某水電站廠房大體積混凝土結構有限元計算

祝新星

（上海勘測設計研究院有限公司，上海 200434）

0 引言

尼泊爾某水電工程為引水式電站工程，位于尼泊爾那蘇瓦地區。設計發電流量為80 m3/s，裝機容量為110 MW。地下發電廠房洞室埋深約為320 m，廠內布置3臺混流式水輪機機型機組，機組間距13 m。

在廠房結構分析中，過去分別將下部大體積混凝土結構包括底板、尾水管、尾水管擴散段、蝸殼、發電機機墩、風罩等結構作為單獨構件，并簡化成平面框架結構進行計算，忽略了不同的材料屬性，結構間的相互作用和復雜邊界條件等因素的影響。隨著有限元計算的發展，有限元計算越來越多地用于廠房結構分析中。文中以尼泊爾某水電站工程的地下廠房下部結構為分析對象，結合有限元結構分析理論，應用有限元計算軟件ANSYS，建立機組段三維有限模型，對其下部大體積混凝土結構進行分析。

1 計算模型

廠房機組間距13 m，跨度15 m，主機間縱向總長度45 m。

選取廠房主機間段進行建模計算。主機間底板四周基本均與巖石接觸，除靠近安裝間部位側墻表面不施加約束外，底板其它側面均施加法向約束。底板上部蝸殼機墩風罩通過板梁與上下游柱連接，柱與巖石接觸施加法向約束。

2 計算參數及工況

2.1 基本計算參數

混凝土和巖體力學參數見下表1，混凝土的線性膨脹系數取為5.5×10-6℃-1，運行基準地震（OBE）水平加速度系數Kho=0.11g。金屬蝸殼采用保壓埋入法，金屬蝸殼與外圍混凝土之間不設墊層，蝸殼直接承受部分內水壓力。根據水壓實驗，蝸殼外部混凝土承受20%的最小凈水壓力，超出最小靜水壓力部位的水壓完全由蝸殼外圍混凝土承擔。……