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大型水电站垫层蜗壳结构仿真分析伍鹤皋,申艳,蒋逵超,马善定(武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,武汉 430072)摘 要:本文应用有限元程序ANSY S ,对某大型水电站垫层蜗壳钢衬2钢筋混凝土结构进行三维非线性有限元分析,钢蜗壳与外围混凝土之间按常规共结点和滑移接触两种方案分别进行计算,分析比较两种方案中钢蜗壳和钢筋的应力分布、裂缝开展范围与宽度等,验证接触非线性模型的合理性,为更精确地进行水电站垫层蜗壳的设计提供依据。
关键词:水工结构;接触分析;钢筋混凝土非线性有限元;垫层蜗壳;ANSY S 中图分类号:T V31;T V731文献标识码:AImitative research on spiral case with cushion layers of hydropow er stationW U Hegao ,SHE N Y an ,J I ANG K uichao ,MA Shanding(State K ey Laboratory o f Water Resources and Hydropower Engineering Science ,Wuhan Univer sity ,Wuhan 430072)Abstract :In combination with practice of a project ,the three 2dimensional nonlinear finite element analysis of steel liner 2rein forced concrete spiral case with cushion layers has been carried out by means of the well 2known FE A s oftware 2ANSY S.T w o cases of contact state between the spiral case and surrounding concrete ,i .e .full bond and free slip ,are considered.The stress distribution of spiral case and rebar ,the width of crack of surrounding concrete in tw o cases are com pared.The result proves that the contact m odel of free slip is m ore rational than that of the spiral case with cushion layer outside.K ey w ords :hydraulic structure ;contact analysis ;nonlinear FE M for reinforced concrete ;spiral case with cushion layer ;ANSY S收稿日期:2005212229作者简介:伍鹤皋(1964—),男,教授在钢蜗壳外表面设置软垫层的最初目的是将钢蜗壳与混凝土隔开,由钢蜗壳单独承担全部设计内水压力,而上部结构及设备重量由外围钢筋混凝土承担。
大型水电站充水预压蜗壳结构优化分析研究李文富1李文逸2霍红11、概述随着国内外大型常规电站和抽水蓄能电站的兴建，蜗壳的HD（H是指蜗壳承受的压力，D是指蜗壳进口断面的直径）值急剧增长，蜗壳日趋向巨型和超巨型化发展。
单机容量的增加虽然降低了水轮机的成本，但随之引起了一系列问题。
仅就高水头、大容量混流式水轮机蜗壳结构而言，其总重量达数百吨，钢板厚度超过了60mm以上，致使蜗壳结构在设计、制造、成型、安装等方面出现了一系列难以解决的问题。
联合承载结构可充分发挥外围钢筋混凝土的潜力，达到减薄钢板厚度、改善蜗壳应力状态的目的，收到安全和经济的双重效果。
因此，联合承载结构是发展高水头、大容量混流式水轮机组蜗壳结构设计的一种新途径。
在建设单机容量700MW左右的电站中，根据国内外工程经验，大都采用充水预压或直接浇筑钢蜗壳外围混凝土的蜗壳结构形式，而且尤以充水预压方式为主。
充水预压蜗壳即钢蜗壳在充水预压状态下浇筑外包混凝土形成的联合承载结构，其结构特点就是在钢蜗壳内加一定水压后浇筑外围混凝土，混凝土凝固过程中保持这一水压力，由于充水预压，钢蜗壳发生了弹性膨胀，待混凝土凝固后，钢蜗壳中的水压撤去，钢蜗壳则恢复到初始形状，这样就在钢蜗壳与外围混凝土之间产生了预压缝隙。
因此，电站正常运行后，当蜗壳内水压力低于埋置钢蜗壳时预加的水压时，钢蜗壳与外围混凝土未接触，内水压力全部由蜗壳钢衬承担，而当蜗壳内水压力高于埋置钢蜗壳时预加的水压时，钢蜗壳与外围混凝土相接触，高出的那部分水压由蜗壳钢衬和外围混凝土共同承担；其运行特点在于，机组运行时，钢蜗壳能紧贴外围混凝土，使得座环、蜗壳和外围大体积混凝土结合成整体，增加了机组的刚性，能避免钢蜗壳在运行时承受动水压力的交变载荷和因此产生的变形，增加了混凝土的抗疲劳性能；同时，依靠外围混凝土减少蜗壳及座环的扭曲变形，从而减少机组振动和变形，有利于机组的稳定运行。
因此，这种结构形式在大型水电站机组和抽水蓄能电站机组中得到了广泛的应用。
浅谈水电站厂房蜗壳结构静动力随着社会经济的快速发展，电力资源越来越紧缺，一大批水电工程开始陆续建立起来，水电开发不仅为工业和农业生产提供了能源，同时因为燃煤带来的污染等相关问题也得到了缓解，还大大促进了旅游、航运以及水产等相关项目的发展，在水利枢纽中水电站厂房是非常重要的组成部分之一，因此其安全性问题逐渐引起了人们的重视。
1蜗壳结构的埋设方式蜗壳结构在计算过程中往往要与某种蜗壳埋设方式相结合，现阶段我国主要采用的结构形式有三种：第一，将软垫层铺设在钢蜗壳外上部的相应范围内，然后将其外围浇筑混凝土，形成垫层蜗壳；第二，在充水保压的状态下，钢蜗壳外围浇筑了一层混凝土之后形成保压蜗壳；第三，直接将混凝土浇筑在刚蜗壳上，不设置垫层或者充水保压，混凝土和蜗壳共同承载，这样就形成了直埋蜗壳。
通过对国内外大量工程实践的总结分析可以看出，以上三种蜗壳结构形式各有优缺点，目前都有广泛的应用。
笔者认为，充分借助有限元等现代数值分析法，可以基本上解决蜗壳结构静力上存在的强度与变形等相关问题。
2厂房蜗壳动力分析的有关内容蜗壳结构的动力分析并不是利用静力分析的那套理论，必要条件下需要选取厂房整体或者一部分岩石来进行分析。
目前动力分析的研究主要集中在下面几方面：首先，弹性模量、范围选择等垫层参数对厂房整体及蜗壳局部动力特征的影响；其次，在一系列内源激烈作用的影响下，三种埋设方式的厂房蜗壳动力反应特点分析和研究；第三，直埋蜗壳因为流道内压力而引起蜗壳外围混凝土内贯穿性损伤及分裂的存在，对厂房和机组运行稳定性造成的影响等等。
通过大量实践研究发现，蜗壳的埋设方式并不会对厂房及蜗壳整体刚度带来太大的影响，也不会控制機组运行的稳定性。
3水电站厂房蜗壳结构静动力分析的主要问题分析本文以某水电站作为工程背景，针对厂房蜗壳结构展开静动力分析，通过对目前国内外研究情况的总结来看，我们可以通过以下几方面展开深入分析。
3.1垫层材料垫层材料主要应用在压力管道和蜗壳上，目前国内外已经针对其残余变形、疲劳、徐变应力性能等方面进行了较多研究，但是在机组振源、地震等动荷载影响下的动力非线性应力应变关系等方面还未开展研究。
第51卷增刊（2）2020年12月人民长江Yangtze Ｒiver Vol．51，Supplement （Ⅱ）Dec．，2020收稿日期：2020－09－19作者简介：杨航，男，助理工程师，主要从事金属结构安装监理工作。
E －mail ：iko308895@126．com文章编号：1001－4179（2020）S2－0138－05白鹤滩水电站左岸蜗壳焊接工艺解析杨航，朱新，游凯（长江三峡技术经济发展有限公司，北京100038）摘要：白鹤滩水电站水轮发电机蜗壳材料采用SX780CF 高强度钢，其合金元素含量高、屈服强度比大、碳当量较高、焊接性较差、对氢敏感存在冷裂纹倾向，焊后接头处易出现淬硬倾向，从而致使产生的淬硬组织造成母材塑性下降的问题。
为了提高蜗壳焊缝质量，经过专项研究和分析，提出了相应的措施；并通过对蜗壳焊接方法、焊材选用、焊前准备、焊接电参数、后热处理等焊接工艺进行理论分析及试验检测，确定了适宜的蜗壳焊接工艺，从而使蜗壳焊缝质量得到了保障。
关键词：焊接工艺；蜗壳焊接；水轮机；白鹤滩水电站中图法分类号：TV547．3文献标志码：ADOI ：10．16232/j．cnki．1001－4179．2020．S2．0351工程概况白鹤滩水电站作为国内在建的第一大水电工程，其左、右岸地下厂房各布置了8台单机容量为1000MW 的水轮发电机组，总装机容量为16000MW 。
由于蜗壳是极其重要的承压容器且首次大规模地在水电站工程建设中使用SX780CF 高强钢，因此为了保证蜗壳在承受巨大水压时仍能够正常工作，就必须提升蜗壳的焊缝质量，这也正是蜗壳焊接作业的难点和重中之重。
为了解决这个难题，需要通过焊接试验及进行理论分析来确定蜗壳的焊接工艺，以达到提高焊缝质量的目的。
左岸蜗壳外形尺寸为27．2m ˑ24．9m ˑ8．8m ，总重量为652t ，共分34节，单节最大尺寸为Ф8．8m ˑ4．5m （进口段），最大板厚为83mm ，最小板厚为38mm 。
