi)外五十多年來水電站蝸殼結(jié)構(gòu)設(shè)計理論和工程實(shí)踐進(jìn)行了全面總結(jié)與回顧，介紹了水電站蝸殼結(jié)構(gòu)設(shè)計理論研究和應(yīng)用的最新進(jìn)展。在此基礎(chǔ)上結(jié)合國內(nèi)許多大中型水電站的工程實(shí)際，對蝸殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較全面、深入的研究，包括工程設(shè)汁、數(shù)值計算、模型試驗(yàn)、原型觀測分析等。最后，對今后大中型水電站蝸殼結(jié)構(gòu)型式的選擇和改進(jìn)提出了建議。    本書內(nèi)容翔實(shí)、資料豐富，對水電站蝸殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計、技術(shù)研究等都有重要參考價值，可供水利水電行業(yè)廣大工程技術(shù)人員及相關(guān)專業(yè)的高校師生參考。

書籍目錄

序前言第1章  水電站蝸殼結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與技術(shù)綜述  1.1  蝸殼結(jié)構(gòu)型式  1.2  水電站蝸殼發(fā)展概況  1.3  墊層蝸殼的研究改進(jìn)與實(shí)踐  1.4  加箍鋼蝸殼及加肋鋼蝸殼的研究  1.5  預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土蝸殼的研究  1.6  混合結(jié)構(gòu)(鋼襯鋼筋混凝土完全聯(lián)合承載結(jié)構(gòu))蝸殼  1.7  各種蝸殼結(jié)構(gòu)型式的經(jīng)濟(jì)比較  1.8  蝸殼結(jié)構(gòu)各種方案的結(jié)論  1.9  經(jīng)驗(yàn)與啟示  參考文獻(xiàn)第2章  蝸殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法  2.1  我國蝸殼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法  2.2  原蘇聯(lián)鋼襯鋼筋混凝土蝸殼的設(shè)計方法、構(gòu)造及工藝  2.3  鋼蝸殼和外圍鋼筋混凝土工作機(jī)理及設(shè)計方法改進(jìn)  參考文獻(xiàn)第3章  大型水電站蝸殼結(jié)構(gòu)數(shù)值仿真計算研究  3.1  三峽水電站充水保壓蝸殼數(shù)值仿真計算  3.2  龍灘水電站墊層蝸殼數(shù)值仿真計算  3.3  三峽水電站15#機(jī)組直埋蝸殼數(shù)值仿真計算  3.4  溪洛渡水電站蝸殼數(shù)值仿真計算  參考文獻(xiàn)第4章  大型水電站蝸殼結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)研究  4.1  二灘水電站充水保壓蝸殼結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)  4.2  三峽水電站充水保壓蝸殼結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)  4.3  小灣水電站充水保壓蝸殼結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)  4.4  瀑布溝水電站充水保壓蝸殼結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)  4.5  三峽水電站15#機(jī)組直埋蝸殼結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)  4.6  景洪水電站直埋蝸殼結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)  參考文獻(xiàn)第5章  水電站充水保壓蝸殼工程實(shí)例  5.1  三峽水電站水輪機(jī)蝸殼  5.2  二灘水電站水輪機(jī)蝸殼  5.3  廣州抽水蓄能電站蝸殼  5.4  天荒坪抽水蓄能電站蝸殼  5.5  天生橋二級水電站蝸殼  5.6  巖灘水電站水輪機(jī)蝸殼充水保壓結(jié)構(gòu)方案  5.7  魯布革水電站水輪機(jī)蝸殼  5.8  云南省臘莊水電站水輪機(jī)蝸殼  5.9  潘家口水電站抽水蓄能機(jī)組蝸殼  5.10  溪口抽水蓄能電站蝸殼  5.11  冷竹關(guān)水電站水輪機(jī)蝸殼  5.12  大古力、麥卡、列維爾斯托克水電站水輪機(jī)蝸殼  5.13  古里水電站水輪機(jī)蝸殼  5.14  依泰普水電站水輪機(jī)蝸殼  5.15  伊塔帕列卡、阿瓜凡梅拉、圖庫魯伊、圣西毛水電站水輪機(jī)蝸殼  5.16  特里水電站水輪機(jī)蝸殼  參考文獻(xiàn)第6章  水電站墊層蝸殼工程實(shí)例  6.1  官廳水電站水輪機(jī)蝸殼  6.2  新安江水電站水輪機(jī)蝸殼  6.3  劉家峽水電站水輪機(jī)蝸殼  6.4  西洱河梯級水電站水輪機(jī)蝸殼  6.5  碧口水電站水輪機(jī)蝸殼  6.6  鳳灘水電站水輪機(jī)蝸殼  6.7  白山水電站水輪機(jī)蝸殼  6.8  龍羊峽水電站水輪機(jī)蝸殼  6.9  巖灘水電站水輪機(jī)蝸殼  6.10  李家峽水電站水輪機(jī)蝸殼  6.11  龍灘水電站水輪機(jī)蝸殼  6.12  三峽水電站水輪機(jī)蝸殼  6.13  拉西瓦水電站水輪機(jī)蝸殼  6.14  布拉茨克水電站水輪機(jī)蝸殼  6.15  克拉斯諾亞爾斯克水電站水輪機(jī)蝸殼  6.16  契爾蓋依水電站水輪機(jī)蝸殼  6.17  阿里·瓦赫塔水電站水輪機(jī)蝸殼  參考文獻(xiàn)第7章  直埋蝸殼的研究及工程實(shí)踐  7.1  布拉茨克水電站直埋蝸殼結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究  7.2  克拉斯諾亞爾斯克水電站完全聯(lián)合承載蝸殼方案研究設(shè)計  7.3  契爾蓋依水電站機(jī)組完全聯(lián)合承載蝸殼方案設(shè)計  7.4  烏斯季伊里姆斯克水電站完全聯(lián)合承載蝸殼方案設(shè)計  7.5  努列克水電站完全聯(lián)合承載蝸殼研究、設(shè)計和實(shí)踐  7.6  英古里水電站完全聯(lián)合承載蝸殼研究、設(shè)計和實(shí)踐  7.7  薩揚(yáng)舒申斯克水電站完全聯(lián)合承載蝸殼研究、設(shè)計和實(shí)踐  7.8  羅貢水電站機(jī)組完全聯(lián)合承載蝸殼研究設(shè)計  7.9  德聶斯特洛夫斯克蓄能電站可逆機(jī)組完全聯(lián)合承載蝸殼方案  7.10  布列依斯克水電站組合結(jié)構(gòu)(半聯(lián)合承載)蝸殼方案  7.11  龍羊峽水電站機(jī)組直埋蝸殼結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)研究  7.12  三峽水電站機(jī)組直埋蝸殼  7.13  景洪水電站機(jī)組直埋蝸殼  參考文獻(xiàn)第8章  蝸殼結(jié)構(gòu)型式選擇及改進(jìn)  8.1  蝸殼的技術(shù)要求  8.2  蝸殼結(jié)構(gòu)型式選擇  8.3  蝸殼結(jié)構(gòu)的改進(jìn)措施附錄

章節(jié)摘錄

插圖：對于三峽水電站機(jī)組墊層蝸殼方案，長委設(shè)計院在1994年技術(shù)設(shè)計階段進(jìn)行了結(jié)構(gòu)計算，以過水面積最大的蝸殼進(jìn)口斷面為對象，進(jìn)行平面框架和有限元計算。將蝸殼外圍混凝土簡化為變截面的平面“r”型框架進(jìn)行內(nèi)力分析。不考慮內(nèi)水壓力，基本荷載作用下，水流向每米長度內(nèi)最大配筋量為18.5cm。（配筋率0.034％）。基本荷載加上15％內(nèi)水壓力作用下，最大配筋量為63.8cm。（配筋率0.10％），兩種情況均滿足抗裂要求，可按構(gòu)造配筋。在平面有限元方法計算中，按實(shí)際內(nèi)水壓力及其他荷載，由鋼板、軟墊層以及蝸殼周圍混凝土結(jié)構(gòu)共同受力。墊層材料為聚苯乙烯泡沫板，厚10cm，彈模為27MPa。計算結(jié)果表明，蝸殼頂部、底部及側(cè)墻的內(nèi)側(cè)主拉應(yīng)力都比較大，頂部最大為1.5MPa，底部為3.16MPa，側(cè)墻墊層末端處為3MPa以上，個別值4.6MPa。為了比較，也計算了無內(nèi)水壓力作用的情況，混凝土的拉應(yīng)力小了許多，基本上在混凝土允許拉應(yīng)力的范圍以內(nèi)，不需要配置鋼筋。這說明盡管采用了墊層，但計算時考慮由鋼板、墊層及周圍混凝土結(jié)構(gòu)共同承受內(nèi)水壓力的作用，對蝸殼周圍混凝土結(jié)構(gòu)的影響是很大的，在混凝土結(jié)構(gòu)中引起的拉應(yīng)力是不能被忽略的。近年來，對大中型機(jī)組蝸殼結(jié)構(gòu)分析進(jìn)行了很多研究工作，取得的共識是即使采用了墊層，內(nèi)水壓力仍有一部分通過鋼蝸殼和墊層傳至外圍混凝土。而且現(xiàn)在可以采用的墊層多是非線性彈性材料，還會隨時間老化，在選擇墊層參數(shù)（厚度、變形模量）的計算值時，要考慮到使內(nèi)力計算結(jié)果留有一定安全余量。隨著數(shù)值計算方法和計算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步，大型通用結(jié)構(gòu)分析程序的普及，三維結(jié)構(gòu)線性和非線性計算已日益為廣大設(shè)計和研究人員所掌握。水電站蝸殼，特別是大型機(jī)組蝸殼結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析都已普遍采用了三維數(shù)值分析方法，平面框架計算方法逐漸被取代。采用可靠的三維線彈性數(shù)值分析軟件，可以得到蝸殼各組成部分（鋼蝸殼、座環(huán)、外圍混凝土）的應(yīng)力分布、變形?，F(xiàn)行的各種非線性數(shù)值分析軟件，以不同方式考慮了混凝土的非線性本構(gòu)關(guān)系和開裂、損傷，以及鋼筋在混凝土中的作用等，除了結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、變形外，還可以得出裂縫分布性狀、裂縫寬度或混凝土損傷區(qū)域等結(jié)果。但是由于不同軟件所用簡化假設(shè)不同，處理方法不同，而且都與真實(shí)結(jié)構(gòu)會有不同，因此計算所得結(jié)果往往有不小差異，使設(shè)計人員在使用時發(fā)生困難，這是有待于改進(jìn)的。

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《大型水電站蝸殼結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與工程實(shí)踐》是由科學(xué)出版社出版的。

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