充水保压蜗壳对减少机组振动.ppt

第十三章第十三章 水水电电站厂房站厂房结结构构设计设计第一第一节节 主厂房的主厂房的结结构布置构布置设计设计 第二第二节节 厂房混凝土厂房混凝土浇浇筑的分期和分筑的分期和分块块第三第三节节 厂房厂房结结构的分构的分缝缝和止水和止水第四第四节节 厂房上部厂房上部结结构分析构分析第五第五节节 发电发电机机墩机机墩第六第六节节 金属金属蜗蜗壳壳第七第七节节 尾水管尾水管1-第一第一节节 主厂房的主厂房的结结构布置构布置设计设计 水水电电站站厂厂房房的的结结构构组组成成2-水水电电站厂房的站厂房的结结构构组组成及作用成及作用上部上部结结构：构：屋盖屋盖结结构：屋面板、屋架或屋面大梁；构：屋面板、屋架或屋面大梁；吊吊车车梁；梁；排架柱；排架柱；发电发电机机层层、装配、装配场层场层楼板；楼板；厂房厂房围护结围护结构、构、墙墙、抗、抗风风柱、圈梁与柱、圈梁与连连系梁。系梁。上部上部结结构构为为板、梁、柱系板、梁、柱系统统。3-下部下部结结构：构：机墩机墩蜗蜗壳、水壳、水轮轮机座机座环环尾水管尾水管 基基础础混凝土及上、下游承重混凝土及上、下游承重墙墙4-(一一)上部上部结结构构1、屋、屋顶顶（屋盖（屋盖结结构）：构）：围护围护和承和承载载，包括：，包括：(1)屋屋面面板板：隔隔热热、遮遮阳阳、避避风风雨雨；直直接接承承受受屋屋面面荷荷载载，如，如风风、雪和自重等，、雪和自重等，传给传给屋架或屋面大梁。屋架或屋面大梁。材材料料：预预制制钢钢筋筋混混凝凝土土大大型型屋屋面面板板+隔隔热热层层+防防水水层层+保保护层护层(2)屋屋架架或或屋屋面面大大梁梁。承承受受屋屋面面板板传传来来的的全全部部荷荷载载及自身重量，及自身重量，传传至排架柱或壁柱。至排架柱或壁柱。5-2、排架柱、排架柱承承受受屋屋架架或或屋屋面面大大梁梁、吊吊车车梁梁、外外墙墙传传来来的的荷荷载载和和排排架架柱柱自自重重，并并将将它它们们传传给给厂厂房房下下部部结结构构的大体的大体积积混凝土。混凝土。3、吊、吊车车梁梁承承受受吊吊车车荷荷载载（包包括括起起吊吊部部件件在在厂厂房房内内部部运运行行时时的的移移动动集集中中垂垂直直荷荷载载），以以及及吊吊车车在在起起重重部部件件时时，启启动动或或制制动动时时产产生生的的纵纵、横横向向水水平平荷荷载载，并将它并将它们传给们传给排架柱。排架柱。6-排架柱的布置：排架柱的布置：柱距尽量柱距尽量统统一，分一，分缝处缝处一般一般设设双梁双柱；双梁双柱；立柱最好不要直接落在尾水管立柱最好不要直接落在尾水管顶顶板或板或钢钢管上；管上；横梁和立柱截面尺寸由横梁和立柱截面尺寸由强强度要求初估。度要求初估。7-4、发电发电机机层层和安装和安装间间楼板楼板发发电电机机层层楼楼板板承承受受着着自自重重、机机电电设设备备静静荷荷载载和和人人的的活活荷荷载载，传传给给梁梁并并部部分分传传发发电电机机机座和水机座和水轮轮机机层层的排架柱。的排架柱。安安装装间间楼楼板板承承受受自自重重、检检修修或或安安装装时时机机组组荷荷载载和活荷和活荷载载，传传到基到基础础。8-5、围护结围护结构构(1)(1)外外墙墙。承承受受风风荷荷载载，并并将将它它传传给给排排架架柱柱或壁柱。或壁柱。(2)(2)抗抗风风柱柱。承承受受厂厂房房两两端端山山墙墙传传来来的的风风荷荷载载，并并将将它它传传给给屋屋面面大大梁梁和和基基础础或或厂厂房房下下部部大体大体积积混凝土混凝土块块体。体。(3)(3)圈圈梁梁和和连连系系梁梁。承承受受梁梁上上砖砖墙墙传传下下的的荷荷载载和自重，并和自重，并传给传给排架柱或壁柱。排架柱或壁柱。9-水水电电站站厂厂房房的的结结构构组组成成10-(二二)下部下部结结构构1、发电发电机机墩机机墩承受从承受从发电发电机机层层楼板楼板传传来的荷来的荷载载和水和水轮轮发电发电机机组组等等设备设备重量、水重量、水轮轮机机轴轴向水向水压压力和机墩自重，并将它力和机墩自重，并将它们传给们传给座座环环和和蜗蜗壳外壳外围围混凝土。混凝土。11-2、蜗蜗壳和水壳和水轮轮机座机座环环（固定（固定导导叶）叶）将将机机墩墩传传下下来来的的荷荷载载通通过过座座环环传传到到尾尾水水管管上上，另另外外水水轮轮机机层层的的设设备备重重量量和和活活荷荷载载通通过蜗过蜗壳壳顶顶板也板也传传到尾水管。到尾水管。3、尾水管、尾水管承承受受水水轮轮机机座座环环和和蜗蜗壳壳顶顶板板传传来来的的荷荷载载，经经尾尾水水管管框框架架（尾尾水水管管顶顶板板、闸闸墩墩、边边墩墩和底板构成的）和底板构成的）结结构再构再传传到基到基础础上。上。12-(一一)厂房主要荷厂房主要荷载载(1)(1)厂房自重，厂房自重，压压力水管、力水管、蜗蜗壳及尾水管内水重；壳及尾水管内水重；(2)(2)厂房内机厂房内机电设备电设备自重，机自重，机组组运运转时转时的的动动荷荷载载；(3)(3)静静水水压压力力：尾尾水水压压力力，基基底底扬扬压压力力，压压力力水水管管、蜗蜗壳壳及及尾尾水水管管内内的的水水压压力力，永永久久缝缝内内的的水水压压力力，河河床式厂房的上游水床式厂房的上游水压压力；力；厂房的受力和厂房的受力和传传力系力系统统13-(4)(4)厂房四周的土厂房四周的土压压力；力；(5)(5)活荷活荷载载：吊吊车车运运输输荷荷载载，人群荷，人群荷载载及运及运输输工具荷工具荷载载；(6)(6)温度荷温度荷载载；(7)(7)风风荷荷载载；(8)(8)雪荷雪荷载载；(9)(9)严严寒地区的冰寒地区的冰压压力；力；(10)(10)地震力。地震力。14-(二二)厂房的厂房的传传力系力系统统自重与活荷自重与活荷载载 15-第二第二节节 厂房混凝土厂房混凝土浇浇筑的分期和分筑的分期和分块块分期目的：分期目的：由由于于机机组组到到货货一一般般均均迟迟于于土土建建的的施施工工期期，为为了了适适应应水水轮轮发发电电机机组组的的安安装装要要求求和和厂厂房房形形状状的的变变化化，厂厂房房中中的的混混凝凝土土需需要要分分期期浇浇筑，称筑，称为为一期混凝土一期混凝土和和二期混凝土二期混凝土。厂房混凝土厂房混凝土浇浇筑的分期筑的分期17-原原则则：满满足机足机电设备电设备安装和埋安装和埋设设的要求；的要求；对对机机组组分分期期安安装装、分分期期运运行行的的厂厂房房，应应满满足足初初期期运运行行时时稳稳定定、强强度度和和防防渗渗的要求。的要求。18-厂厂房房混混凝凝土土分分期期分分块块19-一一期期混混凝凝土土：底底板板、尾尾水水管管、尾尾水水闸闸墩墩、尾尾水水平平台台、上上下下游游边边墙墙、厂厂房房构构架架、吊吊车车梁梁、部部分分楼楼板板等等，在在施施工工时时先先期期浇浇筑筑，以以便便利利用用吊吊车进车进行机行机组组安装。安装。20-二期混凝土：二期混凝土：为为了机了机组组安装和埋件需要安装和埋件需要而而预预留的，要等到机留的，要等到机组组和有关和有关设备设备到到货货后、尾水管后、尾水管圆锥钢圆锥钢板内板内衬衬和金属和金属蜗蜗壳安壳安装完装完毕毕后，再后，再进进行行浇浇筑。筑。二期混凝土包二期混凝土包括金属括金属蜗蜗壳外的混凝土、尾水管直壳外的混凝土、尾水管直锥锥段段外包混凝土、机座、外包混凝土、机座、发电发电机机风风罩外壁、罩外壁、部分楼部分楼层层的楼板。的楼板。21-混凝土混凝土浇浇筑的分筑的分层层、分、分块块水水电电站站厂厂房房水水下下部部分分的的混混凝凝土土属属于于大大体体积积块块体体混混凝凝土土。其其特特点点是是现现场场浇浇筑筑量量大大，结结构构几几何何形形状状复复杂杂，基基础础高高差差大大，对对裂裂缝缝要要求求严严格格。由由于于受受混混凝凝土土浇浇筑筑能能力力的的限限制制和和为为了了适适应应厂厂房房形形状状的的变变化化，因因此此每每期期混混凝凝土土要要分分层层分分块块浇浇筑。筑。混混凝凝土土浇浇筑筑分分层层、分分块块是是为为了了便便于于施施工工和和保保证证工程工程质质量。量。22-分分层层分分块块原原则则：1 1、必、必须须保保证证主机主机组组安装方便；安装方便；2 2、浇浇筑筑缝应设缝应设在构件内力最小的部位；在构件内力最小的部位；3 3、分、分块块的大小的大小应应与混凝土的生与混凝土的生产产能力、能力、浇浇筑方法与筑方法与强强度相适度相适应应；4 4、分、分块块必必须须尽量使工作尽量使工作过过程具有最大的重程具有最大的重复性，以复性，以简简化施工和便于模板的重复使用。化施工和便于模板的重复使用。23-厂厂房房混混凝凝土土分分期期分分块块24-厂房厂房结结构的分构的分缝缝(1)沉沉降降伸伸缩缩缝缝为为防防止止厂厂房房地地基基不不均均匀匀沉沉陷陷，减减小小下下部部结结构构受受基基础础约约束束产产生生的的温温度度和和干干缩缩应应力力，沿厂房沿厂房长长度方向度方向设设置的伸置的伸缩缝缩缝和沉降和沉降缝缝(永久永久缝缝)。特特点点：一一般般都都是是贯贯通通至至地地基基，只只在在地地基基相相当当好好时时，伸伸缩缩缝缝才才仅仅设设在在水水上上部部分分，但但也也需需每每隔隔数数道道伸伸缩缩缝设缝设一道一道贯贯通地基的沉降伸通地基的沉降伸缩缝缩缝。(2)施施工工缝缝根根据据施施工工条条件件设设置置的的混混凝凝土土浇浇筑筑缝缝(临时缝临时缝)。第三第三节节 厂房厂房结结构的分构的分缝缝和止水和止水25-1 1、岩岩基基上上大大型型厂厂房房通通常常一一台台机机组组段段设设一一永永久久缝缝，中小型水中小型水电电站可增至站可增至2 23 3台机台机组设组设一条永久一条永久缝缝。2 2、在在安安装装间间与与主主机机房房之之间间、主主副副厂厂房房高高低低跨跨分分界界处处，由于荷，由于荷载悬载悬殊，需殊，需设设沉降沉降缝缝。3 3、坝坝后后式式厂厂房房的的厂厂坝坝之之间间常常沿沿整整个个厂厂房房的的上上游游外外侧设侧设一条一条贯贯通地基的通地基的纵缝纵缝。4 4、永永久久缝缝的的宽宽度度一一般般为为12cm12cm，软软基基上上可可宽宽一一些些，但不超但不超过过6cm6cm。26-主副厂房、安装主副厂房、安装间间、尾水平台、尾水平台间间的分的分缝缝27-厂厂房房水水上上部部分分的的永永久久缝缝中中常常填填充充一一定定弹弹性性的的防防渗渗、防防水水材材料料，以以防防止止在在施施工工或或运运行行中中被被泥泥沙沙或或杂杂物物填死和填死和风风雨雨对对厂房内部的侵厂房内部的侵袭袭。厂厂房房水水下下部部分分的的永永久久缝缝应应设设置置止止水水，以以防防止止沿沿缝缝隙的渗漏，重要部位隙的渗漏，重要部位设设两道止水，中两道止水，中间设沥间设沥青井。青井。止止水水布布置置主主要要取取决决于于厂厂房房类类型型、结结构构特特点点、地地基基特性等，特性等，应应采用可靠、耐久而采用可靠、耐久而经济经济的止水型式。的止水型式。厂房厂房结结构的止水构的止水28-第四第四节节 厂房上部厂房上部结结构分析构分析 上部上部结结构与一般构与一般工工业业厂房无异。厂房无异。现浇现浇梁系屋面板梁系屋面板：肋形肋形结结构（主、次梁构（主、次梁及及 板）。板）。屋面梁或屋架屋面梁或屋架+预预制屋面板制屋面板。大型大型电电站也有采用站也有采用钢绗钢绗架架的。的。屋架系屋架系统统31-屋面大梁与立柱可能是整屋面大梁与立柱可能是整浇浇，成，成为为整体整体式式刚刚架，大梁与立柱的架，大梁与立柱的连连接接为刚为刚性。也性。也可能是装配式的，大梁与立柱的可能是装配式的，大梁与立柱的连连接接为为铰铰接。接。若若为为整整浇浇，梁截面一般做成矩形，梁高，梁截面一般做成矩形，梁高一般一般为为梁跨的梁跨的1/12 1/12 1/81/8。32-荷荷载载：自重（吊：自重（吊车车梁与梁与钢轨钢轨及其附件）；吊及其附件）；吊车车垂直最大垂直最大轮压轮压；吊；吊车车横横向水平制向水平制动动力（力（纵纵向不向不考考虑虑）。）。计计算内容：内力算内容：内力计计算并算并据此配筋；据此配筋；挠挠度度验验算；算；限裂限裂验验算。算。吊吊车车梁梁吊吊车车梁：梁：单单跨跨简简支梁或多跨支梁或多跨连续连续梁梁33-吊吊车车梁通常采用梁通常采用T T型断面，型断面，其高度一般其高度一般为为跨度跨度的的1/5 1/81/5 1/8，梁，梁宽约为宽约为梁高的梁高的1/2 1/31/2 1/3。翼板厚度一般翼板厚度一般为为梁高的梁高的1/6 1/101/6 1/10，宽宽度不小度不小于于35cm35cm。34-主梁主梁次梁次梁主、付厂房楼板主、付厂房楼板计计算算肋形肋形结结构构荷荷载载：板板、梁梁自自重重，楼楼面面固固定定设设备备，楼楼面面活活荷荷载载，其其中中起起吊吊物物在在计计算算板板时时乘乘动动力力系系数。数。内内容容：主主、次次梁梁及及板板(双双向向板板或或单单向向板板)的的内内力力与与配配筋筋计计算。算。35-空空间间构架构架简简化化为为平面构架平面构架进进行行计计算。算。主厂房排架主厂房排架各各种种工工况况下下可可能能的的荷荷载载：结结构构自自重重，屋屋盖盖系系统统，吊吊车车梁梁，各各楼楼板板梁梁系系、厂厂房房围围护护结结构构传传来来荷荷载载，风风荷荷载载，温温度度应应力力，地地震震力力及及可能的上、下游水可能的上、下游水压压力。力。计计算算简简图图：主主要要视视立立柱柱与与梁梁的的连连接接形形式式、相相对刚对刚度确定其度确定其简图简图。37-计计算内容：算内容：A、内内力力计计算算及及配配筋筋，其其中中梁梁为为受受弯弯构构件件，立立柱柱为为偏心受偏心受压压构件。构件。B、位位移移验验算算吊吊车车梁梁侧侧向向水水平平位位移移不不得得超超过过1cm。38-吊吊车车起吊能力起吊能力10吨吨,吊吊车车起吊起吊100吨左右吨左右时时：排架柱尺寸估算排架柱尺寸估算39-机墩机墩发发电电机机机机墩墩为为发发电电机机支支承承结结构构，除除了了承承受受自自重重等等荷荷载载外外，还还直直接接承承受受机机组组运运转转中中产产生生的的振振动动荷荷载载，所所以以必必须须要要有有足足够够的的刚刚度度，防防止止出出现现共共振振和和过过大大的的变变形形。立立式式机机组组的的发发电电机机支支承承结结构构中中，圆圆筒筒型型机墩采用最多。机墩采用最多。第五第五节节 发电发电机机墩机机墩40-计计算算机墩机墩立柱立柱应应力并校核确定力并校核确定是否配筋。是否配筋。A A、轴轴向正向正应应力力 x x的的计计算；算；B B、环环向剪向剪应应力力 计计算；算；C C、主、主应应力和孔口力和孔口应应力力计计算；算；D D、计计算内力和配筋。算内力和配筋。静力静力计计算算圆圆筒式机墩的筒式机墩的计计算算水平推力引起的水平推力引起的环环向剪向剪应应力；力；水平扭矩引起的水平扭矩引起的环环向剪向剪应应力力43-动动力力计计算：算：A A、校核是否、校核是否发发生共振：生共振：自振自振频频率率 强强迫振迫振动频动频率率 分分别为别为垂直、扭垂直、扭转转、水平（径向）、水平（径向）自振自振频频率，可由相率，可由相应计应计算确定。算确定。分分别为别为正常运行偏心振正常运行偏心振动动、飞飞逸逸运行运行时时偏心振偏心振动动、叶片与固定、叶片与固定导导叶水力不平衡叶水力不平衡强强迫振迫振动频动频率，可由相率，可由相应计应计算确定。算确定。44-B B、动动力系数校核：力系数校核：由于由于 的的计计算不很精确，算不很精确，为为安全安全计计，机墩，机墩强强度度计计算算时时采用的采用的动动力系数力系数 不能小于不能小于 1.2 1.5 1.2 1.5。C C、振幅、振幅验验算：算：振幅振幅验验算包括：算包括：垂直振幅垂直振幅A A1 1；水平径向振幅；水平径向振幅A A2 2；水平扭；水平扭转转振幅振幅A A3 3。振幅振幅验验算要求：算要求：垂直振幅小于垂直振幅小于0.15mm0.15mm。水平振幅小于水平振幅小于0.20mm0.20mm。45-1 1、结结构型式构型式发电发电机机风风罩一般罩一般为圆为圆筒式，筒式，厚度厚度30-50cm30-50cm。风风罩底部与机罩底部与机墩整体墩整体连连接，接，顶顶部与部与发电发电机机楼板的楼板的连连接。接。连连接方式有三接方式有三种型式种型式:风风罩罩机墩机墩楼板楼板发电发电机机风风罩罩46-1)1)薄壁薄壁圆圆筒筒将将风风罩取罩取为为薄壁薄壁圆圆筒，按筒，按轴对轴对称力矩理称力矩理论计论计算算内力。内力。圆圆筒的筒的约约束情况束情况为为：底部固：底部固结结，顶顶部部则则视视与与发电发电机楼板的机楼板的连连接方式而定。接方式而定。2)2)形框架形框架风风罩与罩与发电发电机楼板整体机楼板整体连连接接时时，可以在，可以在风风罩上罩上切取切取圆圆周向周向为单宽为单宽的的竖竖向杆件，向杆件，连连同楼板同楼板组组合合成成 形框架，形框架，竖竖杆底部杆底部为为固固结结。(2)(2)计计算方法算方法:48-3 3、钢钢筋配置筋配置风风罩配置罩配置竖竖向和向和环环向向钢钢筋，筋，都是内外壁各布置一都是内外壁各布置一层层。环环向筋一般向筋一般为为1020mm1020mm，间间距距为为2025cm2025cm。竖竖向筋一般向筋一般为为1630mm1630mm，间间距距为为1620cm1620cm。49-根根据据金金属属蜗蜗壳壳外外围围混混凝凝土土结结构构的的受受力力情情况况，可可分分为为三种三种结结构形式。构形式。1 1、钢钢蜗蜗壳壳外外铺铺设设垫垫层层后后浇浇筑筑外外围围混混凝凝土土（简简称称垫垫层蜗层蜗壳壳）；）；2 2、钢钢蜗蜗壳壳在在充充水水保保压压状状态态下下浇浇筑筑外外围围混混凝凝土土（简简称称充水保充水保压蜗压蜗壳壳）；）；3 3、钢钢蜗蜗壳壳外外直直接接浇浇筑筑混混凝凝土土，既既不不设设垫垫层层，也也不不充内充内压压（简简称称完全完全联联合承合承载蜗载蜗壳壳）。）。第六第六节节 金属金属蜗蜗壳壳结结构形式构形式50-蜗蜗壳与外壳与外围围混凝土混凝土结结构示意构示意图图充水保充水保充水保充水保压蜗压蜗压蜗压蜗壳壳壳壳垫层蜗垫层蜗垫层蜗垫层蜗壳壳壳壳51-钢钢蜗蜗壳壳外外包包垫垫层层与与混混凝凝土土隔隔开开的的结结构构，以以往往在在我我国国和和苏苏联联普普遍遍采采用用，只只要要钢钢蜗蜗壳壳的的材材料料选选择择正正确确，工工艺艺及及安安排排措措施施适适当当，蜗蜗壳壳是是可可以以安安全全工工作作的的。但是但是这这种种结结构存在着一些构存在着一些问题问题：（1 1）设设计计时时考考虑虑由由钢钢蜗蜗壳壳单单独独承承受受内内水水压压力力，因此因此钢钢板用量多。板用量多。（2 2）壳壳体体与与座座环环连连接接处处，特特别别是是采采用用蝶蝶形形边边连连接接时时，壳壳体体有有弯弯曲曲应应力力，而而且且正正好好位位于于焊焊缝缝处处，对对强强度不利；度不利；垫层垫层末端末端处处壳体有局部壳体有局部应应力集中。力集中。垫层蜗垫层蜗壳壳52-（3 3）垫垫层层材材料料仍仍然然会会传传递递荷荷载载，因因而而内内水水压压力力实实际际上上不不可可能能由由钢钢蜗蜗壳壳完完全全承承担担，必必然然有有部部分分内内压压外外传传，外外包包钢钢筋筋混混凝凝土土必必须须考考虑虑这这部部分分荷荷载载。而而且且由由于于垫垫层层材材料料变变形形是是非非线线性性的的，且且可可能能随随时时间间变变化化，要精确地估要精确地估计传给计传给混凝土的混凝土的载载荷比例是比荷比例是比较较困困难难的。的。（4 4）钢钢蜗蜗壳壳与与外外包包混混凝凝土土之之间间有有垫垫层层，二二者者不不能能形成整体，形成整体，对对机机组组抗振和抗振和钢蜗钢蜗壳抗疲壳抗疲劳劳不利。不利。这这些些问题问题，随着机随着机组组容量的增大，容量的增大，会更加明会更加明显显。53-采采用用铺铺垫垫层层的的蜗蜗壳壳，单单机机容容量量最最大大的的，国国内内是是三三峡峡和和龙龙滩滩水水电电站站，单单机机7070万万kWkW，国国外外是是俄俄罗罗斯斯克克拉拉斯斯诺诺雅雅尔尔斯斯克克水水电电站站，单单机机5050万万kWkW。苏苏联联专专家家认认为为，这这种种型型式式蜗蜗壳壳HDHD值值的的极极限限是是1200m1200m2 2，更大的更大的蜗蜗壳不宜采用壳不宜采用垫层垫层。54-电电站名称站名称刘家峡刘家峡龙龙羊峡羊峡李家峡李家峡彭水彭水三峡三峡龙滩龙滩拉西拉西瓦瓦克拉斯克拉斯诺诺雅雅尔尔斯克斯克单单机容量机容量/MW/MW300300320320400400350350700700700700700700500500蜗蜗壳壳进进口口直径直径/m/m6.56.56.56.58.08.09.749.7412.412.48.78.76.86.88.78.7钢钢板最大板最大厚度厚度/mm/mm40404444505065657575747464643535蜗蜗壳最大壳最大水水压压/m/m140140180180164164140140143143242242276276130130屈服极限屈服极限/MPa/MPa400400490490490490490490490490490490470470400400国内外大型国内外大型垫层蜗垫层蜗壳有关参数壳有关参数 55-充水保充水保压蜗压蜗壳壳钢钢蜗蜗壳壳充充水水保保压压状状态态下下浇浇筑筑外外包包混混凝凝土土的的蜗蜗壳壳结结构构，是是一一种种部部分分联联合合承承载载的的结结构构。充充水水的的水水压压愈大，愈大，联联合承合承载载的程度愈小。的程度愈小。充水保充水保压压的的蜗蜗壳主要有以下一些壳主要有以下一些优优点：点：（1 1）钢蜗钢蜗壳及外包混凝土内壳及外包混凝土内应应力比力比较较均匀。均匀。（2 2）钢钢蜗蜗壳壳与与外外包包混混凝凝土土之之间间的的荷荷载载分分配配比比例例可以根据需要可以根据需要选择选择，而且荷，而且荷载载分配明确可靠。分配明确可靠。56-（3 3）运运行行时时，钢钢蜗蜗壳壳能能贴贴紧紧外外包包混混凝凝土土，可可以以依依靠靠外外包包混混凝凝土土减减少少蜗蜗壳壳及及座座环环的的扭扭转转变变形，减少机形，减少机组组振振动动，有利于，有利于稳稳定运行。定运行。充充水水保保压压蜗蜗壳壳对对减减少少机机组组振振动动、保保证证机机组组运运行行稳稳定定性性的的作作用用，对对于于大大型型机机组组和和抽抽水水蓄蓄能能机机组组更更加加重重要要，这这也也是是这这二二种种机机组组广广泛泛采采用用充水保充水保压蜗压蜗壳的主要理由。壳的主要理由。57-实现实现充水保充水保压蜗压蜗壳，主要需要付出的代价：壳，主要需要付出的代价：（1 1）增加了加）增加了加压设备压设备的的费费用。用。充充水水保保压压的的主主要要设设备备是是蜗蜗壳壳进进口口闷闷头头及及座座环环内内封封环环。这这二二件件的的重重量量一一般般为为水水轮轮机机总总重重的的10%10%。如如果果一一套套加加压压设设备备供供4 4 台台机机组组使使用用，则则相当于每台机增加了水相当于每台机增加了水轮轮机重的机重的2.5%2.5%。58-（2 2）增加了机）增加了机组组安装工期。安装工期。根据国内常根据国内常规规机机组蜗组蜗壳及壳及进进口的抽水蓄能口的抽水蓄能机机组进组进行水行水压试验压试验及充水保及充水保压浇压浇筑混凝土筑混凝土的的实实践看，需要占用机践看，需要占用机组组安装工期安装工期2 2 周。周。对对于新于新设计设计、机、机组组尚未招尚未招标标的的电电站，可以站，可以通通过过机机组组安装的安装的总总体体进进度安排，保度安排，保证证机机组组按期投按期投产产。59-美美国国长长期期以以来来，多多采采用用充充水水保保压压浇浇筑筑混混凝凝土土的的蜗蜗壳壳。加加拿拿大大对对中中高高水水头头的的大大机机组组多多采采用用充充水水保保压压的的蜗蜗壳壳，其其中中有有拉拉格格朗朗德德二二级级、邱邱吉吉尔尔瀑瀑布布等等大大水水电电站站。在在巴巴西西，20 20 万万kW kW 以以上上的的机机组组，即即使使水水头头不不高高，采采用用充充水水保保压压蜗蜗壳壳。西西欧欧对对大大中型机中型机组组，多采用充水保多采用充水保压蜗压蜗壳。壳。西西方方的的单单机机容容量量超超过过5050万万kWkW机机组组的的水水电电站站，无无一一例例外外都都采采用用充充水水保保压压蜗蜗壳壳。此此外外，高高水水头头、大大容容量量的的可可逆逆式式抽抽水水蓄蓄能能机机组组，采采用用充充水水保保压压蜗蜗壳居多。壳居多。60-我我国国近近年年来来也也开开始始采采用用充充水水保保压压的的蜗蜗壳壳。19911991年年开开始始发发电电的的天天生生桥桥二二级级电电站站1 1 4 4 号号机机组组（单单机机容容量量22 22 万万kWkW）是是我我国国大大型型机机组组最最早早采采用用充充水水保保压压蜗蜗壳壳的的。（广广蓄蓄、潘潘家家口口抽抽水水蓄蓄能能、十十三三陵陵、二二滩滩水水电电站站、天天荒荒坪坪抽抽水蓄能水蓄能电电站等）。站等）。随随着着更更多多的的大大容容量量、高高水水头头常常规规机机组组和和大大容容量量抽抽水水蓄蓄能能机机组组的的建建设设，充充水水保保压压蜗蜗壳壳在在我我国有更多国有更多应应用的用的趋势趋势。61-电电站名称站名称广蓄广蓄天荒坪天荒坪二二滩滩瀑布沟瀑布沟三峡三峡小湾小湾依泰普依泰普大古力大古力单单机容量机容量/MW/MW300300300300550550600600700700700700715715700700蜗蜗壳壳进进口口直径直径/m/m2.32.32.02.06.686.688.08.012.412.46.56.59.649.6410.610.6钢钢板最大板最大厚度厚度/mm/mm80807070656575757575707080804343蜗蜗壳最大壳最大水水压压/m/m775775800800241241245245139.5139.5290290171171123123屈服极限屈服极限/MPa/MPa490490490490490490360360630630国内外大型充水保国内外大型充水保压蜗压蜗壳有关参数壳有关参数62-完全完全联联合承合承载蜗载蜗壳壳苏苏联联是是这这种种蜗蜗壳壳的的首首创创者者。从从6060年年代代起起，苏苏联联在在克克拉拉斯斯诺诺雅雅尔尔斯斯克克和和布布拉拉茨茨克克两两座座巨巨型型水水电电站开展了站开展了钢衬钢衬与与钢钢筋混凝土筋混凝土联联合承合承载载的研究。的研究。萨萨扬扬舒舒申申斯斯克克水水电电站站及及其其64 64 万万kW kW 机机组组也也是是世世界界上上迄迄今今采采用用完完全全联联合合承承载载蜗蜗壳壳的的最最大大水水电电站站和最大机和最大机组组。北北欧欧国国家家和和日日本本采采用用完完全全联联合合承承载载蜗蜗壳壳的的较较多多，但是与但是与苏联苏联不同。不同。63-我我国国尚尚无无完完全全联联合合承承载载蜗蜗壳壳的的工工程程实实践践。八八十十年年代代曾曾经经结结合合龙龙羊羊峡峡水水电电站站300MW300MW机机组组进进行行了了完完全全联联合合承承载载结结构构的的整整体体结结构构模模型型试试验验，取取得得了了研研究究结结果果。本本世世纪纪初初，结结合合三三峡峡水水电电站站700MW700MW机机组组，进进行行了了完完全全联联合合承承载载结结构构的的可可行行性性论论证证研研究究，提提出出了了在在三三峡峡水水电电站站右右岸岸厂厂房房或或地地下下厂厂房房机机组组采采用用完完全全联联合合承承载载蜗蜗壳的建壳的建议议，但是没有做深入的研究。，但是没有做深入的研究。64-电电站名称站名称景洪景洪三峡三峡15#15#机机努列克努列克英古里英古里萨扬萨扬舒申斯克舒申斯克单单机容量机容量/MW/MW300300700700300300260260640640蜗蜗壳壳进进口直径口直径/m/m11.211.212.412.44.24.23.03.06.56.5钢钢板最大厚度板最大厚度/mm/mm40407575323236364040蜗蜗壳最大水壳最大水压压/m/m9696139.5139.5380380550550286286屈服极限屈服极限/MPa/MPa320320490490300300300300400400国内外大型完全国内外大型完全联联合承合承载蜗载蜗壳有关参数壳有关参数 65-1 1、设计设计荷荷载载和和计计算情况：算情况：A A、结结构自重；构自重；B B、由、由发电发电机支撑机支撑结结构构传传来的荷来的荷载载；C C、水、水轮轮机机层层地面活荷地面活荷载载。正常运行情况正常运行情况为为上述三种基本荷上述三种基本荷载载的的组组合合。蜗蜗壳外壳外围结围结构构设计设计66-目前外目前外围结围结构构设计设计中，一般中，一般还还是采用平面框架是采用平面框架结结构力学方法构力学方法计计算内力。算内力。2 2、内力、内力计计算算蜗蜗壳外壳外围结围结构是指水构是指水轮轮机机层层以下以下蜗蜗壳外壳外围围的二的二期期钢钢筋混凝土筋混凝土结结构，它是一个整体性构，它是一个整体性强强的空的空间间结结构，体型复构，体型复杂杂，除了用三，除了用三维维有限元分析其空有限元分析其空间应间应力状力状态态外，外，还还没有精确的方法可用来没有精确的方法可用来计计算算蜗蜗壳外壳外围围混凝土混凝土结结构构。67-形框架的取法有两种，一种等截面；一种形框架的取法有两种，一种等截面；一种变变截面截面。从从蜗蜗壳壳进进口断面开始口断面开始选择选择若干个断面，在每个若干个断面，在每个计计算算断面上径（断面上径（蜗蜗）向切取）向切取单单位位宽宽度，按平面度，按平面变变形形问题问题 形框架形框架计计算内力。即平面框架法。算内力。即平面框架法。68-1)1)等截面框架（等截面框架（图图b b、c c）框框架架由由截截面面不不变变的的横横梁梁和和立立柱柱组组成成。一一般般取取横横梁梁和和立立柱柱的的中中心心线线组组成成框框架架计计算算简简图图。A A端端为为铰铰支支，C C或或G G端端为为固固结结，B B点点要要考考虑虑刚刚性性节节点点的的影影响响。等等截截面面方方法法还还可可分分为为不不考考虑虑实实际际截截面面高高度度和和考考虑虑实实际际截截面面高高度两种情况。度两种情况。69-根根据据计计算算简简图图，这这个个钢钢架架是是个个二二次次超超静静定定结结构构，采采用用弯弯矩矩分分配配法法进进行行计计算算较较为为简简便便。分分别别计计算算前前述述三三个个荷荷载载作作用用下下的的跨跨中中弯弯矩矩和和固固端端弯弯矩矩，根根据据叠叠加加原原理理，得得出出总总弯弯矩矩图图。由由于于蜗蜗壳壳外外围围混混凝凝土土结结构构尺尺寸寸较较大大，计计算算需考需考虑虑剪切剪切变变形和形和刚刚性性节节点的影响。点的影响。70-2)2)变变截面框架（截面框架（图图d d）变变截面框架比等截面框架接近截面框架比等截面框架接近结结构体形一些，构体形一些，但但计计算比算比较较复复杂杂。71-3 3、配筋、配筋计计算算设弹设弹性性垫层垫层的金属的金属蜗蜗壳外壳外围结围结构几乎构几乎不承受内水不承受内水压压力，但作力，但作为为机墩的基机墩的基础础结结构，受振构，受振动动荷荷载载的作用，配筋的作用，配筋计计算算时时，允，允许许混凝土开裂，但限制裂混凝土开裂，但限制裂缝缝的的开展开展宽宽度不超度不超过过0.3mm0.3mm。混凝土。混凝土标标号号不小于不小于150150号。号。72-弯肘形尾水管包括弯肘形尾水管包括直直锥锥段段，弯管段弯管段和和扩扩散段散段。尾水管尾水管结结构是指尾水管流道的外构是指尾水管流道的外围围混凝土混凝土结结构。构。锥锥管段管段肘管段肘管段扩扩散段散段结结构形式构形式第七第七节节 尾水管尾水管73-（1 1）荷）荷载载：自重、从自重、从蜗蜗壳和座壳和座环传环传来荷来荷载载；内、外水；内、外水压压力、力、扬压扬压力、地基反力力、地基反力。扩扩散段散段结结构由构由顶顶板、底板、板、底板、边边墩和中墩等构件墩和中墩等构件组组成。厂房岩基完整成。厂房岩基完整坚坚硬硬时时，底板与，底板与顶顶板、板、边边墩和中墩分开，成墩和中墩分开，成为为分离式分离式结结构。当厂房岩基构。当厂房岩基较较差或差或软软基基时时，顶顶板、底板、板、底板、边边墩和中墩等整墩和中墩等整体体浇浇筑，成筑，成为为整体式整体式结结构构。（2 2）扩扩散段散段计计算算结结构构计计算算74-分离式分离式结结构，尾水管底板厚可取构，尾水管底板厚可取5080cm5080cm。整体式整体式结结构，尾水管底板厚可取构，尾水管底板厚可取100200cm100200cm。75-从尾水管从尾水管扩扩散段散段结结构中切出构中切出单宽单宽，作，作为为平面框平面框架架进进行行计计算。作用在框架的荷算。作用在框架的荷载载，除前面所，除前面所说说的基本荷的基本荷载载外，外，还应还应考考虑虑框架上、下游面的框架上、下游面的不不平衡剪力平衡剪力和作用在框架底板上的和作用在框架底板上的地基反力地基反力。76-地基反力的分布可能地基反力的分布可能为线为线性均匀分布；可能性均匀分布；可能呈三角形分布；也可能呈曲呈三角形分布；也可能呈曲线线分布。与地基分布。与地基系数、尾水管底板尺寸、材料的系数、尾水管底板尺寸、材料的弹弹模有关。模有关。77-例如只考例如只考虑虑所有上部荷所有上部荷载载和地基反力和地基反力时时的的计计算算简图为简图为：用用结结构力学的方法即可算出内力，然后构力学的方法即可算出内力，然后进进行配筋。行配筋。78-（3 3）肘管段）肘管段计计算算图图中中5-55-5和和1-11-1断断面面为为弯弯管管段段断面。断面。按按平平面面框框架架进进行行计计算算。设设计计实实践中，主要践中，主要简简化方法有：化方法有：79-1 1、单单跨跨平平面面框框架架，适适用用情情况况：顶顶板板、底底板板和和边边墩的墩的结结构厚度比构厚度比较较一致；一致；2 2、当当顶顶板板厚厚度度h hL/3L/3时时，把把顶顶板板视视为为深深梁梁比比较较合合理理。由由于于深深梁梁刚刚度度较较大大，边边墩墩刚刚度度相相对对较较小，小，计计算算简图为简简图为简支深梁。支深梁。3 3、若若底底板板较较薄薄，两两边边边边墩墩较较厚厚，刚刚度度大大，就就可可简简化化为为两端固接的梁式板两端固接的梁式板计计算。算。80-(4)(4)锥锥管段的管段的计计算算锥锥管段管段结结构构为为一一变变厚度厚度圆锥圆锥筒，内力筒，内力计计算算时时，通常，通常简简化化为为上端自由、下端固定的等厚上端自由、下端固定的等厚圆圆筒筒进进行行计计算。算。可按可按单宽为单宽为1m1m的的悬悬臂梁臂梁计计算内力。算内力。81-注意：注意：蜗蜗壳壳、尾尾水水管管等等下下部部块块体体结结构构，其其断断面面形形式式尺尺寸寸大大多多由由结结构构布布置置与与运运行行要要求求决决定定，很很少少由由强强度度计计算算确确定定，故故尺尺寸寸很很大大，大大多多根根据据经经验验进进行行构构造配筋。造配筋。82-