橄欖壩航電樞紐閘室應(yīng)力狀態(tài)研究

畢 靜

（中國電建集團昆明勘測設(shè)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(cè)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(qū)，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(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(zhì)量［1］?？紤]到整體計算模型中，閘墩和上部結(jié)構(gòu)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(jié)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(cè)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?？倖卧獢?shù)為74125個，總節(jié)點數(shù)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(yīng)力見表2，上部排架最大應(yīng)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(chǎn)生了不利的拉應(yīng)力集中外，其余位置基本均處于壓應(yīng)力狀態(tài)。正常蓄水位工況下，閘墩順河向最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在閘墩下游頂部。最大壓應(yīng)力在閘墩下游底部。橫河向最大應(yīng)力出現(xiàn)在閘底板，最大壓應(yīng)力在閘墩下游底部。豎直向最大拉應(yīng)力在閘墩下游頂部，最大壓應(yīng)力在閘墩下游底部［2］。

表2 各種工況下閘墩應(yīng)力最大值

表3 各種工況下排架應(yīng)力最大值

正常+地震工況下，閘墩順河向最大拉應(yīng)力出現(xiàn)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(yīng)力在閘墩下游底部與底板交接處。橫河向最大應(yīng)力出現(xiàn)在下游閘底板，最大壓應(yīng)力在閘墩下游底部。豎直向最大拉應(yīng)力在閘墩上游底部，最大壓應(yīng)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(yīng)力出現(xiàn)在啟閉機室底板順河向邊梁與上游立柱結(jié)合處上部，最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在啟閉室底板順河向邊梁與上游立柱結(jié)合處下部。橫河向最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在啟閉機室底板上游橫河向邊梁端部上側(cè)，最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在啟閉機室底板上游橫河向邊梁中部上側(cè)。豎直向最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在上游邊立柱與啟閉機室底板橫河向邊梁結(jié)合處上部，最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在上游邊立柱與啟閉機室底板橫河向邊梁結(jié)合處下部。

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

應(yīng)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(cè)，閘墩與底板交接處的閘墩，壓應(yīng)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(yīng)力值均小于C9030混凝土的動態(tài)抗拉強度（2.01MPa），各個方向的最大壓應(yīng)力值、最小主應(yīng)力值，均小于C9030混凝土的動態(tài)抗壓強度（10.81MPa），混凝土強度滿足規(guī)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(yīng)力計算值，均小于允許值（11.13MPa）。上部排架拉應(yīng)力計算值，雖然超過允許值2.07MPa，但是拉應(yīng)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(jié)語

結(jié)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(shù)值分析結(jié)果，得到以下2點結(jié)論。

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