水電站廠房結(jié)構(gòu)分析ppt課件

1、浙江水專國家精品課程浙江水專國家精品課程水電站水電站http:/ 水電站廠房構(gòu)造分析水電站廠房構(gòu)造分析浙江水利水電?？茖W(xué)校浙江水利水電?？茖W(xué)校2007年年7月月第一節(jié) 水電站廠房的構(gòu)造特點 水水電電站站廠廠房房的的構(gòu)構(gòu)造造組組成成及及作作用用一、水電站廠房的構(gòu)造組成及作用一、水電站廠房的構(gòu)造組成及作用(一一) 上部構(gòu)造上部構(gòu)造1、屋頂、屋頂 (1) 屋面板：隔熱、遮陽、避風(fēng)雨；屋面板：隔熱、遮陽、避風(fēng)雨； 預(yù)制鋼筋混凝土大型屋面板預(yù)制鋼筋混凝土大型屋面板+隔熱層隔熱層+防水層防水層 +維維護層護層 (2) 屋架或屋面大梁。屋架或屋面大梁。2、排架柱、排架柱(構(gòu)架構(gòu)架) 接受屋架或屋面大梁、吊車

2、梁、外墻傳來的荷載接受屋架或屋面大梁、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構(gòu)造的大和排架柱自重，并將它們傳給廠房下部構(gòu)造的大體積混凝土。體積混凝土。3、吊車梁、吊車梁 接受吊車荷載包括起吊部件在廠房內(nèi)部運轉(zhuǎn)時接受吊車荷載包括起吊部件在廠房內(nèi)部運轉(zhuǎn)時的挪動集中垂直荷載，以及吊車在起重部件時，的挪動集中垂直荷載，以及吊車在起重部件時，啟動或制動時產(chǎn)生的縱、橫向程度荷載，并將它們啟動或制動時產(chǎn)生的縱、橫向程度荷載，并將它們傳給排架柱。傳給排架柱。4、發(fā)電機層和安裝間樓板、發(fā)電機層和安裝間樓板 發(fā)電機層樓板接受著自重、機電設(shè)備靜荷載和人的發(fā)電機層樓板接受著自重、機電設(shè)備靜荷載和人的

3、活荷載，傳給梁并部分傳到廠房下部構(gòu)造的發(fā)電機活荷載，傳給梁并部分傳到廠房下部構(gòu)造的發(fā)電機機座和水輪機層的排架柱。安裝間樓板接受自重、機座和水輪機層的排架柱。安裝間樓板接受自重、檢修或安裝時機組荷載和活荷載，傳到根底。檢修或安裝時機組荷載和活荷載，傳到根底。5、圍護構(gòu)造、圍護構(gòu)造外墻。接受風(fēng)荷載，并將它傳給排架柱或壁柱。外墻。接受風(fēng)荷載，并將它傳給排架柱或壁柱?？癸L(fēng)柱。接受廠房兩端山墻傳來的風(fēng)荷載，并將它傳抗風(fēng)柱。接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根底或廠房下部構(gòu)造的大體給屋架或屋面大梁和根底或廠房下部構(gòu)造的大體積混凝土塊體。積混凝土塊體。圈梁和連系梁。接受梁上磚墻傳下的荷

4、載和自重，并圈梁和連系梁。接受梁上磚墻傳下的荷載和自重，并傳給排架柱或壁柱。傳給排架柱或壁柱。 1、發(fā)電機機墩、發(fā)電機機墩 接受從發(fā)電機層樓板傳來的荷載和水輪發(fā)電機組等設(shè)備分量、接受從發(fā)電機層樓板傳來的荷載和水輪發(fā)電機組等設(shè)備分量、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?；炷?。 2、蝸殼和水輪機座環(huán)固定導(dǎo)葉、蝸殼和水輪機座環(huán)固定導(dǎo)葉 將機墩傳下來的荷載經(jīng)過座環(huán)傳到尾水管上，另外水輪機層的將機墩傳下來的荷載經(jīng)過座環(huán)傳到尾水管上，另外水輪機層的設(shè)備分量和活荷載經(jīng)過蝸殼頂板也傳到尾水管。設(shè)備分量和活荷載經(jīng)過蝸殼頂板也傳到尾

5、水管。 3、尾水管、尾水管 接受水輪機座環(huán)和蝸殼頂板傳來的荷載，經(jīng)尾水管框架尾水接受水輪機座環(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)成的構(gòu)造再傳到根底上。管頂板、閘墩、邊墩和底板構(gòu)成的構(gòu)造再傳到根底上。(二二)、下部構(gòu)造、下部構(gòu)造二、廠房的受力和傳力系統(tǒng)二、廠房的受力和傳力系統(tǒng)(一一) 廠房主要荷載廠房主要荷載廠房構(gòu)造自重，壓力水管、蝸殼及尾水管內(nèi)水重；廠房構(gòu)造自重，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；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、蝸殼及尾水靜水壓力：尾水壓力，基底揚壓力，壓力水管、

6、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；壓力；廠房周圍的土壓力；廠房周圍的土壓力；活荷載：吊車運輸荷載，人群荷載及運輸工具荷載；活荷載：吊車運輸荷載，人群荷載及運輸工具荷載；溫度荷載；溫度荷載； 風(fēng)荷載；風(fēng)荷載；雪荷載；雪荷載； 嚴(yán)寒地域的冰壓力；嚴(yán)寒地域的冰壓力；地震力。地震力。( (二二) ) 廠房的傳力系統(tǒng)廠房的傳力系統(tǒng)屋面板大 梁吊車+起吊物吊車梁磚墻過梁(聯(lián)系梁)各層樓板梁發(fā)電機+水輪機機座蝸殼外圍座環(huán)塊體結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)三、廠房混凝土澆筑的分期和分塊三、廠房混凝土澆筑的分期和分塊 1. 廠房混凝土澆筑的分期廠房混凝土

7、澆筑的分期分期目的：機組到貨普通均遲于土建施工期，為了順應(yīng)機分期目的：機組到貨普通均遲于土建施工期，為了順應(yīng)機組安裝要求，混凝土需求分期澆筑，稱為一期和二期混組安裝要求，混凝土需求分期澆筑，稱為一期和二期混凝土。凝土。一期混凝土：底板、尾水管、尾水閘墩、尾程度臺、混凝一期混凝土：底板、尾水管、尾水閘墩、尾程度臺、混凝土蝸殼外的混凝土、上下游邊墻、廠房構(gòu)架、吊車梁、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，以便利用吊車進展機部分樓板等，在施工時先期澆筑，以便利用吊車進展機組安裝。組安裝。二期混凝土：等到機組和有關(guān)設(shè)備到貨后、尾水管圓錐鋼二期混凝土：等到機組和有

8、關(guān)設(shè)備到貨后、尾水管圓錐鋼板內(nèi)襯和金屬蝸殼安裝終了后，再進展?jié)仓６诨炷鍍?nèi)襯和金屬蝸殼安裝終了后，再進展?jié)仓６诨炷涟ń饘傥仛ね獾牟糠只炷?、尾水管直錐段外包混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。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、分塊混凝土澆筑分層、分塊v水電站廠房水下部分的混凝土屬于大體積塊體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，構(gòu)造幾何外混凝土。其特點是現(xiàn)場澆筑量大，構(gòu)造幾何外形復(fù)雜，根底高差大，對裂痕要求嚴(yán)厲。形復(fù)雜，根底高差大，對裂痕要求嚴(yán)厲。v由于受混凝土澆

9、筑才干的限制和為了順應(yīng)廠房由于受混凝土澆筑才干的限制和為了順應(yīng)廠房外形的變化，每期混凝土要分層分塊澆筑。外形的變化，每期混凝土要分層分塊澆筑。v混凝土澆筑分層、分塊是為了便于施工和保證混凝土澆筑分層、分塊是為了便于施工和保證工程質(zhì)量。工程質(zhì)量。四、廠房構(gòu)造的分縫和止水四、廠房構(gòu)造的分縫和止水 1分縫分縫 (1) 沉降伸縮縫沉降伸縮縫為防止廠房地基不均勻沉陷，為防止廠房地基不均勻沉陷，減小下部構(gòu)造受根底約束產(chǎn)生的溫度和干縮應(yīng)力，減小下部構(gòu)造受根底約束產(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沿廠房長度方向設(shè)置的伸縮縫和沉降縫(永久縫永久縫)。 特點：普通都是貫穿至地基，只在地基相當(dāng)

10、好時，特點：普通都是貫穿至地基，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)一道貫穿地基的沉降伸縮縫?？p設(shè)一道貫穿地基的沉降伸縮縫。 (2施工縫施工縫根據(jù)施工條件設(shè)置的混凝土澆筑縫根據(jù)施工條件設(shè)置的混凝土澆筑縫(暫時縫暫時縫)。 巖基上大型廠房通常一臺機組段設(shè)一永久縫，中小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型水電站可增至23臺機組設(shè)一條永久縫。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，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。由于荷載懸殊，需設(shè)沉降縫。壩后式廠

11、房的廠壩之間常沿整個廠房的上游外側(cè)設(shè)壩后式廠房的廠壩之間常沿整個廠房的上游外側(cè)設(shè)一條貫穿地基的縱縫。一條貫穿地基的縱縫。永久縫的寬度普通為永久縫的寬度普通為12cm，軟基上可寬一些，但不，軟基上可寬一些，但不超越超越6cm。 2止水止水廠房水上部分的永久縫中常填充一定彈性的防滲、防廠房水上部分的永久縫中常填充一定彈性的防滲、防水資料，以防止在施工或運轉(zhuǎn)中被泥沙或雜物填死水資料，以防止在施工或運轉(zhuǎn)中被泥沙或雜物填死和風(fēng)雨對廠房內(nèi)部的侵襲。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。漏，重

12、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、構(gòu)造特點、地基特性止水布置主要取決于廠房類型、構(gòu)造特點、地基特性等，應(yīng)采用可靠、耐久而經(jīng)濟的止水型式。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v廠房整體穩(wěn)定和地基應(yīng)力計算的內(nèi)容普通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。v廠房在運轉(zhuǎn)、施工和檢修期間，在抗滑、抗傾與抗浮方面必需有足夠的平安系數(shù)，以保證廠房的整體穩(wěn)定性。廠房地基應(yīng)力必需滿足承載才干的要求，不允許發(fā)生有害的不均勻沉陷。v河床式廠房本身是擋水建筑物，廠房地基內(nèi)部存在脆弱層面時，還應(yīng)進展深層抗滑穩(wěn)定計算。v河床式廠房直接接受上游水壓

13、力，在確定地下輪廓線、校核整體穩(wěn)定性和地基應(yīng)力時，根本原那么與混凝土重力壩及水閘類似。但因廠房機電設(shè)備多，構(gòu)造外形復(fù)雜，故必需以兩個永久縫之間或一個機組段長度為計算單元，進展穩(wěn)定分析和地基應(yīng)力計算時，不能取單寬進展計算。v廠房有大量的二期混凝土，并能夠有分期安裝問題，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根本荷載：1廠房構(gòu)造及永久設(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)時機較多的荷

14、載。 2特殊荷載：1校核洪水位或檢修水位情況下的靜水壓力；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)時機較少的荷載。注：作用在廠房上的靜水壓力應(yīng)根據(jù)廠房在不同的運轉(zhuǎn)工況下的上、下游水位確定。(二)、荷載組合荷 載 類 別 荷載組合 計算 情況 水 位 選 取 結(jié)構(gòu)自重 永久設(shè)備重 回填土石 重 水 重 靜水壓力 揚壓力 浪壓力 泥沙壓力 土壓力 冰壓力 地震力 a1 上游正常蓄水位和下游最低水位 a2 上游設(shè)計洪水位和下游相應(yīng)水位 基 本組合 正常 運行 b 下游設(shè)計洪水位 a 上游正常蓄水位和下游檢修水位 機組 檢修 b 下游

15、檢修水位 a 上游正常蓄水位或設(shè)計洪水位和下游相應(yīng)水位 機組未安裝 b 下游設(shè)計洪水位 a 上游校核洪水位和下游校核洪水位 非常 運行 b 下游校核洪水位 a 上游正常蓄水位和下游最低水位 特 殊 組 合 地震 情況 b 下游滿載運行水位 注：表中注：表中a適用于河床廠房，適用于河床廠房，b適用于壩后和引水廠房。適用于壩后和引水廠房。 v廠房整體穩(wěn)定分析的荷載組合可按上頁表采用。v廠房穩(wěn)定和地基應(yīng)力計算要思索廠房施工、運轉(zhuǎn)和擴展檢修期的各種不利情況。v1正常運轉(zhuǎn)v對河床廠房來說，a1組合情況下廠房接受的水頭最大；a2組合情況下?lián)P壓力最大，對穩(wěn)定不利。v對壩后式廠房和引水式廠房來說，引起穩(wěn)定問題

16、的程度荷載為下游水壓力，因此正常運轉(zhuǎn)情況中取下游設(shè)計洪水位進展組合。 2機組檢修 河床式廠房機組檢修情況下機組設(shè)備重不思索，廠房接受的水頭大，而廠房的分量輕，只需構(gòu)造自重和水重，對穩(wěn)定不利。3機組未安裝 廠房施工普通是先完成一期混凝土澆筑和上部構(gòu)造，以后順序逐臺安裝機組并澆筑二期混凝土，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，所以要進展機組未安裝時的穩(wěn)定計算。在這種計算情況中，二期混凝土和設(shè)備重不計，廠房分量最輕，而廠房曾經(jīng)接受水壓，對抗滑和抗浮不利。 4廠房根底設(shè)有排水孔時，特殊組合中還要思索排水失效的情況。二、計算方法和要求 v廠房整體穩(wěn)定和地基應(yīng)力計算應(yīng)以中間機組段、

17、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，按荷載組合分別進展。載組合分別進展。v邊機組段和安裝間段，除上下游水壓力作用外，邊機組段和安裝間段，除上下游水壓力作用外，還能夠受側(cè)向水壓力的作用，所以必需核算雙向還能夠受側(cè)向水壓力的作用，所以必需核算雙向水壓力作用下的整體穩(wěn)定性和地基應(yīng)力。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)定平安系數(shù)； f ，C 滑動面的抗剪斷摩擦系數(shù)及抗剪斷粘結(jié)力； A

18、根底面受壓部分的計算面積； W 全部荷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。 PACWfK2抗剪強度計算公式 式中K按抗剪強度計算的抗滑穩(wěn)定平安系數(shù)； f 滑動面的抗剪摩擦系數(shù)。 巖基廠房整體抗滑穩(wěn)定的平安系數(shù)不分等級，按表選用。 PWfK 抗滑穩(wěn)定平安系數(shù)荷 載 組 合基 本 組 合特 殊 組 合無 地 震有 地 震K1.101.051.00K3.002.502.30(二二) 抗浮穩(wěn)定性計算抗浮穩(wěn)定性計算 廠房抗浮穩(wěn)定性可按下式計算 式中 Kf 抗浮穩(wěn)定平安系數(shù)； W 機組段的全部分量，kN； U 作用于機組段的揚壓力總和，kN。 根據(jù)，抗浮穩(wěn)定平安系數(shù)Kf

19、 在任何計算情況下不得小于1.1。 UWKf(三) 地基應(yīng)力計算1計算方法計算方法廠房地基面上的法向應(yīng)力，可按下式計算廠房地基面上的法向應(yīng)力，可按下式計算 式中式中 廠基面垂直正應(yīng)力，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，全部荷載在廠基面上的法向分力總和，kN； Mx，My對計算截面形心軸對計算截面形心軸x、y的力矩總和，的力矩總和，kN.m； x、y 計算截面上恣意點至形心軸的間隔，計算截面上恣意點至形心軸的間隔，m； Jx， Jy計算截面對形心軸計算截面對形心軸x、y軸的慣性矩，軸的慣性矩，m4； A廠基面計算截面積，廠基面計算截面積，m2。yyxxJxMJyM

20、AW2計算要求計算要求v廠房地基面上接受的最大垂直正應(yīng)力，不論是何種型式的廠房地基面上接受的最大垂直正應(yīng)力，不論是何種型式的廠房，在任何情況下均不應(yīng)超越地基允許承載力，在地震廠房，在任何情況下均不應(yīng)超越地基允許承載力，在地震情況下地基允許承載力可適當(dāng)提高。情況下地基允許承載力可適當(dāng)提高。v廠房地基面上接受的最小垂直正應(yīng)力廠房地基面上接受的最小垂直正應(yīng)力(計入揚壓力計入揚壓力)應(yīng)滿足應(yīng)滿足以下條件：以下條件：v對于河床式廠房，除地震情況外都應(yīng)大于零，在地震情況對于河床式廠房，除地震情況外都應(yīng)大于零，在地震情況允許出現(xiàn)不大于允許出現(xiàn)不大于0.1MPa的拉應(yīng)力。的拉應(yīng)力。v對于壩后式和引水式廠房，正

21、常運轉(zhuǎn)情況下，普通應(yīng)大于對于壩后式和引水式廠房，正常運轉(zhuǎn)情況下，普通應(yīng)大于零；機組檢修、機組未安裝及非常運轉(zhuǎn)情況下，允許出現(xiàn)零；機組檢修、機組未安裝及非常運轉(zhuǎn)情況下，允許出現(xiàn)不大于不大于0.10.2MPa的部分拉應(yīng)力。地震情況下，如出現(xiàn)大的部分拉應(yīng)力。地震情況下，如出現(xiàn)大于于0.2MPa的拉應(yīng)力，應(yīng)進展專門論證。的拉應(yīng)力，應(yīng)進展專門論證。v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?；胁扇》罎B和排水措施。 第二節(jié) 發(fā)電機支承構(gòu)造一、發(fā)電機支承構(gòu)造立式水輪發(fā)電機的支承構(gòu)造是機墩(機座)，接受著宏大的靜、動荷載，必需

22、具有足夠的剛度、強度、穩(wěn)定性和耐久性。本節(jié)主要引見圓筒式機墩。v 發(fā)電機層樓板與圓筒式機墩或風(fēng)罩的銜接方式：發(fā)電機層樓板與圓筒式機墩或風(fēng)罩的銜接方式：v 整體式。其抗扭、抗程度推力的剛度較高，受力整體式。其抗扭、抗程度推力的剛度較高，受力情況較好，是運用最多的一種型式。但這種型式情況較好，是運用最多的一種型式。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)生裂會因混凝土的收縮及機墩的振動而使樓板發(fā)生裂痕。痕。v 簡支式。有利于采用預(yù)制構(gòu)件，并在機墩處設(shè)置簡支式。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，彈性防振墊層，以減輕樓板受機墩振動的影響，銜接構(gòu)造復(fù)雜些

23、，又不能加強機墩的剛度，運用銜接構(gòu)造復(fù)雜些，又不能加強機墩的剛度，運用不廣。不廣。v 分別式。樓板與機墩自成獨立的受力系統(tǒng)，互不分別式。樓板與機墩自成獨立的受力系統(tǒng)，互不影響，樓板上的荷載經(jīng)過梁柱系統(tǒng)直接傳給根底，影響，樓板上的荷載經(jīng)過梁柱系統(tǒng)直接傳給根底，樓板不受機墩振動的影響。樓板不受機墩振動的影響。 (c) 機墩與樓板分別式銜接 ( 1. 樓板 2. 機墩或風(fēng)罩 3. 次梁) (a) 機墩與樓板整體式銜接 (b) 機墩與樓板簡支式銜接 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二、作用在機墩上的荷載及其組合 v 垂直靜荷載A1

24、。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，定子根底板重，下支架在頂起轉(zhuǎn)子時的負荷。這些荷載經(jīng)過定子根底板作用于機墩。v 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。經(jīng)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)由廠房上部構(gòu)造計算得出。機組部分分量和軸向水推力資料應(yīng)由制造廠家提供。v 程度動荷載A3。由于發(fā)電機轉(zhuǎn)子中心的偏心距e，機組在運轉(zhuǎn)中所產(chǎn)生的慣性離心力，從而引起機墩的振動離心力。經(jīng)過導(dǎo)軸承傳給機墩。 v 扭矩荷載A4。轉(zhuǎn)子磁場對定子磁場的引力遭到切向力的作用，經(jīng)過機墩根底板的固定螺栓構(gòu)成

25、機墩扭矩。 v 荷載組合荷載組合計算情況荷 載 名 稱A1A2A3A4正常飛逸正常短路根本組合正常運轉(zhuǎn)特殊組合1短路時2飛逸時三、圓筒式機墩的構(gòu)造計算v按上端自在按上端自在(不計發(fā)電機層樓板的剛度不計發(fā)電機層樓板的剛度)下端固結(jié)下端固結(jié)于蝸殼頂蓋上于蝸殼頂蓋上(矮機墩除外矮機墩除外)的等截面圓筒計算。的等截面圓筒計算。 v作用在機墩上的荷載，可按均布荷載計算，即按作用在機墩上的荷載，可按均布荷載計算，即按實踐作用位置分別換算為沿相當(dāng)圓筒中心圓周上實踐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。的垂直均布靜、動荷載，作用于機墩截面形心。 v在靜力計算進展強度校

26、核時，除軸向水壓力外，在靜力計算進展強度校核時，除軸向水壓力外，一切靜動荷載均乘以一切靜動荷載均乘以1.31.5的動力系數(shù)。的動力系數(shù)。1、動力計算、動力計算機墩動力計算目的是：機墩動力計算目的是：校核機墩否會產(chǎn)生共振景象；校核機墩否會產(chǎn)生共振景象；驗算振幅能否在允許范圍內(nèi)；驗算振幅能否在允許范圍內(nèi)；核算動力系數(shù)核算動力系數(shù)(為靜力計算所用為靜力計算所用)。機墩自振頻率的計算通常簡化為單自在度體系的振動，機墩自振頻率的計算通常簡化為單自在度體系的振動，將機墩圓筒本身的分量，用一個作用于筒頂?shù)募瘜C墩圓筒本身的分量，用一個作用于筒頂?shù)募匈|(zhì)量中質(zhì)量(相當(dāng)質(zhì)量相當(dāng)質(zhì)量)來替代。來替代。在計算自振頻

27、率和動力系數(shù)中，假定為無阻尼作用，在計算自振頻率和動力系數(shù)中，假定為無阻尼作用，并以為機墩振動是在彈性范圍內(nèi)做微幅振動。并以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)容動力計算的內(nèi)容v 自振頻率計算自振頻率計算v 垂直自振、程度橫向自振和程度改動三種自振頻垂直自振、程度橫向自振和程度改動三種自振頻率率v 機組強迫振動頻率機組強迫振動頻率v 由機組轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡產(chǎn)生的強迫振動，其頻率由機組轉(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)等于機組每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)程度振動程度振動v 由水力沖擊產(chǎn)生的強迫振動，其頻率等于導(dǎo)葉葉由水力沖擊產(chǎn)生的強迫振動，其頻率等于導(dǎo)葉葉片與轉(zhuǎn)輪葉片在運動中的相互交

28、會次數(shù)片與轉(zhuǎn)輪葉片在運動中的相互交會次數(shù)豎向振豎向振動動v 共振校核共振校核v 機墩的自振頻率與強迫振動頻率之差和自振頻率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)大于之比應(yīng)大于20%30%。v 振幅計算振幅計算v 包括垂直振幅、程度振幅和改動振幅包括垂直振幅、程度振幅和改動振幅v 振幅校核規(guī)范振幅校核規(guī)范v 垂直振幅垂直振幅A10.100.15mmv 程度振幅程度振幅(包括改動包括改動)A2+A30.150.20mmv 動力系數(shù)的核算動力系數(shù)的核算v 在機墩構(gòu)造計算時，將動荷載乘以動力系數(shù)當(dāng)成在機墩構(gòu)造計算時，將動荷載乘以動力系數(shù)當(dāng)成靜荷載計算，設(shè)計中靜荷載計算，設(shè)計中值普通采用值普通

29、采用1.31.5。v 計算出的計算出的值假設(shè)小于值假設(shè)小于1.31.5時，仍采用時，仍采用1.31.5。 2、靜力計算、靜力計算v按上端自在按上端自在(不計發(fā)電機層樓板的剛度不計發(fā)電機層樓板的剛度)下端固結(jié)于蝸殼下端固結(jié)于蝸殼頂蓋上頂蓋上(矮機墩除外矮機墩除外)的等截面圓筒計算。的等截面圓筒計算。v作用在機墩上的荷載，可按均布荷載計算，即按實踐作用在機墩上的荷載，可按均布荷載計算，即按實踐作用位置分別換算為沿相當(dāng)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圓筒中心圓周上的垂直均布靜、動荷載，作用于機墩截靜、動荷載，作用于機墩截面形心。面形心。 v根據(jù)力的平移法那么，將全部根據(jù)力的平移法那么

30、，將全部垂直荷載簡化為作用在圓筒垂直荷載簡化為作用在圓筒截面中和軸上的軸力截面中和軸上的軸力P和它和它對中和軸的彎矩對中和軸的彎矩M。 靜力計算的內(nèi)容v內(nèi)力計算：內(nèi)力計算：v當(dāng)圓筒較矮厚，即圓筒高度當(dāng)圓筒較矮厚，即圓筒高度L/時，可按整體時，可按整體薄壁長圓筒計算。薄壁長圓筒計算。v各截面的垂直應(yīng)力分布各截面的垂直應(yīng)力分布v求得截面的內(nèi)力后，可按偏心受壓構(gòu)件的計算公求得截面的內(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。式求各截面的垂直應(yīng)力分布。v扭矩及程度離心力作用下剪應(yīng)力計算扭矩及程度離心力作用下剪應(yīng)力計算v強度校核。按第三強度實際進展校核。強度校核。按第三強度實際進展校核。四

31、、圓筒式機墩配筋四、圓筒式機墩配筋v 圓筒式機墩沿圓筒圓周配置豎向鋼筋、程度環(huán)向鋼筋、孔圓筒式機墩沿圓筒圓周配置豎向鋼筋、程度環(huán)向鋼筋、孔口鋼筋，普通不布置斜向鋼筋?？阡摻睿胀ú徊贾眯毕蜾摻?。v 豎向受力筋應(yīng)按偏心受壓柱計算確定。直徑不小于豎向受力筋應(yīng)按偏心受壓柱計算確定。直徑不小于16mm，間距不大于間距不大于30cm，沿內(nèi)外壁各布置一層，兼作架立筋。，沿內(nèi)外壁各布置一層，兼作架立筋。v 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)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)向力作用。由于機墩程度環(huán)向截面大，環(huán)向應(yīng)力相對較環(huán)向力作用。由于機墩程度環(huán)向截面大，環(huán)向應(yīng)力相對較小，

32、普通均按構(gòu)造配筋。直徑不小于小，普通均按構(gòu)造配筋。直徑不小于12mm，間距不大于，間距不大于30cm。v 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，直徑筋，直徑1016mm，間距不大于，間距不大于1015cm；小孔孔邊配適；小孔孔邊配適量的鋼筋。量的鋼筋。五、風(fēng)罩墻的構(gòu)造計算五、風(fēng)罩墻的構(gòu)造計算v 計算模型簡化計算模型簡化v 當(dāng)風(fēng)罩墻半徑與壁厚之比當(dāng)風(fēng)罩墻半徑與壁厚之比(R/)大于大于10，并且高度較大時，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)，頂部自在或徑可按有限長的薄壁圓筒公式計算，底部固結(jié)，頂部自在或徑向簡支；

33、向簡支；v 當(dāng)開孔較多且尺寸較大，破壞圓筒整體性時，按圓周上為單當(dāng)開孔較多且尺寸較大，破壞圓筒整體性時，按圓周上為單寬的豎向梁計算，底部固結(jié)，頂部采用自在、鉸支、固接或?qū)挼呢Q向梁計算，底部固結(jié)，頂部采用自在、鉸支、固接或與發(fā)電機層樓板剛結(jié)，風(fēng)罩墻與發(fā)電機層樓板一同按與發(fā)電機層樓板剛結(jié)，風(fēng)罩墻與發(fā)電機層樓板一同按型框型框架計算，但環(huán)向要適當(dāng)布筋加強。架計算，但環(huán)向要適當(dāng)布筋加強。v 荷載荷載v 構(gòu)造自重；發(fā)電機層樓板傳來的荷載；發(fā)電機上支架千斤頂構(gòu)造自重；發(fā)電機層樓板傳來的荷載；發(fā)電機上支架千斤頂程度推力；發(fā)電機產(chǎn)生短路扭矩時，發(fā)電機層樓板施于風(fēng)罩程度推力；發(fā)電機產(chǎn)生短路扭矩時，發(fā)電機層樓板施于

34、風(fēng)罩的約束扭矩；溫度應(yīng)力。的約束扭矩；溫度應(yīng)力。 v內(nèi)力計算及配筋v根據(jù)計算出的縱向彎矩、程度徑向剪力、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。v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)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，并用程度徑向剪力校核風(fēng)罩墻程度截面的抗剪強度。 第三節(jié)第三節(jié) 蝸殼構(gòu)造計算蝸殼構(gòu)造計算一、鋼蝸殼外圍混凝土構(gòu)造計算一、鋼蝸殼外圍混凝土構(gòu)造計算v 構(gòu)造方法構(gòu)造方法v 在蝸殼上半部與外圍混凝土之間應(yīng)設(shè)在蝸殼上半部與外圍混凝土之間應(yīng)設(shè)24層總厚為層總厚為24cm左右的瀝青油毛氈或軟木瑪締脂等彈性墊層，左右的瀝青油毛氈或軟木瑪締脂等彈性墊

35、層，使二者相互分別，受力互不傳送。使二者相互分別，受力互不傳送。v 鋼蝸殼承當(dāng)全部內(nèi)水壓力，外圍混凝土構(gòu)造承當(dāng)上鋼蝸殼承當(dāng)全部內(nèi)水壓力，外圍混凝土構(gòu)造承當(dāng)上部構(gòu)造傳來的荷載及自重。部構(gòu)造傳來的荷載及自重。v 主要針對蝸殼中心線以上的外圍混凝土構(gòu)造，蝸殼主要針對蝸殼中心線以上的外圍混凝土構(gòu)造，蝸殼中心線以下部分混凝土與下部塊體構(gòu)造整體澆筑，中心線以下部分混凝土與下部塊體構(gòu)造整體澆筑，不用計算。不用計算。v 金屬蝸殼與外圍混凝土之間不設(shè)墊層時，外圍混凝金屬蝸殼與外圍混凝土之間不設(shè)墊層時，外圍混凝土構(gòu)造除接受構(gòu)造自重和外荷載外，還要接受部分土構(gòu)造除接受構(gòu)造自重和外荷載外，還要接受部分內(nèi)水壓力。內(nèi)水壓

36、力。 v 荷載荷載v 構(gòu)造自重構(gòu)造自重A1。v 機墩傳來的荷載機墩傳來的荷載A2。機墩靜力計算中求出的底面正應(yīng)。機墩靜力計算中求出的底面正應(yīng)力假定為直線分布。力假定為直線分布。v 水輪機層地面活荷載水輪機層地面活荷載A3。參考實踐工程資料確定。參考實踐工程資料確定。v 內(nèi)水壓力內(nèi)水壓力(包括水擊壓力包括水擊壓力)A4 。v 外水壓力外水壓力A5。v 溫度影響力溫度影響力A6。 3. 3. 荷載組合荷載組合蝸 殼 型 式荷 載 組 合荷 載 名 稱A1A2 A3 A4 A5 A6金屬蝸殼外圍混凝土基 本 組 合鋼筋混凝土蝸殼基 本 組 合特殊組合正常運轉(zhuǎn)+溫度影響力蝸殼放空校核洪水位運轉(zhuǎn)4. 計

37、算模型計算模型1機墩機墩 2座環(huán)座環(huán) 3彈性墊層彈性墊層 4外墻外墻5二期混凝土二期混凝土 6一期混凝土一期混凝土 7剛性結(jié)點剛性結(jié)點 8圓拱圓拱計算模型計算模型v蝸殼外圍構(gòu)造的一、二期混凝土間易構(gòu)成冷縫，故蝸殼外圍構(gòu)造的一、二期混凝土間易構(gòu)成冷縫，故形剛架截面厚度僅思索二期混凝的厚度。形剛架截面厚度僅思索二期混凝的厚度。v計算簡圖的選取以桿件曲面中心軸線為準(zhǔn)。計算簡圖的選取以桿件曲面中心軸線為準(zhǔn)。v當(dāng)桿件截面厚度較小，截面最小高度當(dāng)桿件截面厚度較小，截面最小高度h與計算跨度與計算跨度L之比之比h/Ll/5或蝸殼尺寸很小時，可忽略結(jié)點寬或蝸殼尺寸很小時，可忽略結(jié)點寬度和剪切變形影響，按普通度和

38、剪切變形影響，按普通形剛架計算。形剛架計算。v當(dāng)桿件截面厚度很大，當(dāng)桿件截面厚度很大，h/Ll/5時，應(yīng)思索結(jié)點剛時，應(yīng)思索結(jié)點剛度和剪力引起的剪切變形對構(gòu)造內(nèi)力的影響，可將度和剪力引起的剪切變形對構(gòu)造內(nèi)力的影響，可將結(jié)點寬度范圍內(nèi)的桿件用剛性桿段替代，如圖結(jié)點寬度范圍內(nèi)的桿件用剛性桿段替代，如圖(b)所示。所示。v為簡化計算，可按桿件中心線長度為簡化計算，可按桿件中心線長度L及及h構(gòu)成的構(gòu)成的形形剛架計算跨中彎矩，用凈跨長剛架計算跨中彎矩，用凈跨長L1及及h1構(gòu)成的構(gòu)成的形剛形剛架計算結(jié)點彎矩。架計算結(jié)點彎矩。v初步估其時也可按凈跨初步估其時也可按凈跨L1及及h1構(gòu)成的構(gòu)成的形剛架計算形剛架

39、計算內(nèi)力，不思索剛性桿段作用。內(nèi)力，不思索剛性桿段作用。v假設(shè)蝸殼邊墻較厚，或相鄰兩機組段之間不設(shè)永久假設(shè)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性變形縫，蝸殼邊墻剛度比頂板剛度大8倍以上時，倍以上時，可思索按一端鉸接于座環(huán)，另一端固接于邊墻的梁可思索按一端鉸接于座環(huán)，另一端固接于邊墻的梁或圓拱計算，如圖或圓拱計算，如圖(c)所示。所示。 5、內(nèi)力計算及配筋原那么、內(nèi)力計算及配筋原那么v內(nèi)力計算：用構(gòu)造力學(xué)方法求出桿件內(nèi)力。內(nèi)力計算：用構(gòu)造力學(xué)方法求出桿件內(nèi)力。v配筋：配筋：v用用形剛架計算內(nèi)力不很合理，普通除進口斷面按計形剛架計算內(nèi)力不很合理，普通除進口斷面

40、按計算配筋外，其他部位可采用計算值的算配筋外，其他部位可采用計算值的80%配筋或按配筋或按構(gòu)造配筋。構(gòu)造配筋。v蝸殼頂板按受彎構(gòu)件配筋。受力筋徑向輻射等距布蝸殼頂板按受彎構(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，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)伸出邊墻外周邊但切斷點應(yīng)伸出邊墻外周邊30d以上。下層鋼筋可沿以上。下層鋼筋可沿金屬蝸殼外表整環(huán)布置，兩端與座環(huán)焊接。金屬蝸殼外表整環(huán)布置，兩端與座環(huán)焊接。5、內(nèi)力計算及配筋原那么n計算時不計程度環(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2030cm。n蝸

41、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1216mm，間距不大于2030cm。n外圍混凝土構(gòu)造不需驗算斜截面強度?；炷猎试S開裂，但應(yīng)驗算裂痕開展寬度。 圖圖12-14 金屬蝸殼外圍混凝土構(gòu)造配筋圖金屬蝸殼外圍混凝土構(gòu)造配筋圖1-程度環(huán)向構(gòu)造溫度筋程度環(huán)向構(gòu)造溫度筋 2-徑向受力筋等差切斷徑向受力筋等差切斷 3- 徑向受力筋沿蝸殼外表整環(huán)布置徑向受力筋沿蝸殼外表整環(huán)布置 4- 程度環(huán)向構(gòu)造溫度鋼筋程度環(huán)向構(gòu)造溫度鋼筋二、鋼筋混凝土蝸殼二、鋼筋混凝土蝸殼1側(cè)墻側(cè)墻 2 尾水錐體尾水錐體 3 下游壓力墻下游壓力墻 4 進口底板進口底板 5 排架柱排架柱 6 環(huán)形薄墻環(huán)

42、形薄墻 7 機墩機墩 8 頂板頂板 v 荷載及荷載組合v 與金屬蝸殼外圍混凝土構(gòu)造一樣。v 內(nèi)力計算v 是一個整體性的空間構(gòu)造，只需用三維有限元法才干求出蝸殼構(gòu)造的整體應(yīng)力形狀。v 目前設(shè)計中沿用的根本方法有構(gòu)造力學(xué)法或彈性實際方法，對大型廠房運用三維有限元計算蝸殼構(gòu)造內(nèi)力。(1)、構(gòu)造力學(xué)法平面框架法 v 簡化為平面框架計算，可利用構(gòu)造力學(xué)常用圖表計算。簡化為平面框架計算，可利用構(gòu)造力學(xué)常用圖表計算。方法與金屬蝸殼外圍混凝土構(gòu)造一樣。宜于中小型機組方法與金屬蝸殼外圍混凝土構(gòu)造一樣。宜于中小型機組采用。采用。v進口段。沿水流方向切取單寬橫截面，按固結(jié)于底板的進口段。沿水流方向切取單寬橫截面，按固