譚 欣，楊苗苗

（中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長春 130021）

1 工程概況

豐滿水電站全面治理（重建）工程是按恢復(fù)電站原任務(wù)和功能，在原大壩下游120.00 m 處新建一座大壩并利用原有三期電站。治理工程實(shí)施后，水電站以發(fā)電為主，兼顧防洪、城市及工業(yè)供水、灌溉、生態(tài)環(huán)境保護(hù)，并具有旅游、水產(chǎn)養(yǎng)殖等效益。電站樞紐工程主要建筑物由碾壓混凝土重力壩、壩身泄洪系統(tǒng)、左岸泄洪兼導(dǎo)流洞、壩后式引水發(fā)電系統(tǒng)、GIS 開關(guān)站、過魚設(shè)施及原有三期電站組成。大壩設(shè)計(jì)地震采用基準(zhǔn)期100 年內(nèi)超越概率2%，相應(yīng)地震水平加速度為131 gal。

本文計(jì)算選取的電梯井位于左岸8 號擋水壩段，電梯井底高程取194.00 m，頂高程269.50 m，總高75.50 m，高程194.00～240.00 m 部分電梯井位于壩體內(nèi)部，高程240.00 m 以上電梯井位于壩體外部下游側(cè)。電梯井?dāng)嗝娉叽鐬?.00 m×6.40 m。

2 電梯井有限元計(jì)算

2.1 抗震計(jì)算方法

采用陣型分解反應(yīng)譜法對電梯井進(jìn)行抗震計(jì)算，采用NB 35047-2015《水電工程水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)反應(yīng)譜。首先進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算，采用振型分解反應(yīng)譜法分別對順?biāo)鞣较颉⒋怪彼鞣较蚣柏Q直方向地震荷載下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，然后采用SRSS 法[1]對各方向結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行組合作為總的地震荷載響應(yīng)。

2.2 混凝土配筋方法

大體積混凝土部分依據(jù)DL/T 5057-2009《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄D（非桿件體系鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的線彈性應(yīng)力圖形法配筋計(jì)算原則）進(jìn)行配筋驗(yàn)算。整理結(jié)構(gòu)混凝土部分各截面內(nèi)力，然后按結(jié)構(gòu)力學(xué)方法配筋。

2.3 計(jì)算參數(shù)

1）地震動參數(shù)

豐滿電站場址100年超越概率2%和100年超越概率1%的地震水平加速度分別為131 gal和172 gal，相應(yīng)的地震動反應(yīng)譜特征周期均為0.20 s。豎向設(shè)計(jì)地震加速度的代表值取水平向設(shè)計(jì)地震加速度代表值的2/3，動力放大系數(shù)最大值采用2.0。

2）材料參數(shù)

壩基巖體及壩體混凝土材料參數(shù)見表1。

表1 材料參數(shù)表

2.4 計(jì)算過程

基于彈性實(shí)體單元理論，采用通用的有限元計(jì)算軟件ANSYS 進(jìn)行計(jì)算，建立大壩、基巖及附屬電梯井的三維實(shí)體模型，采用Solid45 單元模擬大壩混凝土、基巖、電梯井混凝土。計(jì)算工況采用地震工況。基巖側(cè)面施加法向約束，壩體碾壓混凝土橫河向施加側(cè)向約束，底面基巖全約束。荷載主要有自重、上下游水壓力、揚(yáng)壓力、浪壓力、地震荷載[2]?？紤]壩體和庫水的相互作用，地震時(shí)壩上游面動水壓力折算為單位地震加速度相應(yīng)的壩面附加質(zhì)量[3]。有限元計(jì)算模型壩基在上下游及深度方向上各延伸150.00 m，橫水流方向計(jì)算邊界取8 號壩段部分。根據(jù)有限元計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮計(jì)算精度與效率，在此次計(jì)算重點(diǎn)關(guān)注的電梯井附近區(qū)域網(wǎng)格大小采用0.50 m，遠(yuǎn)離電梯井部分的壩體混凝土采用1.50 m，基巖部分采用10.00 m。

3 計(jì)算結(jié)果及分析

電梯井各高程應(yīng)力變形及內(nèi)力計(jì)算結(jié)果不同，高程250.00～269.50 m 網(wǎng)格劃分比較規(guī)則，本文選取250.00 m 高程計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，通過提取薄壁結(jié)構(gòu)部分應(yīng)力并積分最終得到各個(gè)剖面的內(nèi)力。沿電梯井周邊各剖面布置見圖1。

圖1 高程250.00 m 計(jì)算截面及路徑示意圖

根據(jù)提取的應(yīng)力沿路徑積分最終得出的各截面內(nèi)力匯總見表2。由表2 可知，250.00 m 高程電梯井周邊軸力、彎矩、剪力最終計(jì)算結(jié)果均較小，最大彎矩值僅為12.92 kN·m，結(jié)構(gòu)配筋只需按規(guī)范規(guī)定的最小配筋率計(jì)算即可滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。通過采用有限元程序計(jì)算電梯井周圍內(nèi)力及配筋，節(jié)省了工程材料用量，為工程設(shè)計(jì)提供了有效參考。

表2 高程250.00 m 各截面內(nèi)力及配筋匯總

4 結(jié)語

在豐滿水電站全面治理（重建）工程中，對8 號壩段電梯井采用通用有限元程序進(jìn)行抗震計(jì)算，根據(jù)計(jì)算的應(yīng)力轉(zhuǎn)換為可用來配筋的內(nèi)力，為該部位大體積混凝土配筋提供了有效參考，解決了大體積混凝土不適宜手動計(jì)算的問題，同時(shí)，也為大體積混凝土抗震計(jì)算、非桿件體系的結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)提供了有價(jià)值的參考和借鑒經(jīng)驗(yàn)。