水电站进水口漂浮式拦污排张力计算-中国科技论文在线.PDFVIP

水 　　利 　　学 　　报 　2005 年 3 月 SHUILI 　　XUEBAO 第 36 卷 　第 3 期 ( ) 文章编号 2005 0303030600 水电站进水口漂浮式拦污排张力计算 1 2 3 3 徐远杰 ,杨建东 ,陈辉春 ,关江 ( 1 武汉大学 土木建筑工程学院 ,湖北 武汉　430072 ;2 武汉大学 水利水电学院 ,湖北 武汉　430072 ; 3 国家电力公司中南勘测设计研究院,湖南 长沙　410014) 摘要 :水电站进水口漂浮式拦污排由若干浮箱链接成索状 ,可简化为柔系平面结构。将水流、风和波浪对拦污排浮 箱的作用转化为链节点作用力 ,然后根据虚功原理导出描述拦污排平衡状态的非线性方程组 ,并采用迭代方法求 得漂浮式拦污排轴线张拉形状和张力数值解。洪江水电站工程实例计算结果表明 :拦污排形态和轴向张力分布规 律受水流单独或与风、波浪组合作用的影响非常明显 ,不同运行工况呈现不同的形态 ,且张力一般呈非均匀分布 , 岸边支墩反力值大于坝前支墩反力值 ,张拉形态和张力分布与悬链线理论计算结果差别较大。尤其在不发电泄洪 运行工况下 ,进水口水域主流方向变化显著、流速增大 ,拦污排将出现非稳定性态 ,可能产生流体诱发大幅度摆动。 关键词 :水电站 ;进水口 ;漂浮式拦污排 ;张力计算 中图分类号:TV671 文献标识码 :A 水电站进水口通常布置单层拦污栅或双层拦污栅拦截库区漂浮污物 ,但由于污物量大 ,经常堵塞拦 污栅 ,轻则导致水头降低 ,机组出力减少 ,影响发电效益 ;重则会损坏拦污栅结构 ,严重时危及机组运行 安全。水电站停机检修拦污栅或清污是费工、费时的棘手工作。目前拦污和排污的工程措施已作为水 [1～2 ] 电站设计中的专项研究课题 , 已有水电站将漂浮式拦污排纳入水电站进水口拦污和排污系统设计 之中[3 ] ,有的水电站在布置双排拦污栅的基础上又布置了漂浮式拦污排 ,并且在枢纽中专门布置了排污 道[4 ] 。有的完建水电站再增设漂浮式拦污排[5 ] ,作为进水口拦污系统的第一道屏障。漂浮式拦污排通 常由若干浮箱、拉杆沿轴线铰接相连 ,形成柔系结构体系。浮箱用钢板焊接密封不进水 ,确保拦污排漂 浮在进水口上游水域。每个浮箱上固定一块拦污栅叶 ,主要作用是阻拦库区上游来流的飘浮物并有部 分破浪的作用。拦污排两端浮箱约束在支墩垂直导槽内 , 随上游库水位变化使全部浮箱自适应升降。 拦污排在水面受到的全部荷载将转化为张力并经过约束在支墩导槽内浮箱最终传递给布置在大坝电站 入水口支墩和岸边支墩。因此 ,合理地确定轴向张力大小是漂浮式拦污排设计关键条件。 目前漂浮式拦污排的设计尚处于工程探索阶段,没有相应的设计技术规程或规范可循 ,有的工程虽 完建 ,但尚未遭遇汛期大洪水考验 ,能否安全渡汛 , 尚存在疑问;有的工程则在洪水期已出现拦污排溃散 事故 ;个别工程甚至出现屡建屡败、最后被迫放弃的窘况[6 ] 。其主要原因是缺乏比较真实反映漂浮式拦 污排受力状态的结构分析方法 ,导致设计比较盲目 ,也难以采取得当的技术措施与对策。 漂浮式拦污排属于柔性大位移结构体系 ,在坝前水域受到复杂水流、大风、波浪和漂浮物冲击等荷 载单独或共同作用 , 由于不同工程水电站枢纽布置情况各异、库区污物来量和种类不同,水电站进水口 所在地域、地形、地貌和气候条件变化、发电与泄洪设计洪水标准不一等因素 ,使得在不同运行条件下 , 漂浮式拦污排产生不同的张拉形状和张力。目前国内有关公开文献报道的研究工作重点均局限于经验 布置和设计方案的探讨[6～8 ] ,有关结构张力计算多假设为悬链线[9 ] ,张力计算结果与实际情况有较大差 别。本文探讨水流力、风力和波浪力作用下漂浮式拦污排结构拟静力张拉形状和张力的计算方法。