【分析研究】
冲乎尔水电站厂房尾水管结构计算
123
王瑞华，周俊伶，王文山
（1．新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐830000；2．新疆水文水资源局水文实验站，新疆乌鲁木齐830000；
3．新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆乌鲁木齐830000）
〔摘
要〕水电站厂房尾水管杆件截面尺寸较大，按弹性地基上的框架进行内力计算，并考虑节点
刚域的影响，进行断面及配筋设计。
中图分类号：TV 741
文章标识码：B
文章编号：1009－0088（2012）06－0020－02
〔关键词〕尾水管; 弹性地基; 节点刚性; 计算
尾水管是冲乎尔水电站厂房水下部分的主要承重结构之一，它的内部形状和尺寸由水轮机制造厂通过水力模型试验确定。为了减少水力损失和厂房开挖量，本电站采用弯形尾水管。尾水管结构设计的主要内容是确定周围混凝土尺寸，进行结构应力分析和截面设计。
3计算原则
尾水管是一个形状复杂和杆截面尺寸较大的空间
结构，在理论上要进行精确计算是十分困难的。因此，在计算中作如下一些简化和假定。
（1）假定尾水管按平面框架计算，其计算跨度不能按一般杆件系统取杆件中心到中心进行计算。
（2）由于尾水管杆件截面尺寸较大，跨高比小，框架计算考虑节点刚性的影响。节点刚性段的长度取节柔性段的长度取净跨。点宽度之半，
（3）尾水管框架各构件相对刚度比较接近，按弹性地基上的框架计算，并考虑侧移影响。
1荷载
尾水管的荷载有自重，蜗壳传来的设备和混凝土
重量，上部排架柱脚或挡水墙传来的荷载。其中，包括吊车起吊最重件时的荷载。内水压力及水重，外水压力，包括扩散段末端顶板上水重、边墩的外水压力及相应的底板扬压力。
4计算截面
本电站尾水管主要由锥管段、弯管段和扩散段组
2计算工况
尾水管结构计算按承载能力极限状态和正常使用
成。弯管段指自中间隔墩的墩头至锥管以下这段，该段结构特点是顶板很厚，底板相对较薄，而两边墩在水平方向为变厚度，实为一复杂的空间结构，要精确计算其应力是很困难的，但为大块体混凝土，采用构造配筋便可满足要求。扩散段是指弯管段末至尾水管出口部分，该段内截面沿水流方向逐渐变化，由圆形渐变成椭圆、至出口部位为矩形。由于尾水管扩散段的顶板厚度、孔口高度和荷载分布在顺水方向均有变化，故计算
极限状态分别进行计算，承载能力极限状态存在持久状况、短暂状况和偶然状况三种工况，正常使用极限状态存在持久状况和短暂状况两种工况（见《水电站厂）。尾水管的出口段设有检房设计规范SL266－2001》
修闸门，检修时尾水管内的水要抽空，故应力以检修情况作为控制工况。尾水管考虑在正常尾水位时检修。
截面选取3个。选取扩散段起始截面、排架柱脚（墙脚）下面和尾水管出口截面等作为计算截面。在有中墩的情况下，在中墩起点的截面由于跨度的突变，此处结构应力会比其余截面大很多，因此，此截面会成为控制断面。
m ，净跨8．081m 。边墙厚度4．2m ，净跨1．95m 。构件截面尺寸较大，考虑节点刚域影响，水平方向构件截面宽取为7．83m ，竖向构件截面宽取为31m ，见图2。
5计算方法
尾水管扩散段为多孔框架，取整个框架进行分析。
图2
荷载与构件
尾水管主要按弹性地基上的框架计算方法进行，采用《水利水电工程设计程序集PC1500》中的“带斜杆带，弹性地基梁的平面框架内力及配筋计算程序G －14”将尾水管框架简化为平面杆系结构的有限元法计算，其中，部分杆件考虑基岩弹性抗力。此法在计算过程中主要如下几点。
（1）结构中既有普通的杆单元，又有弹性地基梁单元。与基础相接触部位单元简化为弹性地梁单元，其余为普通杆单元。
（2）基础地基弹性抗力系数对计算结果的影响很其物理意义为在单位面积上使基础压缩单位长度大，
所需的力，不同类型的岩体其弾性抗力值差别很大，同时，在同一类型岩体也会因节理裂隙不同存在较大差别，因此，一些参数选取经多方论证综合考虑确定。
（3）节点刚域的影响。由于构件截面很大，节点部位转动刚度不容忽视。将刚域构件宽度方向的整个框架长度作为截面宽度进行计算，这样算出的结果与实际受力状态较为吻合。
（4）考虑刚域的特大杆件，其配筋计算结果仅作参考，不能为实际工程使用，需要设计者根据实际情况进行分析确定。
将其模拟为弹性地基上的平面框架，采用PC1500程序进行计算，弯距，见图3。
图3弯距
通过受力分析及结构计算，构件断面尺寸是合理，能满足各种工况下的受力要求，受力钢筋选用Φ28@150（Ⅱ级钢筋），分布钢筋选用Φ22@200（Ⅰ级钢筋）。
7结论
尾水管作为水电站厂房水下部分主要承重结构，
结构形式多种多样，受力状态也较为复杂，按平面框架计算作为一种近似计算方法，一般工程能满足设计要求。但大型机组或基础承载力不好时还需采三维有限元的方法进行复核，设计者进行多方位的综合分析计算，方能做经济合理的截面设计和配筋设计。
（编校：杨亚军）
收稿日期：2012－12－02
6计算实例
冲乎尔水电站工程装机容量4ˑ 27．5万kW =11．
作者简介：王瑞华(1979－) ，工程师，主要从事水利水电工程设计工作
。
0万kW ，尾水管弯管段与扩散段交界处的断面尺寸，见图1。
图1断面尺寸
顶板厚度4．07m ，净跨8．081m 。底板厚度1．79
【分析研究】
冲乎尔水电站厂房尾水管结构计算
123
王瑞华，周俊伶，王文山
（1．新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐830000；2．新疆水文水资源局水文实验站，新疆乌鲁木齐830000；
3．新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆乌鲁木齐830000）
〔摘
要〕水电站厂房尾水管杆件截面尺寸较大，按弹性地基上的框架进行内力计算，并考虑节点
刚域的影响，进行断面及配筋设计。
中图分类号：TV 741
文章标识码：B
文章编号：1009－0088（2012）06－0020－02
〔关键词〕尾水管; 弹性地基; 节点刚性; 计算
尾水管是冲乎尔水电站厂房水下部分的主要承重结构之一，它的内部形状和尺寸由水轮机制造厂通过水力模型试验确定。为了减少水力损失和厂房开挖量，本电站采用弯形尾水管。尾水管结构设计的主要内容是确定周围混凝土尺寸，进行结构应力分析和截面设计。
3计算原则
尾水管是一个形状复杂和杆截面尺寸较大的空间
结构，在理论上要进行精确计算是十分困难的。因此，在计算中作如下一些简化和假定。
（1）假定尾水管按平面框架计算，其计算跨度不能按一般杆件系统取杆件中心到中心进行计算。
（2）由于尾水管杆件截面尺寸较大，跨高比小，框架计算考虑节点刚性的影响。节点刚性段的长度取节柔性段的长度取净跨。点宽度之半，
（3）尾水管框架各构件相对刚度比较接近，按弹性地基上的框架计算，并考虑侧移影响。
1荷载
尾水管的荷载有自重，蜗壳传来的设备和混凝土
重量，上部排架柱脚或挡水墙传来的荷载。其中，包括吊车起吊最重件时的荷载。内水压力及水重，外水压力，包括扩散段末端顶板上水重、边墩的外水压力及相应的底板扬压力。
4计算截面
本电站尾水管主要由锥管段、弯管段和扩散段组
2计算工况
尾水管结构计算按承载能力极限状态和正常使用
成。弯管段指自中间隔墩的墩头至锥管以下这段，该段结构特点是顶板很厚，底板相对较薄，而两边墩在水平方向为变厚度，实为一复杂的空间结构，要精确计算其应力是很困难的，但为大块体混凝土，采用构造配筋便可满足要求。扩散段是指弯管段末至尾水管出口部分，该段内截面沿水流方向逐渐变化，由圆形渐变成椭圆、至出口部位为矩形。由于尾水管扩散段的顶板厚度、孔口高度和荷载分布在顺水方向均有变化，故计算
极限状态分别进行计算，承载能力极限状态存在持久状况、短暂状况和偶然状况三种工况，正常使用极限状态存在持久状况和短暂状况两种工况（见《水电站厂）。尾水管的出口段设有检房设计规范SL266－2001》
修闸门，检修时尾水管内的水要抽空，故应力以检修情况作为控制工况。尾水管考虑在正常尾水位时检修。
截面选取3个。选取扩散段起始截面、排架柱脚（墙脚）下面和尾水管出口截面等作为计算截面。在有中墩的情况下，在中墩起点的截面由于跨度的突变，此处结构应力会比其余截面大很多，因此，此截面会成为控制断面。
m ，净跨8．081m 。边墙厚度4．2m ，净跨1．95m 。构件截面尺寸较大，考虑节点刚域影响，水平方向构件截面宽取为7．83m ，竖向构件截面宽取为31m ，见图2。
5计算方法
尾水管扩散段为多孔框架，取整个框架进行分析。
图2
荷载与构件
尾水管主要按弹性地基上的框架计算方法进行，采用《水利水电工程设计程序集PC1500》中的“带斜杆带，弹性地基梁的平面框架内力及配筋计算程序G －14”将尾水管框架简化为平面杆系结构的有限元法计算，其中，部分杆件考虑基岩弹性抗力。此法在计算过程中主要如下几点。
（1）结构中既有普通的杆单元，又有弹性地基梁单元。与基础相接触部位单元简化为弹性地梁单元，其余为普通杆单元。
（2）基础地基弹性抗力系数对计算结果的影响很其物理意义为在单位面积上使基础压缩单位长度大，
所需的力，不同类型的岩体其弾性抗力值差别很大，同时，在同一类型岩体也会因节理裂隙不同存在较大差别，因此，一些参数选取经多方论证综合考虑确定。
（3）节点刚域的影响。由于构件截面很大，节点部位转动刚度不容忽视。将刚域构件宽度方向的整个框架长度作为截面宽度进行计算，这样算出的结果与实际受力状态较为吻合。
（4）考虑刚域的特大杆件，其配筋计算结果仅作参考，不能为实际工程使用，需要设计者根据实际情况进行分析确定。
将其模拟为弹性地基上的平面框架，采用PC1500程序进行计算，弯距，见图3。
图3弯距
通过受力分析及结构计算，构件断面尺寸是合理，能满足各种工况下的受力要求，受力钢筋选用Φ28@150（Ⅱ级钢筋），分布钢筋选用Φ22@200（Ⅰ级钢筋）。
7结论
尾水管作为水电站厂房水下部分主要承重结构，
结构形式多种多样，受力状态也较为复杂，按平面框架计算作为一种近似计算方法，一般工程能满足设计要求。但大型机组或基础承载力不好时还需采三维有限元的方法进行复核，设计者进行多方位的综合分析计算，方能做经济合理的截面设计和配筋设计。
（编校：杨亚军）
收稿日期：2012－12－02
6计算实例
冲乎尔水电站工程装机容量4ˑ 27．5万kW =11．
作者简介：王瑞华(1979－) ，工程师，主要从事水利水电工程设计工作
。
0万kW ，尾水管弯管段与扩散段交界处的断面尺寸，见图1。
图1断面尺寸
顶板厚度4．07m ，净跨8．081m 。底板厚度1．79