太浦河泵站底板结构有限元计算与原型观测分析(1)

摘要：本文通过对太浦河泵站底板、顶板和地基进行整体三维有限元分析，全面掌握结构的应力和变形情况，据此指导结构的布置和配筋。通过对泵站进行原型观测和分析，验证计算结果的合理性，并对泵站结构功能的安全性做出评价。

关键词：太浦河泵站 底板 流道 有限元分析 原型观测

1 概述

太浦河泵站主泵房采用堤身式布置，安装有6台斜15^o轴伸泵，泵站设计总流量为300m³/s。为满足伸缩缝的设置要求，采用二机一缝的布置方式，因此泵房共分三块底板，单块底板顺水流方向长40.45m，宽22.5m，厚2m，流道顶板顶厚约1.2m。因泵房基础应力大于其持力土层的地基承载力，经对地基处理方案进行技术经济综合比选后，采用水泥土搅拌桩复合地基加固方案进行地基处理。主泵房北端布置安装间，南端布置35kv变电站。

太浦河泵站主泵房底板在整个泵房结构中占有重要地位，且底板平面尺寸大，结构布置和地基条件复杂，在类似工程建设或运行中，流道顶板均出现裂缝或漏水等现象。为保证太浦河泵站结构设计的正确合理，防止泵房底板、流道顶板等出现裂缝，设计委托河海大学力学研究所对泵房底板和流道进行了整体三维有限元分析，通过计算了解泵房底板和流道的应力和变形的大小和分布，指导相应部位的结构布置和配筋。同时为验证计算结果的合理性，对泵房底板和流道进行了原型观测设计和研究。

2 计算模型

为正确模拟结构的受力变形情况，计算模型考虑了地基－底板和底板－顶板的整体变形和变形连续的条件，计算模型取高程1.45m以下的流道、底板和地基进行整体三维有限元计算。采用空间协调等参单元对空间任意地基进行离散，上部结构则采用能够较好反映弯曲变形性能的空间非协调单元进行离散，运用空间组合有限元法求出结构任意点的应力。地基计算深度取48m，泵房上、下游各取20m，有限元模型见图1。 各分区材料的主要计   

      图1 有限元模型

作者简介:孙卫岳(1965-),男(汉族),江苏苏州人,工学士,高级工程师,从事水工建筑物结构设计与工程管理

算参数见表1。                     

  表1                   各分区材料主要计算参数

将1.45m高程以上排架等各种荷载导算到该高程上，分别进行了6种荷载组合工况计算，计算工况及其水位组合见表2。计算中还考虑了如下边界条件：安装间平均地基应力为120kpa，作为边荷载考虑，侧向土压力按静止土压力计算，地下水位按4.00m考虑。计算中采用了地基反力直线分布和搅拌桩地基两种地基模型。

表2                       计算工况和水位组合

荷载组合	计算工况	进水侧水位（m）	出水侧水位（m）
基本组合	完建工况	-6.05	-4.45
	设计运用工况1	1.70	3.34
	设计运用工况2	5.00	3.29
特殊组合	检修工况	4.02	3.54
	校核运用工况1	5.50	3.29
	校核运用工况2	5.50	4.69

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