橄欖壩航電樞紐閘室應力狀態研究

畢 靜

（中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明 650051）

橄欖壩河床式電站，主要由泄洪沖沙閘，河床廠房、船閘、魚道等主要建筑物組成，壩頂總長469.5m，最大壩高60.5m。泄洪沖沙閘布置在河床右側主河槽，由3孔泄水沖沙閘和6孔泄洪閘組成，由隔墻分為3個獨立的泄洪消能區，泄洪閘和沖沙閘采用寬頂堰型式過流，孔口尺寸為15m×19m（寬×高）。

閘墩上主排架高25.2m，上部啟閉機室高6.8m，設置六根1.8m×1.8m的柱，啟閉機室底板主梁為1.4m×1.8m主排架下部共分四層，設置三道圈梁，順河向梁1.4m×1.8m，橫河向梁 1.4m ×1.8m。最下一層高程為EL.563.00m只布置橫河向的梁。

1 有限元計算

1.1 計算模型

選取泄水閘壩段作為典型壩段，對地基、閘墩及上部結構整體建立三維有限元分析模型，進行整體三維有限單元法的結構靜動力分析。在動力有限元分析中，閘門和閘墩處的動水效應按照水體不可壓縮假定，將地震動水壓力用韋斯特伽特公式折算為附加質量［1］。考慮到整體計算模型中，閘墩和上部結構的剛度特性，同時考慮順河向水平地震作用和豎向地震作用。

為避免塊體單元和桿單元的連接處理對結果的影響，上部框架用塊體單元計算，中間主框架的柱橫截面劃分成5×5個單元，兩側副框架的柱橫截面劃分成4×4個單元，橫河向頂梁橫截面劃分成2×3個單元，其它梁橫截面劃分成2×2個單元。總單元數為74125個，總節點數為88863個。

1.2 計算荷載及工況

本次計算主要研究正常蓄水位+地震組合工況下

圖1 閘墩有限元計算模型

閘墩及排架的受力情況，以正常蓄水位+地震工況為主要計算工況，取正常蓄水位工況作為對比工況。

計算荷載主要包括：

1）混凝土自重；2）閘門及啟閉機自重；3）正常蓄水位工況時，上、下游壩面及閘體受的靜水壓力；4）揚壓力；5）地震荷載（0.22g）。

不同工況下泄水閘計算荷載組合列如表1。

表1 各種工況下閘墩計算荷載組合表

1.3 計算成果

各個工況下閘墩的最大應力見表2，上部排架最大應力見表3。

在正常蓄水位工況下，閘壩壩段除閘墩頂部和門槽處產生了不利的拉應力集中外，其余位置基本均處于壓應力狀態。正常蓄水位工況下，閘墩順河向最大拉應力出現在閘墩下游頂部。最大壓應力在閘墩下游底部。橫河向最大應力出現在閘底板，最大壓應力在閘墩下游底部。豎直向最大拉應力在閘墩下游頂部，最大壓應力在閘墩下游底部［2］。

表2 各種工況下閘墩應力最大值

表3 各種工況下排架應力最大值

正常+地震工況下，閘墩順河向最大拉應力出現在閘墩頂部下游檢修門槽消弱部位，分布范圍很小。最大壓應力在閘墩下游底部與底板交接處。橫河向最大應力出現在下游閘底板，最大壓應力在閘墩下游底部。豎直向最大拉應力在閘墩上游底部，最大壓應力在閘墩下游底部。

正常蓄水位工況下，上部排架順河向最大拉應力出現在啟閉機室底板順河向邊梁與上游立柱結合處上部，最大壓應力出現在啟閉室底板順河向邊梁與上游立柱結合處下部。橫河向最大拉應力出現在啟閉機室底板上游橫河向邊梁端部上側，最大壓應力出現在啟閉機室底板上游橫河向邊梁中部上側。豎直向最大拉應力出現在上游邊立柱與啟閉機室底板橫河向邊梁結合處上部，最大壓應力出現在上游邊立柱與啟閉機室底板橫河向邊梁結合處下部。

正常+地震工況下，上部排架順河向最大拉應力出現在排架底層順河向邊梁與上游邊立柱結合處下部，最大壓應力出現在排架底層順河向邊梁與上游邊立柱結合處下部［3］。橫河向最大拉應力出現在啟閉機室底板上游橫河向邊梁端部上側，最大壓應力出現在啟閉機室底板上游橫河向邊梁端部下側。豎直向最大拉應力出現在上游邊立柱與排架底層順河向邊梁結合處下部，最大壓應力值出現在上游邊立柱底部外側。

應力分析表明，正常蓄水位工況：閘墩的混凝土強度能滿足要求，但對于下游側，閘墩與底板交接處的閘墩，壓應力值較大，需采用C35以上的高標號混凝土。正常+地震：閘墩各個方向的最大拉應力值均小于C9030混凝土的動態抗拉強度（2.01MPa），各個方向的最大壓應力值、最小主應力值，均小于C9030混凝土的動態抗壓強度（10.81MPa），混凝土強度滿足規范要求。

正常蓄水位工況下，排架的混凝土抗壓強度能滿足要求，柱和梁的抗拉能力也可以通過配筋來滿足要求。正常+地震工況下，上部排架的壓應力計算值，均小于允許值（11.13MPa）。上部排架拉應力計算值，雖然超過允許值2.07MPa，但是拉應力值分布范圍很小，衰減很快，且通過配筋可以滿足抗拉強度要求。

2 結語

結合閘壩壩段在竣工正常運行期和正常+地震工況的三維有限元的數值分析結果，得到以下2點結論。

1）在正常蓄水位工況和地震工況下，下部閘墩的拉應力和壓應力均未超過混凝土抗拉抗壓限值，滿足規范要求。2）在正常蓄水位工況和地震工況下，上部排架結構均有超過拉應力限值的拉應力出現，但通過配筋可以滿足結構承載力要求，滿足相關規范要求。