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配水环管,是电站厂房结构设计的重要组成部分。配水环管与其周围混凝土要承担水电站运行时的水压力,同时也要承受上部厂房传来的荷载,包括上部混凝土结构的自重和机组重以及其他部件的重量。配水环管埋设于混凝土中,其结构相较于普通的蜗壳结构更加复杂。配水环管的钢衬和周围的混凝土的形状不规则且处于不断的变化之中,而与配水环管相连的岔管结构和外形也非常复杂。因此,随着冲击式水电站的发展,配水环管这种结构形式已越来越多的受到重视。
本文以厄瓜多尔Coca Codo Sinclair(简称CCS)水电站为例,水电站配水环管在不同充水保压值下浇筑外围混凝土方案进行了三维有限元分析,为保压值的优化选择提供参考,计算时考虑了内水压力、结构自重和上部设备重量等常规荷载。根据对混凝土所受应力情况的分析,发现保压值取最小水头(604.9m)的75%、80%和85%三种方案下,充水保压值越高,外围混凝土承载比越小,即越能发挥配水环管的承载作用,同时外围混凝土配筋量随保压值的增加逐渐降低。配水环管保压值的确定,既要考虑外围混凝土应力的影响,又要考虑机组长期稳定运行的要求。综合考虑两方面因素,CCS水电站配水环管保压值建议确定为最小水头(604.9m)的85%,即5.14MPa。另一方面,由两台机组在运行工况和检修工况下的应力对比分析,可以知道它们的应力大小和分布水平规律接近,说明两个机组段之间的结构影响很小,而两台机组配水环管之间的混凝土厚度也相对较大,所以两个机组段配水环管外围混凝土受力相对独立。