维普资讯 http://www.cqvip.com ２２ 《华东水电技术》２００２年第３期 竹洲水电站厂房设计 杜筱萍陈国海张亦军 （华东勘测设计研究院杭州３１００１４） 摘 要本文对竹洲水电站的厂房布置、灯炮贯流式机组管形壳的超级ＳＡＰ计算作了简单介绍。 关键词厂房布置管形壳超级ＳＡＰ竹洲水电站 竹洲水电站厂房采用河床式布置，厂房内安装 ＳＦＷＧ１８—５２／５３００发电机。下游副厂房共分３层， ３台单机容量为１８ＭＷ贯流灯泡式机组，总装机容 主要布置风机室、高压试验室、电缆道、厂用配电 量为５４ＭＷ。 室、发电机电压设备配电装置、厂变等。机组段下游 副厂房１４７．００ｍ高程以上布置有２台主变。装配场 １厂区布置 段下游副厂房共分４层。主要布置油罐室、油处理 室、中控室、继保室、办公室等，厂房总体布置紧凑。 竹洲水电站厂房布置在右岸，厂区主要建筑物 由主厂房、上下游副厂房、升压站、１１０ｋＶ开关站等 ３结构设计 组成。主厂房包括机组段、装配场及装卸场段两部 分，位于溢流坝段和右坝头之间。装配场及装卸场 竹洲电站厂房按三级建筑物设计，其结构计算 段位于机组段右侧，为台阶式布置。装卸场高程为 重点在于下部大体积混凝土。下部大体积混凝土主 １４７．００ｍ，与尾水平台同高。安装场高程为１４２．００ｍ， 要由进水口段、流道中段、尾水管段组成。进水口段 与机组段运行层同高。机电设备由汽车直接运人装 结构为空间结构体系，为方便计算，作平面简化，分 卸场后，由桥机吊至安装场地。 别切取平行于水流方向的水平框架及垂直于水流 上游副厂房布置在装配场及装卸场段上游侧， 方向的竖直框架进行计算。尾水管空腔首部为圆形 下游副厂房布置在主厂房下游侧。 渐变段，后再由圆形渐变为矩形，内力按平面框架 升压站２台主变压器布置在主厂房机组段尾 计算。流道中段是机组的主要支承结构，该结构除 水平台上。１ １０ｋＶ开关站设在装配场下游右岸岸边。 承受水压力外，机组全部荷载均通过管形壳立柱传 为有效控制污物堵塞流道，影响发电，在进水 递给周边的大体积混凝土，其受力情况较复杂。采 口左侧设一导污栅。 用的计算方法有结构力学杆件分析和三维有限元 法。由于灯炮贯流式机组的厂房下部结构形体较之 ２厂房布置 轴流式机组的厂房具有很大的差异，应力分布和变 位情况迄今为止国内尚无人做过全面精确的分析 主厂房由２个机组段和一个装配场及装卸场 描述，故以竹洲电站厂房作为分析计算对象，除用 段组成，全长８０．９ｍ。其中装卸场段为８．５ｍ，装配场 杆件法进行平面简化计算外，更利用从国外引进的 段为２６．１ｍ，１ 机组段为１５．１ｍ，２ 、３ 机组段为 超级ＳＡＰ有限元分析程序，对贯流式机组的流道中 ３１．２ｍ。各段之间设伸缩缝，缝间设止水。垂直止水 段作精确应力分析。下面要介绍用超级ＳＡＰ计算程 与水平止水相连接形成封闭的止水系统。 序对厂房结构进行有限元应力分析的情况。 机组段主厂房共分３层，１４２．００ｍ高程为运行 ３．１计算原则 层，１３６．５０ｍ高程为管道层，１１７．８５ｍ高程为廊道 （１）计算区域 层，机组横轴布置，安装高程为１２６．００ｍ。每台机进 机组运行时，机组全部荷载均通过管形壳上下 水口流道尺寸为１０．１×ｌ１－３。流道内安装型号为ＧＺ 立柱传递给周边的大体积混凝土，其受力情况较复 （Ｂ１４）一ＷＰ一４９５灯泡贯流转浆式水轮机及型号为 杂，特别是在机组管形壳上方的混凝土块体，像一 维普资讯 http://www.cqvip.com 根短粗的大梁，承担着来自管形壳的巨大水平力和 扭矩，使得该部位应力变化剧烈，分布复杂，是本计 算的重点区域。 （２）机组段选取 １ 机组段自成一个结构段，受力明确，便于分 析，故以１ 机为计算对象。 （３）计算对象 取１ 机组段整体进行计算。 （４）结构简化 因厂房上部板梁柱结构对下部块体影响较小， 计算时忽略厂房上部结构。 １ 机组段在平面结构上是完全对称的，主要荷载 亦对称，为减少工作量，故取其结构的一半进行计算。 在结构对称面上加上法向位移约束为其边界条件。 （５）地基范围 计算所取地基范围：厂房上、下游均取３０ｍ－４０ｍ 寸 ０ｎ一一 长地基，地基高度取３０ｍ左右，地基上下游侧面、左 右侧面均以法向位移为约束，地基底部视为固接。 （６）网格剖分 采用空间有限元（线弹性模式下）计算，取８节点 块体单元。管形壳上方混凝土块体，单元网格适当细 分，单元边长控制在ｌｍ左右。厂房范围内的一般区 域，单元边长控制在２ｍ－３ｍ左右。坝体内的单元可大 些，单元边长控制在３ｍ，－－４ｍ。地基应力不关心，单元只 要同混凝土单元相协调即可，单元大小不作要求。 （７）结构座标系 应用超级ＳＡＰ有限元程序进行计算，建立结构 几何模型。其模型座标系规定如下：Ｘ坐标轴水平向 下游，Ｙ轴垂直向上，Ｚ轴与厂房纵向一致。座标系 圆点规定：坝轴线为Ｘ＝Ｏ，零高程为Ｙ＝Ｏ，机组平面 中心线为Ｚ＝Ｏ。 ３．２荷载及组合 考虑的主要荷载： １）结构自重 ２）水压力 ３）机组管形壳传来的作用力 荷载组合： １）结构自重＋水压力＋管形壳轴向力 ２）结构自重＋水压力＋管形壳上部固定端力矩 ３．３单元网格模型制作及结构形状简化 水电站厂房水下部分结构复杂，具有许多不规 则孔洞，故必须简化混凝土块体，将混凝土块体结 《华东水电技术》２００２年第３期２３ 构按形状特点、难易程度分成若干区域（２５个区域 左右）编号，分开来制作，并注意公共边界上的相邻 单元协调，然后全部装配合并，对号入座成为整体 几何模型。图１、图２为结构计算横剖面及典型单元 网格剖分图。 管型壳支承粱 图１流道中段结构计算横剖面图 寸 ，菱ｌ 水流 Ｉ／ Ｈ ¨［］＿ ］ 睦 Ｈ８一 ｄ＝ 日 一 ｆ ｆ １ Ｉ 障 斗 叶， １＿ … Ｉ ｌ１ ／、 ／Ｎ ／＼ ／＼ 、 １ 一Ｌ ｝ ｝３０￣４０ ５ ７＿４５ ３０－４０ 图２典型单元网格割分图 几何网格模型制作完毕后，在网格模型上加 载，计算出各种工况下的应力分布情况，再进行配 筋计算。计算所得管形壳顶梁配筋情况与结构力学 法算的配筋情况基本相同。 ４结语 在竹洲电站设计中，对厂房下部结构进行超级 ＳＡＰ线弹性有限元计算，发现管形壳上部立柱的混 凝土支承结构拉应力很大，需配较大数量的抗拉钢 筋及抗扭钢筋。通过对管形壳混凝土结构用结构力 学方法的计算，得出基本相同的配筋结果，说明管 形壳虽为空间结构，但简化成平面框架计算亦是切 实可行的。这为今后河床式电站的管形壳采用平面 框架计算并配筋提供了可靠的设计依据。
