第46卷第6期Vol．46No．6JOUＲNALOFSICHUANUNIVEＲSITY(ENGINEEＲINGSCIENCEEDITION)2014年11月Nov．2014文章编号:1009-3087(2014)06-0078-07冲击式水轮机配水环管和厂房结构静动力承载性能研究石长征，伍鹤皋，畅(武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉430072)摘要:为研究冲击式水轮机配水环管在高内水压力作用下的损伤特征，及其对结构动力特性的影响，基于混凝土塑性损伤模型，对配水环管和厂房结构进行非线性有限元静力分析，并在此基础上计算结构的自振特性和机组振动荷载作用下的动力响应。结果表明:配水环管虽保压埋设，但由于内压较高，配水环管外围混凝土在管顶、管腰内侧和岔管处仍易出现损伤，且管顶和管腰的损伤贯穿至混凝土表面，大部分内水压力由钢衬和钢筋承担;分岔处应力集中明显，但因管径较小，钢衬厚度较大，钢衬和钢筋的应力仍能满足安全需要。配水环管外围混凝土的损伤，使局部结构刚度降低，导致机墩不均匀上抬变形和振动响应有所增加，但不会对整体结构的承载力造成明显影响。关键词:水电站;冲击式水轮机;配水环管;混凝土损伤;自振特性;机组振动中图分类号:TV731．6文献标志码:AStudyontheStaticandDynamicBearingBehaviorsofPeltonTurbineDistributorandHydropowerHouseSHIChangzheng，WUHegao，JIANGChang(StateKeyLab．ofWaterＲesourcesandHydropowerEng．Sci．，WuhanUniv．，Wuhan430072，China)Abstract:Inordertostudytheconcretedamagecharacteristicofpeltonturbinedistributoranditseffectsonthedynamicbehaviorsofthehydropowerhouse，nonlinearstaticanalysisofthedistributorandpowerhousewascarriedoutusingconcreteplastic-damagemodelbyfiniteelementmethod．Basedontheconcretedamagestate，thenaturalvibrationpropertiesandtheresponsetogeneratingunitvibra-tionwerecalculatedsubsequently．Theresultsshowedthatthoughtheconcretesurroundingthedistributorispouredaftersteelpipecar-ryingpartsoftheinternalpressurealone，theconcreteinsomeregionsisstillapttodamage．Theseregionsincludethetopofthepipe，theinsidewaistofpipeandthebranchacuteangleregion．Usuallythedamageoriginatingfromthetopandwaistofthepipewillextendtotheconcretesurface．Becauseoftheconcretedamage，thesteelpipeandrebartakemostoftheinternalpressureespeciallyinthebranchingregion，butthestressesofsteelpipeandrebararestillintheallowablerangeduetothesmalldiameterandlargepipeshellthickness．Simultaneouslytheconcretedamageleadstothereductionoflocal献［1－2］对配水环管结构进行了配筋率、保压值和温度荷载等因素的影响研究，但都采用的是水轮机层1/6机组段局部模型;张启灵等［3］选取配水环管管径较大的断面，采用平面轴对称模型进行了平面非线性计算，上述研究反映了结构的基本承载规冲击式水轮机配水环管相当于反击式水轮机的蜗壳结构，由于水头高，一般保压浇筑其外围混凝土。对于充水保压蜗壳结构，中国从天生桥水电站开始，包括二滩、三峡等多个大型水电站采用了此类蜗壳结构，并展开了系统研究，但目前对冲击式水轮机配水环管结构的理论研究和工程实践还较少。文收稿日期:2014－03－12基金项目:国家自然科学基金资助项目(51179141)作者简介:石长征(1983—)，女，博士后．研究方向:水电站压力管道和厂结构．E-mail:scz4@163．comhttp://jsuese．scu．edu．cn第6期石长征，等:冲击式水轮机配水环管和厂房结构静动力承载性能研究79环管及其上部厂房结构的整体模型进行了非线性计算，得到了混凝土的开裂区和钢筋应力，但成果仅限于静力方面。目前配水环管动力特性方面的研究很少，特别是混凝土开裂后的动力特性尚待研究。配水环管有渐变的不规则外形，沿管轴线每隔一定距离分岔以连接喷嘴，比普通蜗壳更为复杂，承受内压也通常更高，对其静动力承载性能展开研究十分必要。作者将结合某工程实例，采用有限...