橄榄坝航电枢纽闸室应力状态研究

2020-08-06毕静

建材发展导向 2020年15期

毕静

（中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明 650051）

橄榄坝河床式电站，主要由泄洪冲沙闸，河床厂房、船闸、鱼道等主要建筑物组成，坝顶总长469.5m，最大坝高60.5m。泄洪冲沙闸布置在河床右侧主河槽，由3孔泄水冲沙闸和6孔泄洪闸组成，由隔墙分为3个独立的泄洪消能区，泄洪闸和冲沙闸采用宽顶堰型式过流，孔口尺寸为15m×19m（宽×高）。

闸墩上主排架高25.2m，上部启闭机室高6.8m，设置六根1.8m×1.8m的柱，启闭机室底板主梁为1.4m×1.8m主排架下部共分四层，设置三道圈梁，顺河向梁1.4m×1.8m，横河向梁 1.4m ×1.8m。最下一层高程为EL.563.00m只布置横河向的梁。

1 有限元计算

1.1 计算模型

选取泄水闸坝段作为典型坝段，对地基、闸墩及上部结构整体建立三维有限元分析模型，进行整体三维有限单元法的结构静动力分析。在动力有限元分析中，闸门和闸墩处的动水效应按照水体不可压缩假定，将地震动水压力用韦斯特伽特公式折算为附加质量［1］。考虑到整体计算模型中，闸墩和上部结构的刚度特性，同时考虑顺河向水平地震作用和竖向地震作用。

为避免块体单元和杆单元的连接处理对结果的影响，上部框架用块体单元计算，中间主框架的柱横截面划分成5×5个单元，两侧副框架的柱横截面划分成4×4个单元，横河向顶梁横截面划分成2×3个单元，其它梁横截面划分成2×2个单元。总单元数为74125个，总节点数为88863个。

1.2 计算荷载及工况

本次计算主要研究正常蓄水位+地震组合工况下

图1 闸墩有限元计算模型

闸墩及排架的受力情况，以正常蓄水位+地震工况为主要计算工况，取正常蓄水位工况作为对比工况。

计算荷载主要包括：

1）混凝土自重；2）闸门及启闭机自重；3）正常蓄水位工况时，上、下游坝面及闸体受的静水压力；4）扬压力；5）地震荷载（0.22g）。

不同工况下泄水闸计算荷载组合列如表1。

表1 各种工况下闸墩计算荷载组合表

1.3 计算成果

各个工况下闸墩的最大应力见表2，上部排架最大应力见表3。

在正常蓄水位工况下，闸坝坝段除闸墩顶部和门槽处产生了不利的拉应力集中外，其余位置基本均处于压应力状态。正常蓄水位工况下，闸墩顺河向最大拉应力出现在闸墩下游顶部。最大压应力在闸墩下游底部。横河向最大应力出现在闸底板，最大压应力在闸墩下游底部。竖直向最大拉应力在闸墩下游顶部，最大压应力在闸墩下游底部［2］。

表2 各种工况下闸墩应力最大值

表3 各种工况下排架应力最大值

正常+地震工况下，闸墩顺河向最大拉应力出现在闸墩顶部下游检修门槽消弱部位，分布范围很小。最大压应力在闸墩下游底部与底板交接处。横河向最大应力出现在下游闸底板，最大压应力在闸墩下游底部。竖直向最大拉应力在闸墩上游底部，最大压应力在闸墩下游底部。

正常蓄水位工况下，上部排架顺河向最大拉应力出现在启闭机室底板顺河向边梁与上游立柱结合处上部，最大压应力出现在启闭室底板顺河向边梁与上游立柱结合处下部。横河向最大拉应力出现在启闭机室底板上游横河向边梁端部上侧，最大压应力出现在启闭机室底板上游横河向边梁中部上侧。竖直向最大拉应力出现在上游边立柱与启闭机室底板横河向边梁结合处上部，最大压应力出现在上游边立柱与启闭机室底板横河向边梁结合处下部。

正常+地震工况下，上部排架顺河向最大拉应力出现在排架底层顺河向边梁与上游边立柱结合处下部，最大压应力出现在排架底层顺河向边梁与上游边立柱结合处下部［3］。横河向最大拉应力出现在启闭机室底板上游横河向边梁端部上侧，最大压应力出现在启闭机室底板上游横河向边梁端部下侧。竖直向最大拉应力出现在上游边立柱与排架底层顺河向边梁结合处下部，最大压应力值出现在上游边立柱底部外侧。

应力分析表明，正常蓄水位工况：闸墩的混凝土强度能满足要求，但对于下游侧，闸墩与底板交接处的闸墩，压应力值较大，需采用C35以上的高标号混凝土。正常+地震：闸墩各个方向的最大拉应力值均小于C9030混凝土的动态抗拉强度（2.01MPa），各个方向的最大压应力值、最小主应力值，均小于C9030混凝土的动态抗压强度（10.81MPa），混凝土强度满足规范要求。

正常蓄水位工况下，排架的混凝土抗压强度能满足要求，柱和梁的抗拉能力也可以通过配筋来满足要求。正常+地震工况下，上部排架的压应力计算值，均小于允许值（11.13MPa）。上部排架拉应力计算值，虽然超过允许值2.07MPa，但是拉应力值分布范围很小，衰减很快，且通过配筋可以满足抗拉强度要求。