1、第十二章 水電站廠房結(jié)構(gòu)分析,2009年11月,第一節(jié) 水電站廠房的結(jié)構(gòu)特點,水電站廠房的結(jié)構(gòu)組成及作用,一、水電站廠房的結(jié)構(gòu)組成及作用,(一) 上部結(jié)構(gòu)1、屋頂 (1) 屋面板：隔熱、遮陽、避風(fēng)雨； 預(yù)制鋼筋混凝土大型屋面板+隔熱層+防水層 +保護層 (2) 屋架或屋面大梁。2、排架柱(構(gòu)架) 承受屋架或屋面大梁、吊車梁、外墻傳來的荷載和排架柱自重，并將它們傳給廠房下部結(jié)構(gòu)的大體積混凝土。,3、吊

2、車梁 承受吊車荷載（包括起吊部件在廠房內(nèi)部運行時的移動集中垂直荷載），以及吊車在起重部件時，啟動或制動時產(chǎn)生的縱、橫向水平荷載，并將它們傳給排架柱。4、發(fā)電機層和安裝間樓板 發(fā)電機層樓板承受著自重、機電設(shè)備靜荷載和人的活荷載，傳給梁并部分傳到廠房下部結(jié)構(gòu)的發(fā)電機機座和水輪機層的排架柱。安裝間樓板承受自重、檢修或安裝時機組荷載和活荷載，傳到基礎(chǔ)。,5、圍護結(jié)構(gòu)外墻。承受風(fēng)荷載，并將它傳給排架柱或壁柱。抗風(fēng)柱

3、。承受廠房兩端山墻傳來的風(fēng)荷載，并將它傳給屋架或屋面大梁和基礎(chǔ)或廠房下部結(jié)構(gòu)的大體積混凝土塊體。圈梁和連系梁。承受梁上磚墻傳下的荷載和自重，并傳給排架柱或壁柱。,1、發(fā)電機機墩 承受從發(fā)電機層樓板傳來的荷載和水輪發(fā)電機組等設(shè)備重量、水輪機軸向水壓力和機墩自重，并將它們傳給座環(huán)和蝸殼外圍混凝土。 2、蝸殼和水輪機座環(huán)（固定導(dǎo)葉） 將機墩傳下來的荷載通過座環(huán)傳到尾水管上，另外水輪機層的設(shè)備重量和活荷載通過蝸殼

4、頂板也傳到尾水管。 3、尾水管 承受水輪機座環(huán)和蝸殼頂板傳來的荷載，經(jīng)尾水管框架（尾水管頂板、閘墩、邊墩和底板構(gòu)成的）結(jié)構(gòu)再傳到基礎(chǔ)上。,(二)、下部結(jié)構(gòu),二、廠房的受力和傳力系統(tǒng),(一) 廠房主要荷載廠房結(jié)構(gòu)自重，壓力水管、蝸殼及尾水管內(nèi)水重；廠房內(nèi)機電設(shè)備自重，機組運轉(zhuǎn)時的動荷載；靜水壓力：尾水壓力，基底揚壓力，壓力水管、蝸殼及尾水管內(nèi)的水壓力，永久縫內(nèi)的水壓力，河床式廠房上游水壓力；廠房四周的土壓力；活荷

5、載：吊車運輸荷載，人群荷載及運輸工具荷載；溫度荷載； ⑦ 風(fēng)荷載；雪荷載； ⑧ 嚴(yán)寒地區(qū)的冰壓力；地震力。,(二) 廠房的傳力系統(tǒng),三、廠房混凝土澆筑的分期和分塊,1. 廠房混凝土澆筑的分期分期目的：機組到貨一般均遲于土建施工期，為了適應(yīng)機組安裝要求，混凝土需要分期澆筑，稱為一期和二期混凝土。一期混凝土：底板、尾水管、尾水閘墩、尾水

6、平臺、混凝土蝸殼外的混凝土、上下游邊墻、廠房構(gòu)架、吊車梁、部分樓板等，在施工時先期澆筑，以便利用吊車進行機組安裝。二期混凝土：等到機組和有關(guān)設(shè)備到貨后、尾水管圓錐鋼板內(nèi)襯和金屬蝸殼安裝完畢后，再進行澆筑。二期混凝土包括金屬蝸殼外的部分混凝土、尾水管直錐段外包混凝土、機座、發(fā)電機風(fēng)罩外壁、部分樓層的樓板。,2．混凝土澆筑分層、分塊,水電站廠房水下部分的混凝土屬于大體積塊體混凝土。其特點是現(xiàn)場澆筑量大，結(jié)構(gòu)幾何形狀復(fù)雜，基礎(chǔ)高差大，對裂縫

7、要求嚴(yán)格。由于受混凝土澆筑能力的限制和為了適應(yīng)廠房形狀的變化，每期混凝土要分層分塊澆筑?；炷翝仓謱印⒎謮K是為了便于施工和保證工程質(zhì)量。,四、廠房結(jié)構(gòu)的分縫和止水,1．分縫 (1) 沉降伸縮縫——為防止廠房地基不均勻沉陷，減小下部結(jié)構(gòu)受基礎(chǔ)約束產(chǎn)生的溫度和干縮應(yīng)力，沿廠房長度方向設(shè)置的伸縮縫和沉降縫(永久縫)。 特點：一般都是貫通至地基，只在地基相當(dāng)好時，伸縮縫才僅設(shè)在水上部分，但也需每隔數(shù)道伸縮縫設(shè)一道貫通地基的沉降

8、伸縮縫。,(2）施工縫——根據(jù)施工條件設(shè)置的混凝土澆筑縫(臨時縫)。 巖基上大型廠房通常一臺機組段設(shè)一永久縫，中小型水電站可增至2～3臺機組設(shè)一條永久縫。在安裝間與主機房之間、主副廠房高低跨分界處，由于荷載懸殊，需設(shè)沉降縫。壩后式廠房的廠壩之間常沿整個廠房的上游外側(cè)設(shè)一條貫通地基的縱縫。永久縫的寬度一般為1~2cm，軟基上可寬一些，但不超過6cm。,2．止水廠房水上部分的永久縫中常填充一定彈性的防滲、防水材料，以防止在施工或運

9、行中被泥沙或雜物填死和風(fēng)雨對廠房內(nèi)部的侵襲。廠房水下部的永久縫應(yīng)設(shè)置止水，以防止沿縫隙的滲漏，重要部位設(shè)兩道止水，中間設(shè)瀝青井。止水布置主要取決于廠房類型、結(jié)構(gòu)特點、地基特性等，應(yīng)采用可靠、耐久而經(jīng)濟的止水型式。,第二節(jié) 廠房整體穩(wěn)定及地基應(yīng)力,廠房整體穩(wěn)定和地基應(yīng)力計算的內(nèi)容一般包括沿地基面的抗滑穩(wěn)定、抗浮穩(wěn)定和廠基面垂直正應(yīng)力計算。廠房在運行、施工和檢修期間，在抗滑、抗傾與抗浮方面必須有足夠的安全系數(shù)，以保證廠房的整體穩(wěn)定性。

10、廠房地基應(yīng)力必須滿足承載能力的要求，不允許發(fā)生有害的不均勻沉陷。河床式廠房本身是擋水建筑物，廠房地基內(nèi)部存在軟弱層面時，還應(yīng)進行深層抗滑穩(wěn)定計算。,河床式廠房直接承受上游水壓力，在確定地下輪廓線、校核整體穩(wěn)定性和地基應(yīng)力時，基本原則與混凝土重力壩及水閘相似。但因廠房機電設(shè)備多，結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，故必須以兩個永久縫之間或一個機組段長度為計算單元，進行穩(wěn)定分析和地基應(yīng)力計算時，不能取單寬進行計算。廠房有大量的二期混凝土，并可能有分期安裝問題

11、，故在機組安裝前后荷載變化較大，確定荷載與荷載組合時也有其特點。,一、荷載及其組合,(一) 荷載 1．基本荷載：（1）廠房結(jié)構(gòu)及永久設(shè)備自重；（2）回填土石重；（3）正常蓄水位或設(shè)計洪水位情況下的靜水壓力；（4）相應(yīng)于正常蓄水位或設(shè)計洪水位情況下的揚壓力；（5）相應(yīng)于正常蓄水位或設(shè)計洪水位情況下的浪壓力；（6）淤沙壓力；土壓力；冰壓力；（7）其它出現(xiàn)機會較多的荷載。,2．特殊荷載：（1）校核洪水位或檢修水位情況下的靜

12、水壓力；（2）相應(yīng)于校核洪水位或檢修水位情況下的揚壓力；（3）相應(yīng)于校核洪水位或檢修水位情況下的浪壓力；（4）地震力；（5）其它出現(xiàn)機會較少的荷載。注：作用在廠房上的靜水壓力應(yīng)根據(jù)廠房在不同的運行工況下的上、下游水位確定。,(二)、荷載組合,注：表中a適用于河床廠房，b適用于壩后和引水廠房。,廠房整體穩(wěn)定分析的荷載組合可按上頁表采用。廠房穩(wěn)定和地基應(yīng)力計算要考慮廠房施工、運行和擴大檢修期的各種不利情況。1．正常運行對河床

13、廠房來說，a1組合情況下廠房承受的水頭最大；a2組合情況下?lián)P壓力最大，對穩(wěn)定不利。對壩后式廠房和引水式廠房來說，引起穩(wěn)定問題的水平荷載為下游水壓力，因此正常運行情況中取下游設(shè)計洪水位進行組合。,2．機組檢修 河床式廠房機組檢修情況下機組設(shè)備重不考慮，廠房承受的水頭大，而廠房的重量輕，只有結(jié)構(gòu)自重和水重，對穩(wěn)定不利。3．機組未安裝 廠房施工一般是先完成一期混凝土澆筑和上部結(jié)構(gòu)，以后順序逐臺安裝機組

14、并澆筑二期混凝土，機組安裝周期較長，如機組是分期安裝的，廠房的施工安裝或更長，所以要進行機組未安裝時的穩(wěn)定計算。在這種計算情況中，二期混凝土和設(shè)備重不計，廠房重量最輕，而廠房已經(jīng)承受水壓，對抗滑和抗浮不利。 4．廠房基礎(chǔ)設(shè)有排水孔時，特殊組合中還要考慮排水失效的情況。,二、計算方法和要求,廠房整體穩(wěn)定和地基應(yīng)力計算應(yīng)以中間機組段、邊機組段和安裝間段作為一個獨立的整體，按荷載組合分別進行。邊機組段和安裝間段，除上下游水壓力作用外，還可

15、能受側(cè)向水壓力的作用，所以必須核算雙向水壓力作用下的整體穩(wěn)定性和地基應(yīng)力。,(一) 抗滑穩(wěn)定計算,廠房抗滑穩(wěn)定性可按抗剪斷強度公式或抗剪強度公式計算 1．抗剪斷強度計算公式 式中 K' —— 按抗剪斷強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)； f '，C' —— 滑動面的抗剪斷摩擦系數(shù)及抗剪斷粘結(jié)力； A —— 基礎(chǔ)面受壓部分的計算面積； ∑W —— 全部荷

16、載對滑動面的法向分力（含揚壓力）; ∑P —— 全部荷載對滑動面的切向分力（含揚壓力）。,,2．抗剪強度計算公式 式中K——按抗剪強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)； f ——滑動面的抗剪摩擦系數(shù)。 巖基廠房整體抗滑穩(wěn)定的安全系數(shù)不分等級，按表選用。,,(二) 抗浮穩(wěn)定性計算,廠房抗浮穩(wěn)定性可按下式計算

17、 式中 Kf —— 抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)； ∑W —— 機組段的全部重量，kN； U —— 作用于機組段的揚壓力總和，kN。 根據(jù)《水電站廠房設(shè)計規(guī)范》，抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)Kf 在任何計算情況下不得小于1.1。,,(三) 地基應(yīng)力計算,1．計算方法廠房地基面上的法向應(yīng)力，可按下式計算

18、 式中 σ ——廠基面垂直正應(yīng)力，kPa； ∑W ——全部荷載在廠基面上的法向分力總和，kN； ∑Mx，∑My——對計算截面形心軸x、y的力矩總和，kN.m； x、y ——計算截面上任意點至形心軸的距離，m； Jx， Jy——計算截面對形心軸x、y軸的慣性矩，m4；

19、 A——廠基面計算截面積，m2。,,2．計算要求,廠房地基面上承受的最大垂直正應(yīng)力，不論是何種型式的廠房，在任何情況下均不應(yīng)超過地基允許承載力，在地震情況下地基允許承載力可適當(dāng)提高。廠房地基面上承受的最小垂直正應(yīng)力(計入揚壓力)應(yīng)滿足下列條件：對于河床式廠房，除地震情況外都應(yīng)大于零，在地震情況允許出現(xiàn)不大于0.1MPa的拉應(yīng)力。對于壩后式和引水式廠房，正常運行情況下，一般應(yīng)大于零；機組檢修、機組未安裝及非常運行情況下

20、，允許出現(xiàn)不大于0.1~0.2MPa的局部拉應(yīng)力。地震情況下，如出現(xiàn)大于0.2MPa的拉應(yīng)力，應(yīng)進行專門論證。廠房整體穩(wěn)定和地基應(yīng)力計算不滿足要求時，應(yīng)在廠房地基中采取防滲和排水措施。,第二節(jié) 發(fā)電機支承結(jié)構(gòu),一、發(fā)電機支承結(jié)構(gòu)立式水輪發(fā)電機的支承結(jié)構(gòu)是機墩(機座)，承受著巨大的靜、動荷載，必須具有足夠的剛度、強度、穩(wěn)定性和耐久性。本節(jié)主要介紹圓筒式機墩。,發(fā)電機層樓板與圓筒式機墩或風(fēng)罩的連接方式：整體式。其抗扭、抗水平推力的

21、剛度較高，受力情況較好，是應(yīng)用最多的一種型式。但這種型式會因混凝土的收縮及機墩的振動而使樓板發(fā)生裂縫。簡支式。有利于采用預(yù)制構(gòu)件，并在機墩處設(shè)置彈性防振墊層，以減輕樓板受機墩振動的影響，連接構(gòu)造復(fù)雜些，又不能加強機墩的剛度，應(yīng)用不廣。分離式。樓板與機墩自成獨立的受力系統(tǒng)，互不影響，樓板上的荷載通過梁柱系統(tǒng)直接傳給基礎(chǔ)，樓板不受機墩振動的影響。,,(c) 機墩與樓板分離式連接 ( 1. 樓板 2. 機墩或風(fēng)罩 3. 次梁),

22、(a) 機墩與樓板整體式連接 (b) 機墩與樓板簡支式連接 1. 樓板 2. 機墩或風(fēng)罩 1. 樓板 2. 機墩或風(fēng)罩 3. 彈性墊層,二、作用在機墩上的荷載及其組合,垂直靜荷載A1。包括：機墩自重，發(fā)電機層樓板重及其荷載，發(fā)電機定子、勵磁機定子及附屬設(shè)備等重，上機架、下機架重，定子基礎(chǔ)板重，下支架在頂起轉(zhuǎn)子時的負(fù)荷。這些荷載通過定子基礎(chǔ)板

23、作用于機墩。垂直動荷載A2。包括：發(fā)電機轉(zhuǎn)子連軸及勵磁機等重，水輪機轉(zhuǎn)輪連軸重，軸向水推力。通過推力軸承傳給機架再傳至機墩。發(fā)電機層樓板傳來的荷載應(yīng)由廠房上部結(jié)構(gòu)計算得出。機組部分重量和軸向水推力資料應(yīng)由制造廠家提供。水平動荷載A3。由于發(fā)電機轉(zhuǎn)子中心的偏心距e，機組在運行中所產(chǎn)生的慣性離心力，從而引起機墩的振動離心力。通過導(dǎo)軸承傳給機墩。,扭矩荷載A4。轉(zhuǎn)子磁場對定子磁場的引力受到切向力的作用，通過機墩基礎(chǔ)板的固定螺栓形成機墩扭矩

24、。 荷載組合,三、圓筒式機墩的結(jié)構(gòu)計算,按上端自由(不計發(fā)電機層樓板的剛度)下端固結(jié)于蝸殼頂蓋上(矮機墩除外)的等截面圓筒計算。 作用在機墩上的荷載，可按均布荷載計算，即按實際作用位置分別換算為沿相當(dāng)圓筒中心圓周上的垂直均布靜、動荷載，作用于機墩截面形心。 在靜力計算進行強度校核時，除軸向水壓力外，所有靜動荷載均乘以1.3~1.5的動力系數(shù)。,1、動力計算機墩動力計算目的是：校核機墩否會產(chǎn)生共振現(xiàn)象；驗算振幅是否在允許范圍

25、內(nèi)；核算動力系數(shù)(為靜力計算所用)。機墩自振頻率的計算通常簡化為單自由度體系的振動，將機墩圓筒本身的重量，用一個作用于筒頂?shù)募匈|(zhì)量(相當(dāng)質(zhì)量)來代替。在計算自振頻率和動力系數(shù)中，假定為無阻尼作用，并認(rèn)為機墩振動是在彈性范圍內(nèi)做微幅振動。,動力計算的內(nèi)容,自振頻率計算垂直自振、水平橫向自振和水平扭轉(zhuǎn)三種自振頻率機組強迫振動頻率由機組轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡產(chǎn)生的強迫振動，其頻率等于機組每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)—水平振動由水力沖擊產(chǎn)生的強迫振動，其

26、頻率等于導(dǎo)葉葉片與轉(zhuǎn)輪葉片在運動中的相互交會次數(shù)—豎向振動共振校核機墩的自振頻率與強迫振動頻率之差和自振頻率之比應(yīng)大于20%~30%。,振幅計算包括垂直振幅、水平振幅和扭轉(zhuǎn)振幅振幅校核標(biāo)準(zhǔn)垂直振幅A1<0.10~0.15mm水平振幅(包括扭轉(zhuǎn))A2+A3<0.15~0.20mm動力系數(shù)的核算在機墩結(jié)構(gòu)計算時，將動荷載乘以動力系數(shù)當(dāng)成靜荷載計算，設(shè)計中η值一般采用1.3~1.5。計算出的η值若小于1.3~1.

27、5時，仍采用1.3~1.5。,2、靜力計算,按上端自由(不計發(fā)電機層樓板的剛度)下端固結(jié)于蝸殼頂蓋上(矮機墩除外)的等截面圓筒計算。作用在機墩上的荷載，可按均布荷載計算，即按實際作用位置分別換算為沿相當(dāng)圓筒中心圓周上的垂直均布靜、動荷載，作用于機墩截面形心。 根據(jù)力的平移法則，將全部垂直荷載簡化為作用在圓筒截面中和軸上的軸力P和它對中和軸的彎矩M。,靜力計算的內(nèi)容,內(nèi)力計算：當(dāng)圓筒較矮厚，即圓筒高度Lπ/β時，可按整體

28、薄壁長圓筒計算。各截面的垂直應(yīng)力分布求得截面的內(nèi)力后，可按偏心受壓構(gòu)件的計算公式求各截面的垂直應(yīng)力分布。扭矩及水平離心力作用下剪應(yīng)力計算強度校核。按第三強度理論進行校核。,四、圓筒式機墩配筋,圓筒式機墩沿圓筒圓周配置豎向鋼筋、水平環(huán)向鋼筋、孔口鋼筋，一般不布置斜向鋼筋。豎向受力筋應(yīng)按偏心受壓柱計算確定。直徑不小于16mm，間距不大于30cm，沿內(nèi)外壁各布置一層，兼作架立筋。環(huán)向筋起固定豎向筋、抵抗溫度應(yīng)力、混凝土收縮應(yīng)力及環(huán)

29、向力作用。由于機墩水平環(huán)向截面大，環(huán)向應(yīng)力相對較小，一般均按構(gòu)造配筋。直徑不小于12mm，間距不大于30cm。大孔口根據(jù)孔口應(yīng)力計算結(jié)果，按應(yīng)力大小在孔邊配環(huán)向筋，直徑10~16mm，間距不大于10~15cm；小孔孔邊配適量的鋼筋。,五、風(fēng)罩墻的結(jié)構(gòu)計算,計算模型簡化當(dāng)風(fēng)罩墻半徑與壁厚之比(R/δ)大于10，并且高度較大時，可按有限長的薄壁圓筒公式計算，底部固結(jié)，頂部自由或徑向簡支；當(dāng)開孔較多且尺寸較大，破壞圓筒整體性時，按圓周上

30、為單寬的豎向梁計算，底部固結(jié)，頂部采用自由、鉸支、固接或與發(fā)電機層樓板剛結(jié)，風(fēng)罩墻與發(fā)電機層樓板一起按Γ型框架計算，但環(huán)向要適當(dāng)布筋加強。荷載結(jié)構(gòu)自重；發(fā)電機層樓板傳來的荷載；發(fā)電機上支架千斤頂水平推力；發(fā)電機產(chǎn)生短路扭矩時，發(fā)電機層樓板施于風(fēng)罩的約束扭矩；溫度應(yīng)力。,內(nèi)力計算及配筋根據(jù)計算出的縱向彎矩、水平徑向剪力、縱向軸力、環(huán)向彎矩和環(huán)向軸力后，分別按最不利組合疊加。以縱向彎矩、縱向軸力按偏心受壓構(gòu)件配置風(fēng)罩墻縱向鋼筋，以環(huán)

31、向彎矩按受彎構(gòu)件配置環(huán)向鋼筋，環(huán)向軸力忽略不計，并用水平徑向剪力校核風(fēng)罩墻水平截面的抗剪強度。,第三節(jié) 蝸殼結(jié)構(gòu)計算,一、鋼蝸殼外圍混凝土結(jié)構(gòu)計算,一、鋼蝸殼外圍混凝土結(jié)構(gòu)計算,構(gòu)造方法在蝸殼上半部與外圍混凝土之間應(yīng)設(shè)2~4層總厚為2~4cm左右的瀝青油毛氈或軟木瑪締脂等彈性墊層，使二者互相分離，受力互不傳遞。鋼蝸殼承擔(dān)全部內(nèi)水壓力，外圍混凝土結(jié)構(gòu)承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載及自重。主要針對蝸殼中心線以上的外圍混凝土結(jié)構(gòu)，蝸殼中心線以

32、下部分混凝土與下部塊體結(jié)構(gòu)整體澆筑，不必計算。金屬蝸殼與外圍混凝土之間不設(shè)墊層時，外圍混凝土結(jié)構(gòu)除承受結(jié)構(gòu)自重和外荷載外，還要承受部分內(nèi)水壓力。,荷載結(jié)構(gòu)自重A1。機墩傳來的荷載A2。機墩靜力計算中求出的底面正應(yīng)力假定為直線分布。水輪機層地面活荷載A3。參考實際工程資料確定。內(nèi)水壓力(包括水擊壓力)A4 。外水壓力A5。溫度影響力A6。,3. 荷載組合,,4. 計算模型,1．機墩 2．座環(huán) 3．彈性墊層 4．外墻5

33、．二期混凝土 6．一期混凝土 7．剛性結(jié)點 8．圓拱,計算模型,蝸殼外圍結(jié)構(gòu)的一、二期混凝土間易形成冷縫，故Γ形剛架截面厚度僅考慮二期混凝的厚度。計算簡圖的選取以桿件曲面中心軸線為準(zhǔn)。當(dāng)桿件截面厚度較小，截面最小高度h與計算跨度L之比h/L＜l/5或蝸殼尺寸很小時，可忽略結(jié)點寬度和剪切變形影響，按一般Γ形剛架計算。當(dāng)桿件截面厚度很大，h/L＞l/5時，應(yīng)考慮結(jié)點剛度和剪力引起的剪切變形對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響，可將結(jié)點寬度范圍內(nèi)的桿

34、件用剛性桿段代替，如圖(b)所示。,為簡化計算，可按桿件中心線長度L及h構(gòu)成的Γ形剛架計算跨中彎矩，用凈跨長L1及h1構(gòu)成的Γ形剛架計算結(jié)點彎矩。初步估其時也可按凈跨L1及h1構(gòu)成的Γ形剛架計算內(nèi)力，不考慮剛性桿段作用。若蝸殼邊墻較厚，或相鄰兩機組段之間不設(shè)永久性變形縫，蝸殼邊墻剛度比頂板剛度大8倍以上時，可考慮按一端鉸接于座環(huán)，另一端固接于邊墻的梁或圓拱計算，如圖(c)所示。,5、內(nèi)力計算及配筋原則,內(nèi)力計算：用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法求出桿

35、件內(nèi)力。配筋：用Γ形剛架計算內(nèi)力不很合理，一般除進口斷面按計算配筋外，其余部位可采用計算值的80%配筋或按構(gòu)造配筋。蝸殼頂板按受彎構(gòu)件配筋。受力筋徑向輻射等距布置、上下各一層。上層鋼筋可分區(qū)按一定等差切斷，但切斷點應(yīng)伸出邊墻外周邊30d以上。下層鋼筋可沿金屬蝸殼表面整環(huán)布置，兩端與座環(huán)焊接。,5、內(nèi)力計算及配筋原則,計算時不計水平環(huán)向約束，但在頂板及邊墻的環(huán)向應(yīng)配置構(gòu)造鋼筋及溫度筋，直徑不小于20mm，間距不大于20~30cm。

36、蝸殼的邊墻按偏心受壓構(gòu)件配筋，受力筋垂直向布置，分內(nèi)外兩層，直徑不宜小于12~16mm，間距不大于20~30cm。外圍混凝土結(jié)構(gòu)不需驗算斜截面強度?；炷猎试S開裂，但應(yīng)驗算裂縫開展寬度。,圖12-14 金屬蝸殼外圍混凝土結(jié)構(gòu)配筋圖1-水平環(huán)向構(gòu)造溫度筋 2-徑向受力筋等差切斷 3- 徑向受力筋沿蝸殼表面整環(huán)布置 4- 水平環(huán)向構(gòu)造溫度鋼筋,二、鋼筋混凝土蝸殼,1．側(cè)墻 2 尾水錐體 3 下游壓力墻 4 進口底板

37、5 排架柱 6 環(huán)形薄墻 7 機墩 8 頂板,荷載及荷載組合與金屬蝸殼外圍混凝土結(jié)構(gòu)相同。內(nèi)力計算是一個整體性的空間結(jié)構(gòu)，只有用三維有限元法才能求出蝸殼結(jié)構(gòu)的整體應(yīng)力狀態(tài)。目前設(shè)計中沿用的基本方法有結(jié)構(gòu)力學(xué)法或彈性理論方法，對大型廠房應(yīng)用三維有限元計算蝸殼結(jié)構(gòu)內(nèi)力。,(1)、結(jié)構(gòu)力學(xué)法—平面框架法,簡化為平面框架計算，可利用結(jié)構(gòu)力學(xué)常用圖表計算。方法與金屬蝸殼外圍混凝土結(jié)構(gòu)相同。宜于中小型機組采用。進口段。沿水流方向切取單

38、寬橫截面，按固結(jié)于底板的П形框架計算，荷載為內(nèi)水壓力及自重。蝸殼段。沿下游壓力墻中心周長從徑向切取單寬平面Γ形框架?？蚣軝M梁(蝸殼頂板)一端與水輪機座環(huán)鉸接，另一端與蝸殼側(cè)墻剛接，側(cè)墻固結(jié)于蝸殼底板或尾水管頂板上。,平面框架法簡化模型,尾水錐體。為一變厚、變高的厚壁錐形圓筒，上端水平，下端為螺旋形曲面。計算時，一般簡化為上端自由、下端固接于尾水管彎管和邊墩上的等厚等高短圓筒。圓筒高度取進水口處錐體最大高度H，厚度與直徑取上、下兩端平均

39、值。,(2). 結(jié)構(gòu)力學(xué)法—環(huán)形板墻法,蝸殼頂板和側(cè)墻的連接為固結(jié)，因而蝸殼頂板、側(cè)墻和壓力墻可分開計算，假定各為獨立結(jié)構(gòu)，不考慮相互之間的變位調(diào)整，僅考慮反力傳遞。進口段。頂板與側(cè)墻都按兩端固定的梁板或雙向板計算。蝸殼旋形段。作為環(huán)形板計算或?qū)㈨敯宸殖蓴?shù)塊，每塊均作為環(huán)形板的一部分計算，如圖所示。環(huán)形板外周視為固定端，內(nèi)周根據(jù)具體布置情況確定支承形式。,蝸殼側(cè)墻分為兩部分。靠近下游壓力墻部分墻體按三邊固結(jié)、一邊自由的雙向板計算；上

40、游進口段部分則按上下兩邊固定的單向板計算。下游壓力墻為一變厚、變高墻體，近似按四邊固定板計算，厚度按壓力墻最薄處厚度計。,3、配筋原則,鋼筋混凝土蝸殼承受較大的內(nèi)水壓力，除強度計算外，應(yīng)按不允許開裂進行校核。受力鋼筋直徑一般不小于12~16mm，間距不超過30cm。,1 機墩 2 座環(huán)立柱 3 環(huán)向筋 4 受力筋 5 徑向受力筋 6 架立筋 7 垂直受力筋,尾水管的計算模型,尾水管的計算模型,擴散段計算。擴散段包括頂板、底

41、板、邊墩和中墩。計算時沿水流方向切取若干截面，按單寬平面結(jié)構(gòu)計算。 彎管段計算。該段的結(jié)構(gòu)特點是頂板很厚，底板相對較薄，而兩側(cè)邊墩在水平方向為變厚度。實際上彎管段為一復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，要精確計算其內(nèi)力是很困難的。,彎管段計算模型,平面框架。當(dāng)?shù)装?、邊墩、頂板的結(jié)構(gòu)厚度比較一致時，底板、邊墩、頂板為一整體框架結(jié)構(gòu)。圖(b)當(dāng)頂板厚度很大，頂板可按簡支深梁計算內(nèi)力。圖(c)當(dāng)頂板比較薄，兩邊邊墩較厚、剛度較大時，按兩端固定的梁式板計算。