魯舟洋

　　(中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西，西安，710065)

　　【摘要】水電站進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性直接關(guān)系到水電站的生產(chǎn)安全性和整體效益，所以一直受到高度關(guān)注，本文在對水電站進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際案例，對水電站進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)展開分析，為提升水電站運(yùn)行的穩(wěn)定性和持續(xù)性做出努力。

　　【關(guān)鍵詞】水電站;進(jìn)水塔結(jié)構(gòu);抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　前言：

　　水電站的進(jìn)水塔通常設(shè)置在水位變化幅度較大的天然河道、人工水庫、胡波、調(diào)節(jié)池等水體的供水或泄水系統(tǒng)的首部，其在運(yùn)行的過程中安全性可能會受到地震等自然災(zāi)害的威脅，所以在設(shè)計(jì)的過程中需要針對水電站進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

　　一、水電站進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)分析

　　受不同水電站進(jìn)水塔的工程地質(zhì)、作業(yè)環(huán)境、地形條件等方面存在差異影響，目前水電站進(jìn)水塔要分為純塔和斜塔兩種形式，前者主要應(yīng)用于山巖不理想且岸坡較緩的施工條件，而后者主要利用斜靠岸坡提升自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在應(yīng)用的過程中啟閉機(jī)室和山巖間不需要架橋連接，而且閘門槽和喇叭口等結(jié)構(gòu)需要設(shè)置在山巖以外，但兩者在結(jié)構(gòu)上通常均為鋼筋混凝土薄壁空腹塔式結(jié)構(gòu)，需要利用工作橋?qū)⒔Y(jié)構(gòu)頂部和河岸相連，此種結(jié)構(gòu)在應(yīng)用過程中水壓力會對其四周同時(shí)產(chǎn)生作用[1]。目前我國在對水電站進(jìn)水塔進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，需要先對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置，以一字型和獨(dú)立型結(jié)構(gòu)布置為主，例如我國黃河小浪底塔形為一字型布置，其在動力穩(wěn)定性、垂直剛度和動力校核等方面都具有明顯的優(yōu)勢;瀘定水電站采用獨(dú)立型布局，其主要應(yīng)用于單洞流量較大的泄洪洞進(jìn)口，其在順流剛度、塔體高度與塔體厚度的比值均較大，對結(jié)構(gòu)抗折設(shè)計(jì)的要求較高。

　　二、水電站進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　(一)全面認(rèn)識傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)的有效手段

　　傳統(tǒng)水電站進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的主要原理是將地震能量通過塔體結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震中發(fā)生的塑性變形能和滯回耗能進(jìn)行耗散，可見在其設(shè)計(jì)過程中對相關(guān)區(qū)域耗能性能進(jìn)行準(zhǔn)確判定直接關(guān)系到進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)的抗震能力。其在設(shè)計(jì)的過程中主要通過以下四方面實(shí)現(xiàn)抗震：首先，在設(shè)計(jì)的過程中有意識的利用設(shè)置某裝置，使地震區(qū)域與進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)相隔離，以此降低地震震動對進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)的影響程度，使地震的影響方式發(fā)生變化，進(jìn)而提升進(jìn)水塔的安全性;其次，在設(shè)計(jì)的過程中通過增加相應(yīng)的措施或附加某種結(jié)構(gòu)，使地震向進(jìn)水塔傳遞的能量被吸收或消散，以此提升進(jìn)水塔在地震中的安全性;再次，在設(shè)計(jì)的過程中結(jié)合進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)地震放映，利用地震系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)對進(jìn)水塔施加一定的控制力，使進(jìn)水塔在地震中的振動幅度和強(qiáng)度等降低，進(jìn)而提升進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)的抗震能力[2]。另外，結(jié)合傳統(tǒng)進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)原理，可以在震源方面對震源強(qiáng)度進(jìn)行控制，減少其對進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)的影響，但受地震不確定性、規(guī)模較大等因素的影響，此類設(shè)計(jì)具體開展途徑至今并未形成。

　　(二)綜合分析動力響應(yīng)

　　動力響應(yīng)的位移、速度、應(yīng)力等物理量對進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)均具有直接影響，在設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)盡可能使塔體結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震環(huán)境中產(chǎn)生的最大應(yīng)力縮減，而且進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)的體積和質(zhì)量達(dá)到最優(yōu)的狀態(tài)，換言之在設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)的進(jìn)水塔體積要不大于進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)尺寸對應(yīng)的體積，即不能夠超出材料上限;設(shè)計(jì)的變量要在設(shè)計(jì)變量的下限與上限之間等，現(xiàn)階段主要通過ANSYS程序在設(shè)計(jì)過程中對動力響應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化[3]。例如某水電站的進(jìn)水塔塔頂絕對高度在75米以上，在抗震設(shè)計(jì)時(shí)要求其抗震的能力達(dá)到度以上，但由于進(jìn)水塔要與部分建筑物直接相連，而且在塔頂存在建設(shè)難度較大的啟閉機(jī)房，在混凝土結(jié)構(gòu)和周圍水體的動力耦聯(lián)作用下，進(jìn)行進(jìn)水塔的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度提升，在此情況下需要先落實(shí)綜合的動力響應(yīng)分析，明確在此進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)中其抗震承載能力和抗震穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，并合理的設(shè)置攔污柵、閘門、觀測儀器等結(jié)構(gòu)，使塔體結(jié)構(gòu)在地震時(shí)可以有效的和背后山體、地基巖體的相互作用，形成三維結(jié)構(gòu)功力等，提升整體結(jié)構(gòu)的抗震能力。

　　(三)有意識的應(yīng)用有效抗震手段

　　在進(jìn)水塔抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，可以通過有意識的強(qiáng)化進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)中的抗震能力較弱的結(jié)構(gòu);對進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)的連接部位進(jìn)行加強(qiáng);對進(jìn)水塔上部和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的整體性進(jìn)行優(yōu)化，合理的增加配筋數(shù)量使，進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)的延性得到優(yōu)化;對地基進(jìn)行必要的加固;對施工中設(shè)計(jì)施工質(zhì)量的因素進(jìn)行明確說明;將橡膠墊塊、消能支座等積極的應(yīng)用于進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)中，減小地震對水電站進(jìn)水塔的影響等。在設(shè)計(jì)的過程中具體選擇抗震方法，需要結(jié)合具體實(shí)際進(jìn)行靈活的選擇。

　　(四)對進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的調(diào)整

　　某水電站進(jìn)水塔的尺寸如表1所示，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合其地形條件，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，如，為提升進(jìn)水塔側(cè)向的剛度，將4排支撐連桿優(yōu)化設(shè)計(jì)為整體隔梁并將山體開挖量和進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)順?biāo)�流向長度減少;為使進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)部分的整體性提升，使回填的素混凝土高度在原有程度上適當(dāng)加大;為提升結(jié)構(gòu)和回填素混凝土的整體性特征，將連接插筋有意識的設(shè)置在混凝土施工過程等。結(jié)合動力計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在對進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理調(diào)整后，該進(jìn)水塔的抗震能力明顯提升。[4]

　　表1案例水電站進(jìn)水塔設(shè)計(jì)中對進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)尺寸調(diào)整的前后對比數(shù)據(jù)

　　結(jié)論：通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段人們已經(jīng)認(rèn)識到水電站進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的必要性，并在實(shí)踐中有意識的結(jié)合工程的特定、功能、地理要素等進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，這是水電站進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平提升的具體體現(xiàn)，需要不斷的完善和推廣。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]鄭宏鴻.進(jìn)水塔抗震數(shù)值計(jì)算及配筋設(shè)計(jì)[D].大連：大連理工大學(xué)，2015.

　　[2]黃旭東，任旭華，張繼勛.水電站進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)抗震性能評估[J].水電能源科學(xué)，2012，09：85-88+205.

　　[3]黃輝,李武誠.兩河口水電站工程建設(shè)難點(diǎn)預(yù)測分析及應(yīng)對措施[J].甘肅水利水電技術(shù).2013(09)

　　[4]趙海濤,駱勇軍,王潘繡,岳春偉.高聳鋼筋混凝土進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)抗震穩(wěn)定性分析與安全評估[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào).2012(06)

　　作者簡介：

　　魯舟洋(1989.1-)，男，漢族，陜西省洋縣人，中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司助理工程師，碩士，研究方向：水工結(jié)構(gòu),郵編：710065。

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