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垫层钢管和垫层钢蜗壳研究以拉西瓦水电站工程为例

邓双明  
【摘要】:在水电站压力引水钢管或钢蜗壳外表敷设软垫层材料以满足结构受力要求的工程措施称之为垫层管或垫层蜗壳。早期人们认为设垫层后钢管就可承受全部内水压力,管外砼结构不再分担内水压力;而不设垫层的砼内埋管将大部分内压传给砼结构,钢板应力较小,没有发挥其强度作用。后来人们从设垫层的压力管道和蜗壳原型观测结果中得到启发,认识到可以通过在管周布置软垫层来调节钢板与外围砼承担内压的大小。但在以往的研究和工程实践中,不论是垫层钢管还是垫层蜗壳的研究,一般都是先拟定垫层和结构参数,然后用有限元计算法计算,缺乏垫层参数对结构受力状态及承担内水压力大小完整的规律性认识;没有提出实际工程所需要的快速简洁的垫层管解析计算方法;对垫层材料缺乏系统研究。上世纪九十年代以后,我国巨型水电站开始采用单机700MW水轮发电机组.蜗壳的结构采用充水保压或钢蜗壳与外围砼结构完全联合承载的型式在世界上均成功采用,但这两种方式前者有造价高、工期长,后者有钢筋用量大、砼质量不易保证和砼结构裂缝开展宽度过宽的缺点。垫层蜗壳结构在很大程度上可避免以上两种蜗壳结构的缺点,但其对机组运行稳定性影响如何,是目前工程界争论最激烈的问题之一,以往的研究均未回答此问题。 本文在综述世界垫层管(蜗壳)工程实践的基础上,结合拉西瓦水电站工程实际,用有限元法和解析法系统研究了垫层及相应结构参数对钢板和外围混凝土承担内水压力比例的调节规律以及结构的受力状态,进行了不同埋入方式下蜗壳结构对机组运行的影响分析。研究结果归结为:提出一套垫层管(蜗壳)的计算解析公式;证明垫层蜗壳在技术上可行、经济上合理的前提下,对机组运行稳定也是有保证的。 西安理工大学工程硕士学位论文 以上研究成果将以往垫层管(蜗壳)工程实际经验,提高到有统一的解析计算理论 上;垫层蜗壳动力计算结果得到了水轮机制造商、工程建设单位的认同,并同意采 用垫层蜗壳结构型式,这样拉西瓦水电站将成为目前世界上水头最高、单机容量最 大的采用垫层蜗壳的水电站。 关健词:垫层压力钢管蜗壳振动


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