吊车荷载计算秋雨 天气疯狂的热了几天后,终于安静了下来。 秋雨悄悄的来了,绵绵的,洋洋洒洒,一下就是好几天,窗外依然滴滴哒哒的响着,看来是没有停下来的意思。 绵绵的秋雨,带来了丝丝的凉意,不喜欢这样的天气,灰色的天空,没有的以往的清澈和透明,看着街上来往的车,人,踩着家下的片片积水,心中冲满了无限的思念和不挂。 窗外的雨还在敲打着窗边,串串的雨珠似乎不管友情和人儿们,只管自己下个够,尽情的飘洒着 夜,静悄悄的,抚平纷乱的思绪,生活依然在静静的继续享受在甜美的生活。 秋雨 只听见窗外滴滴嗒塔地响,好像伴奏一支小舞曲,我不禁被窗外的世界所吸引。 来到窗前,原来在下蒙蒙细雨。那蒙蒙的细雨如痴如醉地下着,又轻又细,飘洒在那空地上的瓦砾里、枯枝败叶。 他淋湿了大地,大地上的小草开始欢畅:“啊!下雨了,下雨了!”野菊花把那鼓鼓地花蕾悄悄地开放,散发出诱人的香味,是那么的动人。面前的那茉莉花又随之开放了,那香味牵动了我的心,与它们一起感受秋的雨露。 他淋湿了森林,树儿开始朗声大笑,为这场凉爽的秋雨感到舒适,它们仿佛在说:“好爽!”鸟儿唧唧喳喳地叫,也在为这场秋雨的到来感到欣慰。 看,那秋雨在跳舞。是风,是风美妙的音乐带动了雨。秋雨飘飘洒洒,为人们跳了一支又一支优美的舞蹈。 雨中,人们打着花花绿绿的雨伞在路上行走,为秋增添了色彩。 天黑得真快,可雨还没有停。我在绵绵的雨夜里听雨。雨滴落在玻璃上,点点滴滴,迎着窗前的灯光折射出湿湿的流光。在清清的雨气和迷离的雨意之后,一点点黄晕光泛滥开去,溶化成模糊而又柔和的光。窗外那轻盈的雨声,好象小时候母亲催我进入梦香的歌谣,仿佛绿树红花间鸟了的呢喃。窗下的车时而开过我的眼前,将它送给这个祥和的雨夜。秋雨 更多关于秋天的作文 “沙沙沙„„”不知在什么时候,秋雨悄悄地下了起来,仿佛是淘气的云娃娃做错了事,被风婆婆狠狠的大骂了一顿一样,使娃娃伤心的哭泣。 我轻步走到窗前,瞧,那无数的雨丝像牛毛般细,向针一样尖锐,密密的交织在一起,仿佛是无数轻捷柔软的手指,弹奏着一首优美的大自然之歌。我伸出双手,任那一条条雨丝从我的手掌上滑过,的,一种说不出的舒服。 牛毛般的细雨逐渐地大了起来,雷声伴随着大滴大滴的雨水响起,像有一千个歌唱家在云头唱和,又像有一千个鼓师在云头打鼓。“轰隆隆,轰隆隆„„”随着响彻云霄的大雷声,大滴大滴的雨水缀成一条长鞭,打在玻璃上,抽在大树枝上,甩在树叶上。雨水把玻璃冲刷得模模糊糊,看不清窗外的大雨倾盆,只能听见嗖嗖的风声,潇潇的雨声,隆隆的雷声汇集成的大自然交响乐。我仿佛看到了窗外的另一个不同的情景:大串的雨珠洒在树爷爷的肩上,在为老爷爷做按摩;大串的雨水落在小鸟的身上,在为小鸟搓澡;大串的雨水滴落在小溪了,在为它们补充营养;雨水又落在一条一条的道路上 第十三章水电站厂房结构分析 水电站厂房结构设计的内容包括整体稳 定分析、地基应力校核、构件的强度和稳定 计算。 第一节 水电站厂房的结构特点 一、水电站厂房的结构组成及作用 水电站地面厂房结构可分为上部结构和下 部结构两大部分。上部结构包括屋面系统、 构架、吊车梁、围护结构(外墙)及楼板,基本 上属板、梁、柱系统,通常为钢筋混凝土结 构。上部结构设计方法与一般工业建筑相同; 下部结构主要由机墩、蜗壳、尾水管、基础 板和外墙组成,为大体积水工钢筋混凝土结 构,其结构设计比较复杂,要符合《水工钢 筋混凝土规范》。水电站厂房结构组成如图 12-1 所示。各组成构件的作用如下: 12-1水电站厂房结构组成 1.屋盖结构 起着围护和承重等双重作用,包括: 屋面板。它直接承受屋面荷载,如风、雨、雪和自重等,并将它们传给屋架或屋面 大梁。 屋架或屋面大梁。它承受屋盖上的全部荷载(包括风、雨、雪和屋面板等)及屋 架或屋面大梁自重,传到排架柱或壁柱上。 2.吊车梁承受吊车荷载(包括起吊部件在厂房内 部运行时的移动集中垂直荷载),以及吊车在 起重部件时,启动或制动时产生的纵、横向 水平制动荷载,并将它们传给排架柱或壁柱。 3.排架柱或壁柱 承受屋架或屋面大梁、吊车梁、外墙传 来的荷载和排架柱或壁柱自重,并将它们传 给厂房下部结构的大体积混凝土。 4.发电机层和安装间楼板 发电机层楼板承受着自重、机电设备静 荷载和人的活荷载,传给梁并部分传到厂房 下部结构的发电机机墩和水轮机层的排架 柱。安装间楼板承受自重、检修或安装时机 组荷载和活荷载,传到基础,当安装间没有 下层时就传给排架柱。 5.围护结构 外墙。承受风荷载,并将它传给排架柱或壁柱。 抗风柱。承受厂房两端山墙传来的风荷载,并将它传给屋架或屋面大梁和基础或 厂房下部结构的大体积块体混凝土。 圈梁和连系梁。承受梁上砖墙传下的荷载和自重,并传给排架柱或壁柱。 6.发电机机墩 承受从发电机层楼板传来的荷载和水轮 发电机组等设备重量、水轮机轴向水压力和 机墩自重,并将它们传给座环和蜗壳外围混 凝土上。 7.蜗壳和水轮机座环(固定导叶) 将机墩传下来的荷载通过座环传到尾水 管上,另外水轮机层的设备重量和活荷载通 过蜗壳顶板也传到尾水管上。 8.尾水管 承受水轮机座环和蜗壳顶板传来的荷 载,经尾水管框架(尾水管顶板、闸墩、边 墩和底板构成的)结构再传到基础上。 二、厂房的受力和传力 厂房结构自重,压力水管、蜗壳及尾水管内水重; 厂房内机电设备自重,机组运转时的动荷载; 静水压力:尾水压力,基底扬压力,压力水管、蜗壳及尾水管内的水压力,永久 缝内的水压力,河床式厂房的上游水压力; 活荷载:吊车运输荷载,人群荷载及运输工具荷载; 严寒地区的冰压力;(10) 地震力。 厂房在施工安装期、运转期和检修期的 荷载是不同的。在结构计算中应根据厂房在 不同工作条件下可能同时发生的荷载进行组 厂房的传力途径作用于厂房的各种静、动荷载,通过各承 重构件的传力途径如下: 三、厂房混凝土浇筑的分期和分块 厂房混凝土浇筑的分期由于机组到货一般均迟于土建的施工 期,为了适应水轮发电机组的安装要求,厂 房中的混凝土需要分期浇筑,称为一期和二 期混凝土。 一期混凝土包括底板、尾水管扩散段、 尾水闸墩、尾水平台、上下游边墙、厂房构 架、吊车梁、部分楼板等,在施工时先期浇筑,以便利用吊车进行机组安装。 二期混凝土是为了机组安装和埋件需要 而预留的,要等到机组和有关设备到货后、 尾水管圆锥钢板内衬和金属蜗壳安装完毕 后,再进行浇筑。二期混凝土包括蜗壳外围 混凝土、尾水管直锥段外包混凝土、机墩、 发电机风罩外壁、部分楼层的楼板。 2.混凝土浇筑分层、分块 水电站厂房水下部分的混凝土属于大体 积块体混凝土。其特点是现场浇筑量大,结 构几何形状复杂,基础高差大,对裂缝要求 严格。由于受混凝土浇筑能力的限制和为了 适应厂房形状的变化,因此每期混凝土要分 层分块浇筑。厂房一、二期混凝土的浇筑分 层、分块,视具体情况而定,一般原则如下: 应分在构件内力最小部位,这常与施工方便有矛盾,不易做到; 分块的大小应与混凝土的生产能力、震捣工作强度及浇筑方法相适应; 在保证质量的前提下,混凝土分块尽量大些高些,以加快施工进度; 分块必须尽量使工作过程具有最大的重复性,以简化施工和重复利用模板。同 时最有效地利用机械设备。 图12-2 表示了厂房混凝土浇筑的分期和分 块,图中数字“”、“”分别代表一、二 期混凝土,其下标序数说明浇筑的先后次序。 水电站厂房为防止不均匀沉陷,减小下部结构受基础约束产生的温度和干缩应力, 必须沿厂房长度方向设置伸缩缝和沉降缝, 如图 12-3 所示。通常两缝合一,称为沉降伸 缩缝。此种缝一般都是贯通至地基,只在地 基相当好时,伸缩缝才仅设在水上部分,但 也需每隔数道伸缩缝设一道贯通地基的沉降 10 伸缩缝。伸缩缝和沉降缝统称为永久缝; 根据施工条件设置的混凝土浇筑缝,称 为施工缝,是一种临时缝。 图12-2 厂房混凝土分期分块图 12-3主副厂房、安装间、尾水平台间的分缝 11 岩基上大型厂房通常一台机组段设一永 久缝,中小型水电站可增至2~3 台机组设一 条永久缝。在安装间与主机房之间、主副厂 房高低跨分界处,由于荷载悬殊,需设沉降 缝。坝后式厂房的厂坝之间常沿整个厂房的 上游外侧设一条贯通地基的纵缝。 永久缝的宽度一般为 1~2cm,软基上可 宽一些,但不超过6cm。 2.止水 厂房水上部分的永久缝中常填充一定弹 性的防渗、防水材料,以防止在施工或运行 中被泥沙或杂物填死和风雨对厂房内部的侵 厂房水下部的永久缝应设置止水,以防止沿缝隙的渗漏,重要部位设两道止水,中 间设沥青井。止水布置主要取决于厂房类型、 结构特点、地基特性等,应采用可靠、耐久 而经济的止水型式。 12 第二节 厂房整体稳定及地基应力 厂房整体稳定和地基应力计算的内容一 般包括沿地基面的抗滑稳定、抗浮稳定和厂 基面垂直正应力计算。河床式厂房本身是挡 水建筑物,厂房地基内部存在软弱层面时, 还应进行深层抗滑稳定计算。 厂房在运行、施工和检修期间,在抗滑、 抗倾与抗浮方面必须有足够的安全系数,以 保证厂房的整体稳定性。厂房地基应力必须 满足承载能力的要求,不允许发生有害的不 均匀沉陷。 河床式厂房直接承受上游水压力,在确 定地下轮廓线、校核整体稳定性和地基应力 时,基本原则与混凝土重力坝及水闸相似。 但因厂房机电设备多,结构形状复杂,故必 须以两个永久缝之间或一个机组段长度为计 算单元,进行稳定分析和地基应力计算时, 不能取单宽进行计算。厂房有大量的二期混 凝土,并可能有分期安装问题,故在机组安 13 装前后荷载变化较大,确定荷载与荷载组合 时也有其特点。 一、荷载及其组合 荷载作用在水电站厂房上的荷载可分为基本荷 载和特殊荷载两类。 1.基本荷载:厂房结构及永久设备自重; 回填土石重;正常蓄水位或设计洪水位情况 下的静水压力;相应于正常蓄水位或设计洪 水位情况下的扬压力;相应于正常蓄水位或 设计洪水位情况下的浪压力;淤沙压力;土 压力;冰压力;其它出现机会较多的荷载。 2.特殊荷载:校核洪水位或检修水位情况 下的静水压力;相应于校核洪水位或检修水 位情况下的扬压力;相应于校核洪水位或检 修水位情况下的浪压力;地震力;其它出现 机会较少的荷载。 作用在厂房上的静水压力应根据厂房在不 同的运行工况下的上、下游水位确定。 14 荷载组合厂房整体稳定分析的荷载组合可按表 12-1 规定采用。 厂房稳定和地基应力计算要考虑厂房施 工、运行和扩大检修期的各种不利情况。 1.正常运行 对河床厂房来说,a 组合情况下厂房承受的水头最大;a 组合情况下扬压力最大,对稳定不利。 对坝后式厂房和引水式厂房来说,引起稳 定问题的水平荷载为下游水压力,因此正常 运行情况中取下游设计洪水位进行组合。 12-1厂房整体稳定分析的荷载组合 计算情况 正常运行 上游正常蓄水位和下游最低水位 上游设计洪水位和下游相应水位 上游正常蓄水位和下游检修水位 机组未安装 上游正常蓄水位或设计洪水位和下游相应水位 非常运行 上游校核洪水位和下游校核洪水位 地震情况 上游正常蓄水位和下游最低水位 适用于河床厂房,b适用于坝后和引水厂房。2.机组检修 河床式厂房机组检修情况下机组设备重不 考虑,厂房承受的水头大,而厂房的重量轻, 只有结构自重和水重,对稳定不利。 3.机组未安装 厂房施工一般是先完成一期混凝土浇筑 和上部结构,以后顺序逐台安装机组并浇筑 二期混凝土,机组安装周期较长,如机组是 分期安装的,厂房的施工安装或更长,所以 要进行机组未安装时的稳定计算。在这种计 算情况中,二期混凝土和设备重不计,厂房 重量最轻,而厂房已经承受水压,对抗滑和 抗浮不利。 如厂房位于软基上,地基承载力低,施工 16 期还需考虑本台机组已安装,而吊车满载通 过的情况,如厂房尚未承受水压,则厂基面 无扬压力作用,流道中也无水重。 4.厂房基础设有排水孔时,特殊组合中还 要考虑排水失效的情况。 计算方法和要求厂房整体稳定和地基应力计算应以中间机 组段、边机组段和安装间段作为一个独立的 整体,按荷载组合分别进行。边机组段和安 装间段,除上下游水压力作用外,还可能受 侧向水压力的作用,所以必须核算双向水压 力作用下的整体稳定性和地基应力。图12-4 为河床式厂房稳定分析时的受力图。 17 12-4河床厂房稳定分析受力图 抗滑稳定计算厂房抗滑稳定性可按抗剪断强度公式或 抗剪强度公式计算 1.抗剪断强度计算公式 按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数; 滑动面的抗剪断摩擦系数及抗剪断粘结力,kPa; 18 全部荷载对滑动面的法向分力(含扬压力),kN; 全部荷载对滑动面的切向分力(含扬压力),kN。 2.抗剪强度计算公式 K——按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数; ——滑动面的抗剪摩擦系数。岩基厂房整体抗滑稳定的安全系数不分 等级按表12-2 选用。 12-2抗滑稳定的安全系数 抗滑稳定安全系数 1.101.05 1.00 3.002.50 2.30 19 抗浮稳定性计算厂房抗浮稳定性可按下式计算 作用于机组段的扬压力总和,kN。 根据《水电站厂房设计规范》,抗浮稳定 安全系数K 地基应力计算1.计算方法 厂房地基面上的法向应力,可按下式计算 ——作用于机组段上全部荷载在厂基面上的法向分力总和,kN; 20 ——作用于机组段上全部荷载对计算截面形心轴x、y 的力矩总和,kN.m; ——计算截面上任意点至形心轴的距离,m; 式(12-4)假定厂房基础为刚体,厂基面地基应力为线性分布。 2.计算要求 岩基上厂房地基面上的垂直正应力用材料 力学计算时应符合下列要求: 厂房地基面上承受的最大垂直正应力,不论是何种型式的厂房,在任何情况下 均不应超过地基允许承载力,在地震情况下 地基允许承载力可适当提高。 厂房地基面上承受的最小垂直正应力(计入扬压力)应满足下列条件: 对于河床式厂房,除地震情况外都应大 21 于零,在地震情况允许出现不大于0.1MPa 拉应力。对于坝后式和引水式厂房,正常运行情 况下,一般应大于零;机组检修、机组未安 装及非常运行情况下,允许出现不大于 0.1~0.2MPa 的局部拉应力。地震情况下,如 出现大于 0.2MPa 的拉应力,应进行专门论 厂房整体稳定和地基应力计算不满足要求时,应在厂房地基中采取防渗和排水措施。 第三节 吊车梁及排架柱结构计算 厂房上部结构的屋盖、发电机楼板、围护 砖墙结构设计与一般工业厂房相同,这里不 再赘述。吊车梁与构架则有其不同于一般工 业厂房的使用特点,现将结构设计原理作简 要介绍。 一、吊车梁 吊车梁是直接承受吊车荷载的承重结构, 22 是厂房上部的重要结构之一。水电站厂房内 大多采用电动桥式吊车,其特点是起吊容量 大、工作间歇性大、操作速度缓慢、使用率 低(只在机组进行安装和检修时才用)。 水电站吊车性质属于轻级工作制,吊车梁 可不验算重复荷载作用下的疲劳强度。 现在我国大中型水电站已大多采用预应力 钢筋混凝土吊车梁,也有采用钢结构的。钢 筋混凝土吊车梁在施工上可分为现浇、预制 和叠合梁等形式。现浇吊车梁可分为单跨简 支和多跨连续结构(在厂房伸缩缝处必须分 开)。预制梁大多为单跨预应力混凝土结构。 吊车梁截面截面形式有矩形、T 吊车梁荷载1.固定荷载:包括自重(按吊车梁实际尺寸 计算),钢轨及附件重根据厂家资料取,初估 时可取1.5~2.0kN/m。 2.移动荷载: 竖向最大轮压Pmax (如图12-5) 23 12-5竖向最大轮压计算简图 一台吊车工作时: m——一台吊车作用在一侧吊车梁上的轮子数; ——吊车跨度,m;24 ——起吊最重件时,主钩至吊车轨道的最小距离,m; 在计算吊车梁时,竖向最大轮压 以动力系数μ,轻级工作制软吊钩吊车动力 系数为1.1。 当小车沿厂房横向行驶突然刹车时,产生横向水平制动力(图12-6),由大车一侧各轮平 均传至轨顶,方向与轨道垂直,并考虑正反 两个方向。各方向均考虑一侧吊车承受,不 再乘动力系数。 当一台吊车工作时: 对硬钩吊车: (12-7)对软钩吊车: (12-8)当两台吊车工作时: 对硬钩吊车: (12-9)对软钩吊车: (12-10)25 式中符号意义同前。 12-6吊车梁承受的横向制动力和扭矩 由大车一侧制动轮传至轨顶,方向与轨道一致,其值为: max(12-11) max——一侧轨道上各制动轮最大 轮压之和,kN。 此外,对预制吊车梁的运输和吊装过程,自 重应乘以动力系数1.5。 吊车梁内力计算吊车梁的内力计算和截面设计包括以下内 承受移动竖向轮压作用的内力计算。26 承受移动横向水平制动力作用的内力计算。 扭矩计算。吊车梁受到的扭矩是由梁顶钢轨安装偏差e (一般为2cm)和由横向水平制动力T 为轨顶到吊车梁顶的垂距,一般取20cm;y 为截面弯曲中心到截面顶面的垂距,如图12-6 所示。 挠度计算。电动桥式吊车最大允许挠度:钢筋混凝土吊车梁为L 裂缝宽度验算和局部拉应力计算。对预制吊车梁须进行施工期的吊装验算。 对预应力混凝土吊车梁还需进行局部应力验 吊车梁是直接承受吊车荷载的承重结构,除吊车梁自重、轨道及附件等均布恒载外, 主要承受移动的竖向集中荷载和横向水平制 27 动力,因此需用影响线求出各计算截面的最 大(或最小)内力,画出内力包络图,并据此进 行截面强度设计及抗裂或限裂、变形等验算。 二、排架柱 排架柱是厂房上部的主要承重结构,它 承受屋面、吊车梁、楼板、风雪等荷载。在 高尾水位的水电站还承受下游水压力。厂房 排架柱一般采用钢筋混凝土结构,以牛腿面 与一般工业厂房相比,水电站排架所具有的特点: 承受的荷载大且种类繁多。大、中型水电站吊车容量常达数百吨,有的达数千吨。 安装间荷载常为0.05 ~0.2 MPa ,发电机层楼 板荷载一般为0.02~0.07 MPa。 排架柱高度较高,通常为20~30m。主 厂房一般为单层排架,安装间单层、多层均 有。排架柱跨度一般在10~25m范围内,且大 多是单跨排架。 28 排架柱的构成多采用实复柱与屋面大梁现场浇筑的整接型式。有的水电站因特殊 需要,屋面采用整片厚板,围护结构采用钢 筋混凝土墙,由厚板、墙、柱整体浇筑构成 排架。 由于水电站厂房水下结构开有各种类型的孔洞及其它布置上的原因,排架柱往往 形成上、下游柱脚不同高程的不等高结构。 在施工过程中,机组的安装使排架柱处于独立承载的不利受力状态。 另外,由于水电站厂房布置各不相同,排 架柱的型式、尺寸、受荷情况也不相同,设 计较难标准化、定型化。 排架柱设计荷载作用在排架柱上的荷载分恒载和活荷载两类 (图12-7)。 (包括防水层重、天棚重);小柱自重G ;吊车梁29 自重G (包括轨道和附件重);楼板荷载;如地面高程高出柱底高程时,在上游侧尚有填土 压力或山岩压力等。 2.活荷载 一般包括屋面活荷载( 人群荷载或雪荷 min、横向水平 制动力T max ,风荷载p 等,温度应力和干缩应力。如果下游水位高出柱底高程时, 还有尾水压力。如厂房建在地震区还有地震 荷载。 12-7排架荷载图 作用在排架柱上的最大竖向荷载 max时的支座反力,D min 30 为另一侧相应的反力,D max min同时产生, 计算时不考虑动力系数。如吊车梁为连续结 构时,可视为简支梁来计算D max 横向水平制动力Tmax 的计算,按下式进行: max maxmax (12-12)荷载组合要选择可能发生的最不利情况进 行组合。 排架计算简图厂房排架结构为一空间构架,但一般均简 化成按纵、横两方向的平面结构分别进行计 由于纵向平面排架柱较多,刚度较大,荷载较小,往往可不必计算。但当厂房围护结 构为砖墙,开窗面积较大,且吊车梁又是简 支的情况下,应进行纵向平面排架柱的计算。 横向平面排架柱由于荷载大,刚度相对较 小,为排架计算的主要内容。 1.计算单元 31 横向平面排架是由相邻柱距的中线划出一 个典型区段作为一个计算单元,如图 12-8 示。除吊车等移动荷载外,图中阴影线部分就是一个排架柱的受荷范围。 12-8 排架计算单元 2.计算简图 排架由于上、下柱截面不等,为一变截面 排架,其计算简图根据柱与屋面大梁、楼板 和基础连接的实际情况选取,如图12-9 所示。 当排架柱与屋面大梁整体浇筑时,柱与梁视为刚接;屋盖采用厚板结构时,也为刚 接;当屋盖采用屋架结构时,柱与屋架视为 铰接。 32 排架柱与基础连接。排架上游柱脚一般假设固定在水轮机层块体混凝土顶部,并避 开进厂钢管或蝴蝶阀坑等大孔洞。如上游墙 较厚,墙柱的刚度比在 12~15 之间时,则上 游柱可假设固定在底墙顶部。当厂房下游墙 为与尾水闸墩整体浇筑的厚墙时,排架下游 柱脚可假设固定在尾水闸墩顶部,否则按固 定在水轮机层考虑。 排架柱与楼板连接。主机间发电机层楼板一般为后浇的二期混凝土,且刚度较小, 楼板可视为柱的铰支承。安装间楼板刚度较 大,且大梁与柱均为一期混凝土整体浇筑, 柱与梁可视为刚接。 计算简图中,横梁的计算工作线取截面形心线(屋架则取其下弦线)。柱取上部小柱的 形心线,整个柱为一阶形变截面构件。 3.计算宽度 计算排架各杆的刚度时,柱截面计算宽度 的取法为:当围护结构为砖墙时,取柱宽; 33 当围护结构为与柱整浇的混凝土墙时,取窗 间净距。横杆计算宽度的取法是:当横杆为 独立梁(即采用预制屋面板)时,取梁宽;当横 12-9主机间和安装间典型排架计算简图 内力计算排架计算中,忽略杆件自身轴向变形的影 响,各杆均视为刚杆计算。 排架的内力计算按《结构力学》的一般方 法进行。如果排架为对称的二阶形柱Π 可利用现成的图表计算内力;如果排架柱为不对称或杆件为变截面时,可利用专门图表 查出各杆件的形常数和载常数,然后用迭代 34 法或力法计算内力。 水电站厂房排架大部分或全部为水上结 构,一般可按《钢筋混凝土设计规范》进行 设计。当排架的施工条件难以符合上述规范 时,则按《水工钢筋混凝土设计规范》设计。 第四节 机墩是立式水轮发电机的支承结构,其底部与蜗壳顶板联成一体,承受着巨大的静、 动荷载,必须具有足够的刚度、强度、稳定 性和耐久性。本节主要介绍适用于大中型水 电站厂房的圆筒式机墩的结构计算原理与方 对于圆筒式发电机层楼板与机墩或风罩的连接方式一般有一以下几种: 1.整体式。这种连接方式可增强机墩结 构的抗扭、抗水平推力的刚度,改善了机墩 的受力情况,是应用最多的一种型式,但这 35 种型式会因混凝土的收缩及机墩的振动而使 楼板发生裂缝。 2.简支式。有利于采用预制构件,并在 机墩处设置弹性防振垫层,以减轻楼板受机 墩振动的影响,简支式的连接构造复杂些, 又不能加强机墩的刚度,因此应用不广。 12-10机墩与楼板的连接方式 3.分离式。楼板与机墩自成独立的受力系 统,互不影响,楼板上的荷载通过梁柱系统 直接传给基础,楼板不受机墩振动的影响。 对小型水电站没有单独的副厂房时,可将部 分辅助设备布置在发电机层楼板上,由于楼 36 板不支承在机墩上,楼板的浇筑及楼板上的 设备的安装均可在机墩施工前进行,可加快 电站的施工进度。 二、作用在机墩上的荷载及荷载组合 荷载1.垂直静荷载A 。包括:机墩自重,发电机层楼板重及其荷载,发电机定子、励磁机 定子及附属设备等重,上机架、下机架重, 定子基础板重,下支架在顶起转子时的负荷。 这些荷载通过定子基础板作用于机墩顶部。 2.垂直动荷载A 。包括:发电机转子连轴及励磁机等重,水轮机转轮连轴重,轴向水 推力。通过推力轴承传给机架再传至机墩。 发电机层楼板传来的荷载应由厂房上部 结构计算得出。机组部分重量和轴向水推力 资料应由制造厂家提供,在未取得厂家资料 以前,机组重量可参考机组造型参数表数据, 轴向水推力可由下式估算: 37 max (kN)(12-13) max——最大水头(m); K——系数。 3.水平动荷载A 。由于发电机转子中心与转动中心不相重合,有一个偏心距e,因而 机组在运行中就产生了惯性离心力,从而引 起机墩的振动离心力。通过导轴承传给机墩。 按下式计算: 正常运行: ——机组转动部分的偏心距,m;G——机组转动部分的重量,kN; ——机组飞逸转速,r/min;4.扭矩荷载 。转子磁场对定子磁场的引力受到切向力的作用,通过机墩基础板 38 的固定螺栓形成机墩扭矩。由下式计算: 机组的正常扭矩: cos975 cos——功率因数; ——机组额定转速,r/min。发电机短路时,由于巨大的短路电流而 产生的突然扭矩,是一个冲击荷载,其值比 正常扭矩大得多,可按下式计算: ——发电机的暂态电抗,其值在0.18~0.33 之间,由厂家提供。 荷载组合机墩荷载组合按表12-3 采用。 39 表12-3 A1A2 A3 A4 正常 正常短路 基本组合 正常运行 特殊组合1.短路时 三、圆筒式机墩的结构计算(一)静力计算 圆筒式机墩按上端自由(不计发电机层楼 板的刚度)下端固结于蜗壳顶盖上(矮机墩除 外)的等截面圆筒计算。作用在机墩上的荷载, 可按均布荷载计算,即按实际作用位置分别 换算为沿相当圆筒中心圆周上的垂直均布 静、动荷载,作用于机墩截面形心。根据力 的平移法则,将全部垂直荷载简化为作用在 圆筒截面中和轴上的轴力 和它对中和轴的弯矩M,如图12-11 所示。 在静力计算时,除轴向水压力外,所有 静动荷载均乘以1.3~1.5 的动力系数。 40 12-11圆筒式机墩结构计算简图 1.内力计算 当圆筒较矮厚,即圆筒高度Lπ 可按整体薄壁长圆筒计算,当筒顶单位周长作用弯矩M时,距端顶x 处截面弯矩Mx 41(12-20) sin(cos ——作用于圆筒顶部中心的单位周长弯矩,kN.m; 圆筒的壁厚,m;作用于距筒顶 处单位周长上的轴力:Px= (12-21)2.各截面的垂直应力分布 求得截面的Mx 及Px 后,可按偏心受压 构件的计算公式求各截面的垂直应力分布: (12-22)式中:Px——作用在距筒顶 处单位周长上的轴力,kN; F——圆筒单位周长上的受压面积, 42 扭矩作用下的剪应力正常扭矩: 。其中d、D分别为计算圆环 的内外直径,m; 短路扭矩的冲击系数,43 水平离心力作用下的剪应力正常运行: 。其它同前。4.机墩强度校核 按第三强度理论进行校核。机墩内外壁 最大主拉应力按下式验算: (12-27)当机组正常运行时,τ x3;短路时, ——混凝土抗拉强度安全系数,44 按《水工钢筋混凝土设计规范》采用。 动力计算(包括验算共振、振幅和动力系数计算) 机墩动力计算目的是: