电站结构（精选11篇）
电站结构 篇1
1 工程简介
羊头铺水电站工程坝址控制流域面积4439.3km2, 水库正常蓄水位247m时相应库容2367.5万m3, 校核洪水位255.242m时相应库容6272万m3, 电站总装机容量40MW。采用河床式厂房+泄洪冲沙闸+溢流坝+重力坝的枢纽总布置方案。羊头铺水电枢纽属Ⅲ等中型工程, 其中水库为中型, 电站装机为小 (1) 型。枢纽主要建筑物泄洪冲沙闸按3级建筑物设计。本工程设计确定设计流量8093m3/s (P=2%) , 校核流量11986m3/s (P=0.2%) 。
泄洪冲沙闸紧靠厂房布置, 闸室共5孔, 每孔净宽12.0m, 泄洪冲沙闸挡水总宽度为82.0m, 闸室顺水流方向长24.0m。闸底板建于中风化基岩上, 建基面高程227.0m、顶高程231.0m, 闸墩顶高程257.55m。泄洪冲沙闸检修闸门设一台移动式门机, 门机轨道中心间距9.0m, 门机大梁为T型梁, 梁高1.5m。工作闸门为平板闸门, 启闭机平台高程278.55m, 净宽6.4m, 其上设有工作闸门固定式启闭机。闸室上游侧设检修闸门槽, 中段设工作闸门槽。检修闸门门槽距闸室上游端7.07m, 距工作闸门槽9.0m。
2 闸底板的结构型式及分缝宽度
本工程结合地质情况, 采用平底板宽顶堰结构型式。工程布置采用一跨一缝, 永久缝设置于闸墩中间, 本工程最大分缝宽度为17m。
3 荷载计算及组合
3.1 基本荷载
基本荷载有: (1) 水闸结构及其上部结构和永久设备自重; (2) 相应于正常蓄水位或设计洪水位情况下水闸底板上的水重; (3) 相应于正常蓄水位或设计洪水情况下的静水压力; (4) 相应于正常蓄水位或设计洪水情况下的扬压力 (及浮托力与渗透压力之和) ; (5) 土压力; (6) 淤沙压力; (7) 风压力; (8) 相应于正常蓄水位或设计洪水情况下的浪压力。
3.2 特殊荷载
特殊荷载有: (1) 相应于校核洪水位情况下水闸底板上的水重; (2) 相应于校核洪水位情况下的静水压力; (3) 相应于校核洪水位情况下的扬压力 (及浮托力与渗透压力之和) ; (4) 相应于校核洪水位情况下的浪压力。
3.3 荷载组合
计算考虑作用在水闸上的荷载组合如表1所示。
4 闸底板结构内力计算
4.1 整体式平底板计算方法的选用
底板支撑在地基上, 因其平面尺寸远较厚度为大, 可视为地基上的一块板, 受力情况比较复杂, 计算采用近似的计算方法进行强度分析, 本工程采用弹性地基梁法进行计算。弹性地基梁法是将梁与地基都视为弹性体, 梁卧置于弹性地基上, 梁受荷载发生弯曲变形, 地基受压产生沉降, 而梁与地基紧密接触, 所以他们的变形和沉降是相等的, 根据变形协调条件和静力平衡条件, 确定地基反力及梁的内力。采用弹性地基梁法分析水闸闸室底板应力时, 考虑可压缩土层厚度 (T) 与弹性地基梁半长 (L/2) 之比值的影响, 计算采用文克尔假定的基床系数法。
4.2 基床系数K值的确定
选用基床系数法 (文克尔假定) 计算弹性地基梁水闸底板内力时, 应首先确定基床系数K值。基床系数K是使单位面积的地基上产生单位变形所需的力, K值反映了地基特性, 即地基坚硬或软弱的程度, 合理选择K值对于计算成果的精确性和可靠性具有重要意义。K值的确定通常有三种途径: (1) 按理论公式或经验公式确定; (2) 工程实践积累数据; (3) 试验确定。
本工程采用中国船舶工业总公司第九设计院编《弹性地基梁及矩形板》介绍的魏锡克建议的计算方法, 该方法是利用地基弹模、地基泊桑比、基础梁的弹模、惯性矩和基础梁宽度来计算基床系数, 根据本工程地质资料, 计算确定基床系数K=500000k N/m3。
4.3 板条 (闸底板) 及墩条 (闸墩) 不平衡剪力的计算
当闸门上下游水位差较大时, 以闸门为界, 将闸室分为上下游两段, 分别在两段的中央取一单宽板条进行分析和计算。由于闸室上的荷载沿水流方向是有突变的 (门机大梁、工作桥和启闭框架等设备只是在闸顶某一局部处) , 而地基反力是连续变化的, 作用于整个闸段的荷载是不平衡的。计算底板时, 取单位宽度为脱离体, 向上的荷载不等于向上的荷载, 从而产生不平衡剪力。这个不平衡剪力由脱离体两侧闸墩和底板截面上的剪力差来平衡, 剪应力之和的差值即为不平衡剪力。
对正常运行工况, 以工作闸门前为界, 分闸室为上下游两段, 各自承担分段内的上部结构重力和其它荷载 (水重、浮托力、渗透压力及地基反力等竖向荷载) 。对检修工况, 以检修闸门前为界, 分闸室为上下游两段, 各自承担分段内的上部结构重力和其它荷载 (水重、浮托力、渗透压力及地基反力等竖向荷载) 。
4.4 闸墩及底板不平衡剪力的分配计算
分配原则:不平衡剪力Q由闸墩及底板共同承担、各自承担的数值, 本工程是闸底板和闸墩是简单的板条和墩条截面, 计算直接应用积分法求解。
由材料力学可知, 截面上的剪应力:
式中:J———截面惯性矩;
Q———截面上的不平衡剪力;
S———计算截面以下 (外) 的面积对全截面形心轴的面积矩;
b———截面在y处的宽度, 底板部位为一闸段的底板长度 (垂直水流向) , 在闸墩部位则为闸墩厚度总和。
则闸底板板条上的不平衡剪力Q底板按下式计算:
4.5 计算基础梁上的荷载
(1) 分配给闸墩的不平衡剪力作为梁的集中力:
式中:∑G1———作用在1号闸墩上的自重 (顺水流向单宽1m) ;
∑G2———作用在2号闸墩上的自重 (顺水流向单宽1m) 。
(2) 分配给底板上的不平衡剪力化作均布荷载, 与其他荷载合并。单宽板条上的均布荷载q为:
式中:q地———单宽板条上的地基反力;
q扬———单宽板条上的扬压力;
q底———单宽板条上的底板自身重力;
q底———单宽板条上的水重。
4.6 基床梁的类型确定
按文克尔模型计算弹性地基梁, 基础梁可分为长梁, 有限长梁和刚性梁。
先计算基础梁的特征系数β:
式中:E———基础梁的弹性模量;E=3.3×106k Pa;
I———基础梁的截面惯性矩;I=Bh3/12, h为基础梁厚度;
B———基础梁的宽度;B=1。
经计算, β=0.29, 本工程基础梁均属有限长梁。
4.7 计算结果
闸室弯矩M、剪力V、横向基底反力P见表2~6。
5 结论
本文对水闸底板计算采用文克尔假定的基床系数法进行计算, 考虑了基床系数K值的选择和不平衡剪力的计算, 计算结果表明, 采用文克尔假定的基床系数法计算水闸底板结构简单实用, 对同类工程具有一定参考。
摘要：本文对水闸底板计算采用文克尔假定的基床系数法进行计算, 考虑了基床系数K值的选择和不平衡剪力的计算, 计算结果表明, 采用文克尔假定的基床系数法计算水闸底板结构简单实用, 对同类工程具有一定参考。
关键词：文克尔假定的基床系数法,基床系数K,不平衡剪力
参考文献
[1]王世夏.水工设计的理论和方法 (第一版) .中国水利水电出版社,
[2]中国船舶工业总公司第九设计院编.弹性地基梁及矩形板 (第一版) .国防工业出版社出版, 1983, 1.
电站结构 篇2
1.1 在施工图设计阶段，结构专业设计文件应包括图纸目录、设计说明、设计图纸、计算书。
1.2 图纸目录。应按图纸序号排列，先列新绘制图纸，后列选用的重复利用图和标准图。
1.3 结构设计总说明。每一单项工程应编写一份结构设计总说明，当工程较简单时，亦可将总说明的内容分散写在相关部分的图纸中。结构设计总说明应包括以下内容：、工程概况。
1)工程地点、工程分区、主要功能；
2)各单体(或分区)建筑的长、宽、高，地上与地下层数，各层层高，主要结构跨度，特殊结构及造型，工业厂房的吊车吨位等。
2、设计依据。
1)主体结构设汁使用年限；
2)自然条件：基本风压、基本雪压、气温(必要时提供)、抗震设防烈度等； 3)工程地质勘察报告；
4)场地地震安全性评价报告(必要时提供)； 5)初步设计的审杳、批复文件；
6)采用桩基础时，应有试桩报告或深层半板载荷试验报告或基岩载荷板试验报告(若试桩或试验尚未完成，应注明桩基础图不得用于实际施工)；
7)本设计所执行的主要法规和所采用的主要标准(包括标准的名称、编号、年号和版本号)。
3、图纸说明。
1)图纸中标高、尺寸的单位；
2)设计±0.000标高所对应的绝对标高值；
3)常用构件代码及构件编号说明；
4)各类钢筋代码说明，型钢代码及截面尺寸标记说明；
5)混凝土结构采用平面整体表示方法时，应注明所采用的标准图名称及编号或提供标准图。
4、建筑分类等级。应说明下列建筑分类等级及所依据的规范或批文：
1)建筑结构安全等级；
2)地基基础设计等级；
3)建筑抗震设防类别；
4)钢筋混凝土结构抗震等级；
5)地下室防水等级；
6)混凝土构件的环境类别。、主要荷载(作用)取值。
1)楼(屋)面面层荷载、吊挂(含吊顶)荷载；
2)墙体荷载、特殊设备荷载； 3)楼(屋)面活荷载；
4)风荷载；
5)地震作用；
6、设计计算程序。
1)结构整体计算及其他计算所采用的程序名称，版本号、编制单位。7、主要结构材料。
1)混凝土强度等级、防水混凝土的抗渗等级、轻骨料混凝土的密度等级；注明混凝土耐久性的基本要求；
2)砌体的种类及其强度等级、干容重，砌筑砂浆的种类及等级，砌体结构施工质量控制等级；
3)钢筋种类、钢绞线或高强钢丝种类及对应的产品标准，其他特殊要求(如强屈比等)；
8、基础及地下室工程。
1)工程地质及水文地质概况，各主要土层的压缩模量及承载力特征值等；对不良地基的处理措施及技术要求，抗液化措施及要求等；
2)注明基础形式和基础持力层；采用桩基时应简述桩型、桩径、桩长、桩端持力层及桩进入持力层的深度要求，设计所采用的单桩承载力特征值(必要时尚应包括竖向抗拔承载力和水平承载力)等； 3)地下室抗浮(防水)设计水位及抗浮措施，施工期间的降水要求及终止降水的条件等；
4)基坑、承台坑回填要求；
5)基础大体积混凝土的施工要求；
9、钢筋混凝土工程。
1)各类混凝土构件的环境类别及其受力钢筋的保护层最小厚度；
2)钢筋锚固长度、搭接长度、连接方式及要求；各类构件的钢筋锚固要求； 3)顶应力构构采用后张法时的孔道做法及布置要求、灌浆要求等；预应力构件张拉端、固定端构造要求及做法，锚具防护要求等（必要时提供）；
4)预心力结构的张拉控制应力、张拉顺序、张拉条件(如张拉时的混凝土强度等)、必要的张拉测试要求等；
5)梁、板的起拱要求及拆模条件；
6)后浇带或后浇块的施工要求(包括补浇时间要求)； 7)特殊构件施工缝的位置及处都要求；
8)预留控洞的统一要求（如补强加固要求)，各类预埋件的统一要求；
9)防雷接地要求。、钢结构工程。（必要时提供）
1)概述采用钢结构的部位及结构形式、主要跨度等；
2)钢结构材料：钢材牌号和质量等级，及所对应的产品标准；必要时提出物理力学性能和化学成分要求；必要时提出其他要求，如强屈比、Z向性能、碳当量、耐候性能、交货状态等；
3)焊接方法及材料：各种钢材的焊接方法及对所采用焊材的要求；
4)螺栓材料：注明螺栓种类、性能等级，高强螺栓的接触回处理方法、摩擦面抗滑移系数，以及各类螺栓所对应的产品标准；
5)焊钉种类及对应的产品标准；
6)应注明钢构件的成形方式(热轧、焊接、冷弯、冷压、热弯、铸造等)，圆钢管种类(无缝管、直缝焊管等)；
7)压型钢板的截面形式及产品标准；
8)焊缝质量等级及焊缝质量检查要求； 9)钢构件制作要求；
10)钢结构安装要求，对跨度较大的钢构件必要时提出起拱要求；
11)涂装要求：注明除锈方法及除锈等级以及对应的标准；注明防腐底漆的种类、干漆膜最小厚度和产品要求；当存在中间漆和面漆时，也应分别注明其种类、干漆膜最小厚度和要求；注明各类钢构件所要求的耐火极限、防火涂料类犁及产品要求；注明防腐年限及定期维护要求；
12)钢结构主体与围扩结构的连接要求；
13)必要时，应提出结构检测要求和特殊节点的试验要求。
11、砌体工程。
1)砌体墙的材料种类、厚度，填充墙成墙后的墙重限制；
2)砌体填充墙与框架粱、柱、剪力墙的连接要求或注明所引用的标准图； 3)砌体墙上门窗洞口过梁要求或注明所引用的标准图；
4)需要设置的构造柱，圈梁(拉梁)要求及附图或注明所引用的标准图。
12、检测(观测)要求。
1)沉降观测要求；
2)大跨度结构及特殊结构的检测或施工安装期间的监测要求；
3)高层、超高层结构成根据情况补充日照变形观测等特殊变形观测要求。、施工需特别注意的问题。
1.4基础平面图。
1、绘出定位轴线、基础构件(包括承台、基础梁等)的位置、尺寸、底标高、构件编号；基础底标高不同时，应绘出放坡示意图；表示施工后浇带的位置及宽度。、标明砌体结构墙与墙垛、柱的位置与尺寸、编号；混凝土结构可另绘结构墙、柱平面定位图，并注明截面变化关系尺寸。、标明地沟、地坑和已定设备基础的平面位置、尺寸、标高，预留孔与预埋件的位置、尺寸、标高。、需进行沉降观测时注明观测点位置(宜附测点构造详图)。、基础设计说明应包括基础持力层及基础进入持力层的深度、地基的承载力特征值、持力层验槽要求、基底及基槽回填上的处理措施与要求，以及对施工的有关要求等。6、采用桩基时，应绘出桩位平面位置、定位尺寸及桩编号；先做试桩时，应单独绘制试桩定位平面图。
7、当采用人工复合地基时．应绘出复合地基的处理范围和深度，置换桩的平面布置及其材料和性能要求、构造详图；注明复合地基的承载力特征值及变形控制值等有关参数和检测要求。
当复合地基另由有设计资质的单位设计时．基础设计方应对经处理的地基提出承载力特征值和变形控制值的要求及相应的检测要求。
1.5 基础详图。
1、砌体结构无筋扩展基础应绘出剖面、基础圈粱、防潮层位置，并标注总尺寸、分尺寸、标高及定位尺寸。
2、扩展基础应绘出平，剖面及配筋、基础垫层，标注总尺寸、分尺寸、标高及定位尺寸等。
3、桩鞋应绘出桩详图、承台详图及桩与承台的连接构造详图。桩详图包括桩顶标高、桩长、桩身截面尺寸、配筋．预制桩的接头详图，并说明地质概况、桩持力层及桩端进入持力层的深度、成桩的施工要求、桩基的检测要求，注明单桩的承载力特征值(必要时尚应包括竖向抗拔承载力及水平承载力)。先做试桩时，应单独绘制试桩详图并提出试桩要求。承台详图包括平面、剖面、垫层、配筋，标注总尺寸、分尺寸、标高及定位尺寸。
4、筏基、箱基可参照现浇楼面梁、板详图的方法表示，但应绘出堆重墙、柱的位置。当要求设后浇带时，应表示其平面位置并绘制构造详图。对箱基和地下室基础，应绘出钢筋混凝土墙的平面、剖面及其配筋。当预留孔洞、预埋件较多或复杂时，可另绘墙的模板图。
5、基础粱可参照现浇楼面梁详图方法表示。
注：对形状简单、规则的无筋扩展基础、扩展基础、基础梁和承台板．也可用列表方法表示。
1.6 结构平面图。
1、一般建筑的结构平面图，均应有各层结构平面图及屋面结构平面图，具体内容为： 1)绘出定位轴线及梁、柱、承重墙、抗震构造柱位置及必要的定位尺寸，并注明其编号和楼面结构标高；
2)采用预制板时注明预制板的跨度方向、板号，数量及板底标高，标出预留洞大小及位置；预制粱、洞口过梁的位置和型号、梁底标高；
3)现浇板应注明板厚、板面标高、配筋(亦可另绘放大的配筋图．必要时应将现浇楼面模板图和配筋图分别绘制)，标高或板厚变化处绘局部剖面，有预留孔、埋件、已定设备基础时应示出规格与位置，洞边加强措施，当预留孔、埋件、设备基础复杂时亦可另绘详图；必要时尚应在平面图中表示施工后浇带的位置及宽度；电梯间机房尚应表示吊钩平面位置与详图；
4)砌体结构有圈粱时应注明位置、编号、标高，可用小比例绘制单线平面示意图；
5)楼梯间可绘斜线注明编号与所在详图号；
6)屋面结构平面布置图内容与楼层平面类同，当结构找坡时应标注屋面板的坡度、坡向、坡向起终点处的板面标高；当屋面上有预留洞或其他设施时应绘出其位置、尺寸与详图，女儿墙或女儿墙构造柱的位置、编号及详图；
7)当选用标准图中节点或另绘节点构造详图时．应在平面图中注明详图索引号。
1.7钢筋混凝土构件详图。
1、现浇构件(现浇粱，板、柱及墙等详图)应绘出：
1)纵剖面、长度、定位尺寸、标高及配筋，粱和板的支座(可利用标准图中的纵剖面图)；现浇预应力棍凝土构件尚应绘出预应力筋定位图，并提出锚固及张拉要求；
2)横剖面、定位尺寸、断面尺寸、配筋(可利用标准图中的横剖面图)；
3)必要时绘制墙体立面图；
4)若钢筋较复杂不易表示清楚时，宜将钢筋分离绘出；
5)对构件受力有影响的预留洞、预埋件，应注明其位置、尺寸、标高、洞边配筋及预埋件编号等；
6)曲梁或平面折线梁宜绘制放大平面图，必要时可绘展开详图； 7)一般的现浇结构的梁、柱、墙可采用“平面整体表示法”绘制，标注文字较密时，纵、横向梁宜分量幅平面绘制；
8)除总说明已叙述外需特别说明的附加内容．尤其是与所选用标准图不同的要求(如钢筋锚固要求、构造要求等)；
9)对建筑非结构构件及建筑附属机电设备与结构主体的连接．应绘制连接或锚固详图。注：非结构构件自身的抗震设计．由相关专业人员分别负责进行。
2、预制构件应绘出：
1)构件模板图。应表示模板尺寸、预留洞及预埋件位置、尺寸，预埋件编号、必要的标高等；后张预应力构件尚需表示预留孔道的定位尺寸、张拉端、锚固端等；
2)构件配筋图。纵剖面表示钢筋形式、箍筋直径与间距，配筋复杂时宜将非预应力筋分离绘出；横剖面注明断面尺寸、钢筋规格、位置、数量等：
3)需作补出说明的内容。
注；对形状简单、规则的现浇或顶制构件．在满足上述规定前提下，可用列表法绘制
1.8混凝土结构节点构造详图。
1、对于现浇钢筋混凝土结构应绘制节点构造详图(可引用标准设计、通用图集中的详图)。
2、预制装配式结构的节点，梁，柱与墙体锚拉等详图应绘出平、剖面，注明相互定位关系、构件代号、连接材料、附加钢筋(或埋件)的规格、型号、性能、数量，并注明连接方法以及对施工安装、后浇混凝土的有关要求等。
3、需作补充说明的内容。
1.9 其他图纸。
1、楼梯图。应绘出每层楼梯结构平面布置及剖面图，注明尺寸，构件代号、标高、梯梁、梯板详图(可用列表法绘制)。
2、预埋件。应绘出其平面、侧面或剖面，注明尺寸，钢材和锚筋的规格、型号、性能、焊接要求。
3、特种结构和构筑物：如水池、水箱、地沟、挡土墙、大型或特殊要求的设备基础、工作平台等，均宜单独绘图；应绘出平面、特征部位剖面及配筋．注明定位关系、尺寸、标高、材料品种和规格、型号，性能。1.10计算书。
1、采用手算的结构计算书，应给出构件平面布置简图和计算简图、荷载取值的计算或说明；结构计算书内容宜完整、清楚，计算步骤要条理分明，引用数据有可靠依
据，采用计算图表及不常用的计算公式，应注明其来源出处，构件编号，计算结果应与图纸一致。
2、当采用计算机程序计算时，应在计算书中注明所采用的计算程序名称、代号、版本及编制单位，训算程 序必须经过有效审定(或鉴定)．电算结果应经分析认可；总体输入信息、计算模型、几何简图、荷载简图和输出结果应整理成册。
3、采用结构标准图或重复利用图时，宜根据图集的说明，结合工程进行必要的核算工作，且应作为结构计算书的内容。
钢结构在变电站建筑的应用 篇3
摘要：介绍了钢结构在变电站应用实例，分析了钢结构在变电站建筑上应用的优势以及存在的不足和解决方案。
关键词：变电站；建筑；钢结构；
随着城市建设及电网的飞速发展，变电站的建设也在不断发展。根据变電站建设中的节能、环保、抗震、标准化的要求，通过研究及应用，钢结构作为一种新型建筑材料，凭借其优越的特性，将逐渐成为变电站建筑发展的一个新方向。我国钢结构建筑市场发展只有十余年，还处于起步阶段，具有广阔的发展前景。美国、英国等国家钢结构建筑已有上百年历史，其工业化程度己经从工业化专用体系走向了大规模通用体系，很值得我们去借鉴学习。
一、钢结构在变电站应用实例
典型钢结构变电站一般采用主体建筑为钢结构，地下电缆夹层为钢筋混凝土结构。工程建筑面积和高度均可视变电站需求取相应数值，院内设有循环道路等附属设施。要求主厂房耐火等级达到Ⅰ级，抗震满足防烈度8度，建筑物设计使用年限达到50年。变电站分主厂房、GIS室、主变间。主厂房地上部分采用两层钢结构形式，地下部分是夹层，采用钢筋混凝土结构形式。主厂房地上一层设10 kV开关室、10 kV接地变室、警卫室等附属房间，主厂房地上二层设主控室、电容器室等。GIS室、主变间为单层钢结构厂房，与主厂房贴建。
钢结构部分设计要点：将上部钢框架结构的嵌固部位设在地下室顶板上，框架钢柱的柱脚采用基础预埋螺栓连接，基础为现浇钢筋混凝土梁式筏基，应注意基础螺栓在柱内及顶板梁上预埋时质量控制。结构安装焊接质量控制采用现场超声波检测。变电站工程的楼板采用组合结构，楼板采用压型钢板上现浇混凝土的组合楼板。外墙采用加气混凝土砌块，外墙装饰材料采用铝单板，焊接安装牢固整体性好、不易脱落、美观大方。
二、钢结构在变电站应用的优势
钢结构与钢筋混凝土结构相比，在使用功能、材料性能、受力特点、设计、施工工艺和工期、环保节能以及综合经济方面都具有优势，变电站建筑应用钢结构的优势主要表现在以下几个方面。
1、钢结构材料自重轻而承载力高
钢结构材料与钢筋混凝土材料相比，具有自重轻而承载力高的特点。据资料显示，钢结构强度重量比的指数是钢筋混凝土的5倍以上。钢材的抗拉、抗压、抗剪强度相对较高，截面的选择可以相对较小，从而可显著减轻结构自重。一般情况下，钢筋混凝土建筑物的自重在1.5～2.0 t/m2左右，钢结构建筑自重大多在1.0 t/m2以下，相差近2倍，减轻自重的优势明显。在承受荷载条件相同时，钢结构自重轻，基础承担的荷载也相应减少，可降低基础及基础处理造价，一定程度上缩短了建设工期。
2、抗震性能好
在国外的部分地震区里大部分建筑是以钢结构为主，主要原因就是钢结构具有良好抗震性能。按抗震设计规定：弹性计算阶段的高层结构层间位移限制，对钢筋混凝土结构规定为h/550，而对钢结构则可放宽至h/300，二者相差约1.8倍。可见钢结构建筑整体性好，抗震性能好，与钢筋混凝土相比在强度、韧性、延性、强度质量比上都具有优势。钢结构用于变电站建筑可充分发挥钢结构的优势，使建筑具有优良的抗震抗风性能，大大提高变电站的安全可靠性。钢结构建筑能够满足抵御烈度为8度的强烈地震的破坏，符合我国对变电站抗震《建筑抗震设计规范》、《建筑工程抗震设防分类标准》、《电力设施抗震设计规范》规定的要求。
3、施工实现标准化作业，易于质量控制，并有效减少现场作业工期
钢结构材料除基础按照传统结构形式进行建造外，其它全部实现了工厂预制和现场装配化施工，实现了工业化运作，影响材料质量因素大大减少，质量监督控制较容易，便于形成标准的建筑体系，实现了构件的工厂化和施工的机械化。变电站一般为2-3层建筑，钢结构工程可取一个施工段，在现场一次吊装作业，同时楼板采用钢板作为浇注混凝土模板的组合式楼板，作业流程简单，施工快捷，节省搭设脚手架和模板工序，并且各分项工程可以同时进行施工而互不影响，节省了时间和劳动力，现场工作量明显减少，现场吊装作业如图1所示。
4、分割布置灵活，能合理利用空间
传统的钢筋混凝土结构由于材料自重大，限制了空间尺寸，如果跨度过大，就会出现梁高、柱大、板厚的现象。而钢结构柱及轻质围护分隔墙体自身占用面积较小，可以减少房屋结构占用的建筑面积，从而增加建筑物内有效使用面积，即相同的占地面积产生更多的使用面积。同时利用钢材的高强度重量比特点，采用跨度较大开间设计，使建筑平面能够合理分隔，灵活方便，满足相同结构类型变电站安装不同设备的需要。
5、环保节能
钢结构建筑构件大多采用工厂化加工、运输到现场装配，构件采用焊接或螺栓连接，如变电站安装电气设备一样，随时购买，随时安装。因此施工占地少，大量减少混凝土等湿式作业，取而代之的干式施工无污染，无燥音，避免了湿式施工造成的环境污染和噪声污染。使用寿命到期时，钢材是可以100%回收再利用资源，旧ASA板材拆除回收经粉碎可以生产新的ASA板材，完全符合当今环保概念的要求。正是因为钢结构与其它结构形式相比具有如上优点，钢结构才能在当今建筑工程中的应用取得突飞猛进的发展。
三、钢结构存在的不足及解决方案
钢结构在建筑应用中尽管有很多优势，但它仍存在一些弱点，需要采取相应措施予以改进。
1、钢结构的防火问题
耐火性弱决定了钢结构必须采取防火措施。钢结构建筑的梁、柱、屋架大多采用钢材，是建筑的骨架，直接关系到整个建筑的安全，钢材虽然是不燃材料，但是会随着温度的变化，其力学指标会发生很大的改变，承载力和平衡稳定性会随温度升高而大幅度下降。钢结构在温度达到350 ℃、500 ℃、600 ℃时，其强度分别下降1/3、1/2、2/3，在高温条件下其内部应力也会发生改变，使钢结构承重体系出现问题。按照理论计算，在全负荷下，钢结构失去平衡稳定性的临界温度为500 ℃，一般火场温度都在800～1000 ℃左右，在这样的高温条件下，无任何保护的钢结构很快就会出现塑性变形倒塌。
目前钢结构通常有三种防火保护方法：喷涂法，包敷法，水淋冷却法，变电站的耐火等级一般为Ⅰ级，可根据具体情况选出最适合的钢结构防火保护方法，符合《建筑设计防火规范》的要求，做到既安全又经济。变电站可选用喷涂法达到防火保护作用，但会使钢结构表面变得粗糙，同时还会增加钢结构的承重。可以适当考虑包敷法。
2、钢结构的防腐蚀问题
钢结构不耐腐蚀是另一个主要缺陷，这也是钢自身特性所决定的。目前钢结构通常有五种防腐保护方法：耐候钢、热浸锌、热喷铝（锌）复合涂层、涂层法、阴极保护法。由于变电站设计使用年限一般为50年，因此，在选择钢结构防腐时一定要考虑长效的防腐方法，热喷铝（锌）复合涂层是一种比较好的变电站防腐解决方法，它是通过一定工艺使钢结构表面形成一种复合涂层，达到防腐效果。这种工艺的优点是对构件尺寸适应性强，构件形状尺寸几乎不受限制。另一个优点是这种工艺的热影响是局部受约束的，不会产生热变形。另外，在防腐处理之前应对钢构件表面进行完全地清理（机械处理法），否则会影响涂层和构件的结合和防腐，影响使用寿命。
3、变电站特殊需求决定钢结构变电站的特殊性
与其它钢结构建筑物不同，变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能的电力设施，决定了变电站要设置大量埋件来安装设备，要有大量线缆、埋管穿梭于各个设备间，要有很多设备开洞等来满足今后设备的安装、运行要求。目前主要利用钢柱、钢梁设置并可包裹在板材之内的解决方案。在设置较大荷载埋件时须采用混凝土结构形式时，应尽量减少现场混凝土的施工作业。管线敷设可采用在墙体上开槽暗敷埋设，最后进行墙体粉刷，使墙体表面平整，应尽量减少线槽敷设的明敷形式。
四、结束语
变电站框架结构设计 篇4
变电站是将一些设备组装起来, 用以切断或接通、改变或者调整电压, 在电力系统中, 变电站是输电和配电的集结点。为了减少损耗, 电压等级越来越高, 目前已达到1 000 kV, 因此, 电力系统安全的重要性就不言而喻。变电站内的设备安全固然重要, 但变电站结构的安全性更不容忽视。变电站结构主要指建筑物 (如主控楼、配电楼等) 和构支架, 目前我国南方地区的构支架已逐步采用钢管杆代替了水泥杆, 建筑物也已由钢筋混凝土框架结构代替了砖混结构, 这些均大大提高了变电站的安全性。变电站主要分为:升压变电站、主网变电站、二次变电站、配电站, 本文主要讨论主网变电站。
1 变电站框架结构设计
目前, 我国的变电站已基本实现了标准化, 南方电网甚至有标准设计的细化方案, 将变电站的主要建筑物——主控楼 (综合楼) 的平面布置、层数已基本确定下来, 设计人员只需根据实际情况进行微调来确定最终的方案。
变电站框架结构的设计主要有以下内容:
(1) 有关结构设计的说明。包括主要的设计依据, 变电站的地基情况、抗震等级以及承载力、材料等级、活荷载值等, 在施工图中没有画出来的而采用说明的方式来表示的信息。
(2) 基础设计。当采用天然基础且柱下扩展基础的宽度比较宽时, 或地基不均匀时, 或者地基比较软时, 应当利用柱下条基。并且应考虑到在节点的地方基础底面积由于被双向反复使用而带来的不利影响, 应适当地加宽基础。
当采用桩基础时, 应根据地质资料选用桩型, 一般情况下, 采用预应力环形杆较多, 且为端承摩擦桩, 当淤泥层较厚时, 还需考虑附摩擦。
(3) 平面设计。现浇板的配筋应该使用Ⅱ级钢, 除了吊钩以外, 不能使用Ⅰ级钢。钢筋布筋应采用大直径和大间距的方式。板上下的钢筋的间距应该相等, 钢筋直径可以不相等, 但其直径的类型不宜过多。框架的填充墙大多为轻质隔墙, 过梁通常不使用预制混凝土过梁, 采用的是现浇梁带。应该注明使用的轻质隔墙的图集和做法, 当过梁与柱连接时, 柱应当甩筋, 过梁应当现浇。
由于通信室等房间电缆较多, 可采用活动地板结构。
(4) 楼梯的设计。休息平台与梯段板平行方向的上筋均应拉通, 并且应与梯段板的配筋互相适应。梯段板的厚度通常采取跨度的1/25～1/30。
(5) 梁的设计。梁的上面有次梁的地方应附加箍筋和吊筋, 并应首先使用附加箍筋。不能将次梁搭建在主梁的支座的附近, 如果搭建在主梁支座的附近, 就应当考虑由于次梁所引起的主梁抗扭, 或者增加抗扭箍筋和纵筋。如果采用现浇板, 抗扭问题不严重。理论上梁纵筋应遵循小直径和小间距的原则, 这对抗裂有利, 但钢筋的间距应满足要求, 并且要与梁断面互相适应。挑梁应做成等截面。梁从构造上要避免冲切破坏以及斜截面的受弯破坏等。
(6) 柱的设计。柱应采用高强度混凝土来应对轴压比的制约, 应减小断面尺寸。应避免柱过短, 短柱的箍筋应采取全高加密, 短柱的纵筋不应过大。由于竖向地震的影响, 对柱的轴压比和配筋应多一些考虑。独立柱的上面或中部有挑梁时, 应限制挑梁的长度。绘制施工图时, 较大直径的钢筋的连接方式应采用机械连接, 而不应采用焊接, 两者的造价相差不大, 但机械连接更加可靠并且检查方便。
2 钢结构构架设计
为了节省投资, 一般变电站均采用架空出线, 变电站内部导线均采用构架进行连接、跳线, 因而构架也是常规变电站必不可少的一部分。目前在南方地区, 由于经济较发达, 且对变电站的使用要求较高, 普遍采用钢管杆构支架, 梁采用格构式或钢管梁, 使整个变电站更加美观和实用。
2.1 采用空间分析程序计算内力
随着科技的进步, 出现了不少可以计算和分析内力的软件。例如美国REI公司开发的STADD/CHINA2000空间结构分析和设计程序, 利用该程序对构架柱进行内力计算和分析, 能够更加接近构架的实际受力情况, 有利于缩短设计周期。也可采用东北电力设计院编制的构架计算软件 (SST) 进行简单的计算, 根据计算结果分析杆件内力。
2.2 结构节点设计
(1) 钢管柱的连接方式。
钢管柱的长度受到加工、运输以及热镀锌的影响, 一次成型比较困难, 所以, 要首先分段加工, 然后利用剖口对焊进行连接或利用法兰进行连接。钢管利用剖口对焊进行连接, 不仅外形美观, 还能节省钢材, 缺点是焊接需在现场操作, 焊缝外还要现场喷锌, 质量没有保障, 焊缝处钢管内侧的防腐能力比较差。法兰连接所有的焊接工作以及热镀锌可以在工厂完成, 只需要进行现场组装。由于不需现场焊缝, 钢管的防腐能力很强, 安装工作比较方便, 可以节省工期, 但缺点是耗材大, 而且为了使法兰连接的接触面比较平整, 对加工精度的要求很高。
目前, 法兰连接应用较为普遍, 有刚性法兰和柔性法兰两种形式。
(2) 人字柱的柱头利用钢板焊接。
人字柱的柱头的受力情况非常复杂, 它需要传递很大的轴力、剪力以及弯距。为了减小人字柱的位移, 柱头连接必须保证有充足的刚度, 并且应设法减少柱头连接的偏心。综合考虑, 人字柱柱头应将两杆连接为整体, 利用钢板进行焊接, 剪力板、柱头处的顶板以及加劲板的厚度应满足规范的要求。两根人字柱中心线之间的距离一般为100 mm, 可基本满足固结假定要求。
(3) 人字柱与横撑构件采用刚性连接的方式。
当变电构架柱承受水平力时, 破坏形式是受压柱的失稳性破坏, 这时受拉杆会经过横撑而对受压杆发生约束作用。为了增强这个约束作用, 柱与横撑的连接应为刚性连接, 而且横撑应具有一定刚度, 故横撑使用钢管材料。为了便于热镀锌和安装, 横撑钢管分为两部分, 分别与相应的人字柱经过剖口进行对焊刚性连接, 然后再由横撑中间的法兰盘刚性连接, 以实现横撑构件与人字柱的刚性连接。
(4) 人字柱与基础采用杯口插入形式连接。
基础与钢管柱的连接适合采用杯口插入形式。钢管插入到杯口的深度是由抗拔决定的, 其计算公式为:
H=N/ (3.14D×FCV) (1)
式中:H——钢管插到杯口的深度;N——受拉杆的轴力设计值;D——受拉杆的外直径;FCV——抗粘剪的强度, 如果二次灌浆细石混凝土的强度为C 20, 则:FCV=0.5 MPa。
如果受拉的钢管插入杯口的部分焊有多于或者等于两道钢箍, 剪切面可控杯口壁计算, 插入杯口的深度根据 (2) 式进行计算:
H=N/∑SC×FCV (2)
式中:∑SC——杯口内壁的平均周长。
插入杯口的深度不仅要满足计算的要求, 还必须满足:H≥1.5D。此外, 为了确保柱脚处局部稳定, 在构架安装完成后, 钢管的柱脚处应灌注C 30细石混凝土。
一般设备支架插入杯口的深度H≮1.0D, 构架H≮1.5D。
3 结语
主网变电站负责的区域供电范围一般均较大, 且影响也较大, 它对电网的安全运行和经济运行起着重要的作用。进行变电站结构设计时, 要考虑的因素很多, 包括建筑结构的荷载、混凝土的结构设计、抗震性等, 同时还应当考虑地方性的建筑规范。所以, 要综合考虑各种因素, 以设计出经济合理的结构体系。
参考文献
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[3]杨晓静, 奚后玮, 吴在军.变电站自动化系统的数字化趋势[J].江苏机电工程, 2006, 25 (3) :48-50.
对水电站调压井结构有限元分析 篇5
关键词：水电站；调压井；结构
1.调压井的内涵
1.1 概况
调压井也被称作压力井，水电站中的调压井主要是用于调节水压。因为水电站中的引水管一般都是很长的，为此，在机组突然关闭的时候，因为水流具备一定的惯性，所以就会产生一定的水锤效应，就如同无压力井，水锤会损坏水叶等的零件。通过使用调压井，能够为水锤开通一条有效进行释放的通道，进而可以促使水流经过所造成的压力的减少。在水利工程中，由于建立一个调压室是需要很高的成本的，而且调压室的设计也是很复杂的，为此，在地形条件许可的情况下，一般都是运用调压井。因为调压井所具备的结构以及受力的特点，为此，调压井不单单包含了其工作的性质，同时也具备了地下工程所要具备的特点。就结构而言，水电站的调压井通常都是由钢筋混凝土土筒构成的。就比如某个调压井它的井底内径是3.3米，但在引水洞的27米以上内径变成5.5米，而调压井在地下的井壁应该是厚度为0.5米，而在地面上的厚度应该为0.3米。其中，图一是这个调压井的剖图。
1.2 计算调压井的目的及其内容
在对调压井的喷护采取初步的探究时要用到弹性力学以及结构力学，通过两个力学的有效运用可以得出应当运用长度为2.4米的SW ELLEX型锚杆以及10厘米的混凝土喷层采取喷锚支护。在计算调压井的时候，要按照有限元的计算结果，有效的对喷层以及锚杆进行合理的分析，进而能够有效的检验其是不是符合结构强度的需要。除此之外，在运用三维有限元对调压井结构进行分析的时候，也要运用两种混凝土的应力对调压井进行计算。第一种是地震加上自重，第二种是地震加上最高涌浪水压。按照其计算的结果，合理的对井壁的内力进行计算，进而能够为配筋提供有效的根据，最终能够制定有效的配筋计划，并能够符合结构强度的需要。
2. 有限元計算的方式以及模型
在对有限元进行计算时，一般都会运用ANSYS分析软件，而且，在水力水电中，这个软件也得到普遍的应用，因为这个软件能够对工程的计算进行检验，从而能够促使其偏差度在规定的范围内，为此，这个软件也越来越受到欢迎。
2.1 对全部单位和材料进行计算
对于计算有限元而言，一定要利用合适的单元模型，同时要具有一定的计算精度以及计算效率。按照调压井每一个位置的几何特征，如果运用ANSUS软件对50厘米的混凝土衬砌进行分析，通常都是运用弹性本构模型，如果对基岩进行分析，就要把基岩看成弹塑性介质，同时要运用Druck-er-prager原则。如果运用link8杆模拟对2.4米的锚杆进行分析，就一定要考虑其弹性。如果运用shell63对10厘米厚的喷层进行模拟，通常情况都是运用弹性本构模型。
2.2 计算有限元模型
由于在计算有限元的时候，为了确保其精度，一定要注重对模型的选择，其中主要是选择材料的参数以及建立有限元模型。对于调压井来说，一般情况下有两种模型手段。第一，当需要对全部的底部引水管以及井壁进行了解的时候，尤其是在了解受力情况的时候，有限元模型一定要包含引水管以及井壁在内，而锚杆的模拟能够运用促使锚杆强度参数提高的方法，即要提高单元强度参数，从而起到加固的效果，通常而言，需要提高到20%-30%左右。第二，当要清楚锚杆以及井壁的受力情况的时候，要在模型中明确锚杆的位置，因为调压井一般都是很深的，为此，要按照圣维南原理，从而能够促使有限元模型的建立，同时也能省略引水管。因为计算有限元的目的在于明确井壁、喷层以及锚杆的受力情况，为此，在建立调压井模型的时候，可以运用上述的第二种方法。
在建立有限元计算模型的时候，应当运用柱坐标系，即以调压井径向为X轴，以切向为Y轴，以高度为Z轴，而且坐标的原点要在调压井底部的圆心位置，高程应该是974米。在运用模拟金酸调压井的是婚后，要在调压井的底部一直延伸到50米，同时要在中轴线中向径向延长到50米。同时，也要约束有限元计算模型，即在底部中添加三向对计算模型进行约束，在计算墨西哥的边界面要添加法向链杆进行约束。而对于有限元的网格来说，要有20843个节点，同时要有6120个混凝土衬砌以及11800个基岩单元，此外，也要具备1080个喷层单位。
2.3 岩体、锚杆、混凝土的物理力学指标
2.4 计算地震动力
在分析调压井结构地震响应的时候，应当运用振型分解反应谱法，首先，要分析结构本身，从而能够获取大结构的自振频率以及动力特征，同时，在得到相关数据的基础上，要对结构运用地震反应谱，从而能够在反应谱中得到结构中不同的响应，然后，要运用SRSS法得到结构的整体地震响应。运用这种方式能够有效的设计结构的反应谱，从而能够得出地震峰值加速度应该是0.17克，而且特征周期的值应该是0.30s。一般而言，计算的反应谱如图三所示。
图三
3. 计算调压井有限元的结果
3.1 分析总体应力分布
就最高涌浪水位的影响力而言，第一主应力基本实在-12.1-19.7Pa范围内，在调压井顶板中所出现的小范围的拉应力区，甚至比较多的围岩都出现在压应力区中，其中，最大压应力是在调压井与交通洞汇聚的地方，最大拉应力会出现在引水隧道洞靠近山体得位置。而第三主应力是在-71.8-3.22MPA的范围内，调压井的围岩在-5.12-3.22MPS的范围内，而且最大的压应力应该会出现在调压井和交通洞汇合的位置。
3.2 计算锚杆有限元
通过计算有限元的结果，能够知道轴力最大的锚杆应该是在调压井高程的1002m处，而且其轴力要达到46.7KN，然而要低于100KN的设计抗拔力，为此，运用这种方式选取锚杆是十分合理的并能确保安全。
3.3计算10厘米厚的钢纤维混凝土喷层有限元
就钢纤维混凝土喷层环向应力等值线来看（图四），就可得知钢纤维混凝土喷层的环向受拉，其中，在调压井渐变段中拉应力应该是1.56MPa，在调压井底端的拉应力应该是1.62MPa，因为钢纤维混凝土喷层的抗拉强度是1.74MPa，为此，在这个喷层在开挖的时候是安全的。
图四
3.4计算衬砌有限元
就工况一而言，在地震加上自重的现状下，衬砌的环向应力都是很小的，为此，工况一并非控制工况，为此，在本文中将省略其计算结果。就工况二而言，即地震情况下的衬砌应力加上调压井最高的水压即1053.19米。其中，图五是工况二的剖面应力等值图。
图五
3.5计算井壁内力
得出应力结果后，要按照有限元元件进行合理的处理，从而得出相关的内力，最终有利于计算井壁的配筋。就调压井的结构而言，计算配筋时要包含垂直直向以及水平向在内。就水平来说，在得出每一个高程的拉力的以及力矩的时候，就能够按照受拉构件进行计算配筋以及抗裂。而且要对力矩以及应力进行科学的积分。对于垂直分析来说，也要计算力矩以及压力，从而可以按照偏心受压构件计算出配筋。
4.结语
综上所述，本文主要是运用有限元来计算调压井结构体，同时也分析了调压井的三个受力主体，即衬砌、喷层以及锚杆，并通过分析其受力的现状，有效的对设计工作进行指导。同时，在进行计算的时候，也包含了九个开挖時候的荷载步以及一个初始的荷载步，并运用了动态的模拟，从而能够有效的解决水电站调压井施工时所出现的问题。
参考文献：
[1] 王栋. 调压井结构有限元分析[J]. 陕西省水利电力勘测设计研究院，2013
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变电站构架结构选型分析 篇6
随着我国经济的高速发展, 国家用电负荷的快速增长, 三十多年来我国的电网建设也经历了高速发展。变电站是电网建设中的重要一环, 关系着整个电网的正常运行。构架是变电站最主要、最复杂的构筑物, 而且随着电压等级越高, 构架的重要性和复杂性就越高。
1 国内外变电站构架的结构型式现状[1,2,3]
目前国内外变电站构架的结构型式主要有以下四种:
1) 钢筋混凝土环形杆柱结构, 该结构的主要受力构件是钢筋混凝土环形杆, 现场安装时构件的连接方式均采用螺栓连接或焊接。
2) A型高强度钢管结构, 该结构由高强度单杆式钢管梁和A型钢管构架柱组成, 梁柱之间采用刚接连接。
3) A型普通钢管结构, 该结构由三角形断面的格构式钢梁和A型等普通钢管构架柱组成, 梁柱采用铰接连接。构架柱和构架梁主杆采用普通钢管, 构架柱和构架梁主杆拼接接头采用法兰连接。
4) 格构式钢构架, 该结构由矩形或三角形断面格构式柱和矩形或三角形断面格构式构架梁组成, 构架梁和柱之间采用铰接或刚接连接。依据杆件类型不同又可分为钢管格构式和角钢格构式。
2 变电站构架结构选型分析
2. 1 钢筋混凝土环形杆柱结构
该结构可以简化为桁架结构, 只受轴向方向的力。由于在设计、施工和制作上积累了广泛的经验, 而且混凝土构件不存在防腐这一问题, 使得钢筋混凝土环形杆柱结构在早期变电站构架上使用较为广泛, 但是钢筋混凝土环形柱存在易开裂、难修复、钢箍焊接点难防腐等问题, 而且支座时杆长会有限制。该结构多用于220 k V及以下电压等级的变电站。
总的来说, 钢筋混凝土环形杆结构前期投资较少, 但是后期维护花费较大, 总体费用较大。从全寿命周期分析来看经济性不突出, 目前逐渐被钢管、角钢结构取代。
2. 2 A型高强度钢管结构
该结构的主要特点是钢材强度高, 常用的420 MPa, 520 MPa两种, 截面多为多边形。高强度钢管构架柱节省用钢量, 由于构架梁一般由稳定和扰度起控制作用, 所以高强度钢管构架梁并不节省钢材梁。总体造价略高于普通钢管结构。由于构架梁的跨度一般较大, 所以高强度钢管构架梁的截面尺寸较大, 并不美观。所以高强度钢管构架在国内应用不广, 多用于220 k V架构。
2. 3 A型普通钢管结构
该结构可以简化为排架—桁架的力学模型, 在进行受力计算时只需考虑轴力, 不需要考虑梁柱的共同作用, 在进行现场安装时均采用螺栓的连接方式, 普通钢管结构在进行运输和安装时较为方便, 在防腐方面, 通常对钢构件采取镀锌处理。构架梁主杆通过节点板与腹杆螺栓连接, 包装、运输方便、安装快捷。目前国内220 k V和500 k V变电站的构架多采用这种结构型式。
2. 4 格构式钢结构
该结构根据主杆和腹杆的类型不同可分为钢管格构式和角钢格构式。
钢管格构式构架用钢量较少, 结构主杆采用钢管, 腹杆全采用钢管, 或少量采用角钢。结构主杆采用法兰连接, 结构主杆与腹杆通过节点板螺栓连接。钢管格构式结构材料强度利用率较高, 而且圆形截面风阻较小。但钢管材料较角钢材料单价高, 而且钢管连接的节点板数量多, 不便于包装、运输, 该结构多用于国内750 k V及以上电压等级的构架。
全角钢格构式构架用钢量小, 由较小角钢组成, 构件尺寸小、自重轻, 制作、运输及防腐处理很方便。结构主杆采用角钢拼接连接, 腹杆布置方式灵活多变, 交叉腹杆之间采用单螺栓连接。角钢腹杆与主材之间可直接采用螺栓连接, 大大减少了节点板的数量, 便于长距离运输。缺点是构件数量较多, 所以在现场安装时, 工作量较大, 工期较长。国外500 k V变电站的构架多采用这种结构。
3 变电站架构案例分析
非洲某500 k V变电站的500 k V出线构架, 该出线构架为连续四跨的钢架结构, 每跨32 m, 总长度128 m, 构架梁高度33 m。构架梁导线张力为45 k N, 地线张力为9 k N, 变电站所处区域基本风压0. 6 k N/m2。
3. 1 构架结构选型
由于非洲当地钢材匮乏, 镀锌工艺落后, 供货工期长, 不能满足工程建设需要, 需要从国内供应构架材料, 依次通过陆运、海运的形式运送至施工工地现场。
该工程构架梁跨度较大, 构架柱高度较高, 导线张力较大。如果采用A型普通钢管构架型式, 所用钢材规格大, 构件重量也大。本工程不推荐采用A型普通钢管构架, 推荐采用格构式构架, 由于格构式角钢构架腹杆与主材之间可直接采用螺栓连接, 大大减少了节点板的数量, 便于长距离运输。所以本工程推荐采用格构式角钢构架。
3. 2 构架柱、梁结构选择
构架柱的平面形状多为四边形, 四边形构架柱侧向刚度和整体抗扭性能较好, 是一种较好的结构型式, 应用也最为广泛, 该工程推荐采用四边形构架柱。
构架梁平面形状有三角形和四边形两种, 三角形梁多用于A型普通钢管构架中, 也常见于梁跨相对较小的500 k V电压等级以下变电构架。四边形构架梁受力体系较好, 在格构式构架中多采用四边形构架梁。该工程导线拉力较大, 本工程推荐采用四边形构架梁。
3. 3 腹杆体系选型
腹杆的用钢量大约占整个结构用钢量的40% , 所以腹杆的布置型式不仅关系到结构的受力是否合理, 外观是否美观, 还影响整个结构的造价。目前角钢格构式构架柱的腹杆型式主要有以下两种: 第一种腹杆布置型式: 宽边采用人字斜撑和横撑, 窄边采用交叉斜撑, 见图1。第二种腹杆布置型式: 宽边和窄边都采用交叉斜撑, 见图2。
这两种腹杆布置型式窄边布置相同, 只是宽边的中下部分布置不同。这两种布置型式对主材分段长度一样, 主材的计算长度也一样。宽边中下部分的腹杆的型号一般往往都是由长细比控制, 而不是型材的强度和稳定性起控制作用。第一种布置型式斜腹杆的长细比由最小轴回转半径控制, 由于水平腹杆设置了横隔, 水平腹杆的长细比也是由最小回转半径控制。所以第一种布置型式腹杆材料的强度没有充分发挥, 材料强度利用率较低。第二种布置型式中斜腹杆的长细比由平行轴回转半径控制, 腹杆材料的强度利用率较高。
根据电力行业标准DL/T 5154—2012 架空输电线路杆塔结构设计技术规定第8. 1. 4 条, 在杆塔塔身坡度变化的断面处、直接受扭力的断面处和塔顶及塔腿连接断面处应设置横隔面。同一塔身坡度不变段内, 横隔面设置的间距一般不大于平均宽度 ( 宽面) 的5 倍, 也不宜大于4 个主材分段[4]。所以四个主材分段只需要设置一个横隔面即可, 与第一种布置型式相比, 第二种布置型式在主材型号不变的情况下降低了腹杆的总重量, 节省钢材。
4 结语
1) 变电站构架型式有许多种, 我们应在参考电压等级、工程预算、工程重要性、施工条件、物流条件等多方面的综合因素的前提下, 选择出最适合的构架型式, 进而保证工程的顺利开展。2) 构架柱、构架梁选用合理的结构型式, 选用合理的腹杆布置型式, 能降低整个构架的总用钢量, 节省钢材。
参考文献
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白山电站蝴蝶阀的结构分析 篇7
蝴蝶阀的优点是较其它形式的阀门外形尺寸小, 重量轻, 结构简单, 操作方便。所以蝴蝶阀广泛的应用于水头低于250米的水电站上。蝴蝶阀的形式根据活门的结构可分为菱形、铁饼形、平斜形、双平板形, 由于具有水力性能好、设计制造成本低、工作安全可靠等优点而逐渐取代其它型式的蝶阀, 在大中型蝶阀中占据着主导地位, 并在水电站得到了广泛应用。
2 白山蝶阀的结构与分析
2.1 基本参数
公称直径:Ф4200 mm
最大静压:1.52Mpa
最大升压:1.8Mpa
接力器直径:2-φ500 mm
接力器操作油压:6.3Mpa
2.2 蝶阀的总体结构
蝴蝶阀为卧轴、通流式、双平板、偏心结构, 主密封采用整圈实心高硬耐油橡胶密封, 密封紧量可根据需要进行调整。蝶阀的正常开启与关闭由直缸摇摆接力器操作, 当导水机构失灵且蝶阀接力器失去油压时, 可以通过重锤进行动水关闭。每台蝴蝶阀配有一套油压装置及操作柜, 接力器及操作系统位于下游侧, 上游侧设上游连接管与压力钢管焊接联接, 伸缩节放置于进水阀的下游侧, 伸缩节可移动法兰与水轮机蜗壳延伸段法兰采用螺栓联接。蝶阀本体主要部件包括阀体、活门、主密封、接力器、锁定装置、旁通管路和空气阀。
2.2.1阀体
蝶阀采用的是铸焊结构阀体, 其中轴座为ZG20Si Mn, 与主密封圈配合的阀体密封座采用堆焊不锈钢, 其余部分为16MR钢板。阀体过流表面为拱型结构, 用钢板平滑过度, 不但减小了通流面积的变化, 而且降低了蝶阀的流阻系数和振动、噪声。阀体的水力损失约占整个蝶阀水力损失的2/3, 而活门的水力损失只占整个蝶阀水力损失的1/3。阀体的水力损失大的主要原因是蝶阀密封处有一个较大的直径收缩, 这个较大的直径收缩产生了较大的水力损失, 此结构是降低蝶阀水力损失的有效方法。
蝶阀在受到水推力作用, 会有移动的趋势。如果地脚螺栓牢牢把住阀体或阀体地脚孔过小, 不但地脚螺栓将承受巨大的剪应力, 而且在倾覆力矩的作用下, 阀体和阀体联接螺栓都要承受很大的负荷。所以将阀体地脚孔设计为腰形孔, 在阀体地脚孔内设一套筒, 其套筒法兰底面与阀体地脚板之间有一微小间隙, 允许蝶阀在支承板上自由滑动, 使地脚螺栓不承受剪力, 此结构大大改善了地脚螺栓和阀体的受力情况。
2.2 活门
活门采用双平板型铸焊结构, 两端与阀轴连接的轴头用ZG20Si Mn钢铸造, 其余用Q235钢板拼焊。活门的结构型式不仅对水流性能有直接影响, 而且与活门的刚强度性能密切相关, 活门要有适当的强度和刚度, 经过刚强度计算分析, 活门采用四块梯形肋板。
为了充分利用水力矩减小重锤重量实现蝶阀动水自关闭和提高主密封的效果, 活门采用偏心设计。在设计蝶阀时, 应通过蝶阀刚强度计算、动静水操作计算、接力器容量和重锤的综合选择偏心量, 不能太大。否则将导致蝶阀尺寸增加。
2.3 主密封
与活门密封圈配合的阀体密封座, 采用堆焊不锈钢结构, 为了延长密封座的使用寿命, 密封座采用不锈钢材料, 密封表面粗糙度不大于0.8μ。
无论漏水试验还是蝶阀工作时, 阀体受到水压后, 变形是不可避免的, 在进行漏水试验时, 阀体下游侧法兰产生径向变形呈椭圆状, 这就要求活门的密封带要适应这一变形规律, 以便相应做调整。经过精确的刚度计算和密封圈压紧余量调节, 可做到蝶阀漏水试验以及初期商业运行时, 主密封处滴水不漏。
2.4 阀轴密封
阀轴密封属于运动密封, 传统的密封型式在蝶阀工作一段时间后经常产生漏泄。经过多年的实践, 结合国外先进的密封技术, 采用四道组合密封, 阀轴头处设有钢套, 钢套外侧设两道O型密封, 内侧设两道密封, 一道接近阀体内圆, 采用整圈O型橡胶密封, 另一道在阀体外侧, 采用3圈V型密封, 这种结构的好处是泥沙不会进入轴瓦, 既可保证钢套拆卸方便, 又可保证活门转动灵活, 封水可靠。
2.5 阀轴与轴瓦
由于阀轴综合应力较高, 所以采用锻钢35Cr Mo材料, 在与轴承和轴密封接触的阀轴表面镀铬, 增加了阀轴的抗磨蚀能力。阀轴与活门用切向圆柱销连接。
阀轴轴承处的压应力较高, 因此轴瓦采用铜基粉末自润滑轴承DEVA-BM, 这种轴承不但承载能力高, 轴瓦表面还开有沟槽, 一旦阀轴密封失灵, 泥沙可以存在沟槽内, 防止轴瓦和阀轴的磨损, 保证轴承两个大修期以上不用更换。
阀轴与重锤和转臂之间都采用圆柱销子连接方式。
2.6 操作系统
操作系统由接力器、转臂重锤、液压锁锭及附件组成, 白山蝶阀双平板式活门由于上下平板为非对称结构, 当活门处于全关位置时, 重心偏离旋转轴线处于下游侧约163mm, 活门重为42T, 其最大关闭力矩为6.85T.m, 为充分利用此力矩减轻重锤重量, 所以2-φ500mm摇摆式接力器选择布置在下游侧, 接力器和重锤布置在蝶阀的两侧。此种结构操作稳定性好, 转动部件受力均匀。
接力器活塞环活塞环采用德国制造的聚四氟乙烯复合密封, 一道密封可使接力器内漏为零, 而且寿命长 (不低于8年) , 更换方便。活塞杆表面镀铬, 抗磨损防生锈。活塞杆密封采用3道V型密封, 保证不漏油, 并设有刮尘装置, 接力器与压力油管采用柔性高压软管连接。接力器行程末端设有缓冲装置, 以防止活塞在行程终点时对缸体产生有害冲击。
本阀设全开和全关液压锁锭装置, 机组正常运行时锁锭不投入;检修时, 活门处于全开位置, 锁锭销投入防止活门关闭, 同时可检修或更换主密封圈;在全关位置, 它能承受操作机构的最大作用力以防止水轮机在检修时的误开动作和其它形式的误动作, 操作方便, 安全可靠。
2.8 旁通管路和空气阀
为缩短蜗壳充水时间, 设一条旁通管路, 管路上有一个Φ250针型液压旁通阀, 液压旁通阀上下游侧各设一只Φ250常开手动闸阀, 不停机便可以检修液压旁通阀。
旁通阀为针型液压旁通阀, 阀针头部具有良好的流态, 可大大减轻旁通管路的振动及噪声, 并具有维修方便, 运行稳定, 寿命长的优点。针型阀的密封座和阀门表面堆焊不锈钢, 大大增加阀自身的抗磨蚀能力, 延长了使用寿命。
3 结论
水电站厂房上部结构选型概述 篇8
关键词：水电站厂房,上部结构,结构选型
1 工程基本概况
龙开口水电站位于云南省鹤庆县中江乡境内的金沙江中游河段上, 是规划中金沙江中游河段8个梯级电站的第6级电站, 上接金安桥水电站, 下邻鲁地拉水电站。龙开口水电站厂房为坝后式地面厂房, 布置在右岸台地上, 装机5台, 单机容量为360 MW, 主厂房由右至左为安装场和机组段, 其尺寸 (发电机层平面) :安装场长66 m, 机组段长4×33+39=171 m, 主厂房总长237 m, 主厂房桥机跨度为30m。大坝的抗震设防烈度为9度;厂房结构的抗震设防烈度为8度。
2 结构型式比较方案拟定
龙开口水电站地处8度地震区, 电站机组规模较大, 厂房单机组段长33 m, 发电机层以上宽36.5 m, 上部空间较大, 结构相对单薄。厂房上部结构除满足各种工况下的运行要求外, 尚应具备良好的抗震性能。
2.1 厂房上部结构型式比较方案拟定
龙开口厂房地震设计烈度8度, 主厂房宽度36.5 m, 考虑到网架结构较之钢屋架, 空间刚度大, 具有良好的抗震性能, 参照同类规模相近工程的经验, 厂房屋面结构型式推荐采用钢网架。
根据目前已建、在建相似规模工程的类比, 结合主厂房上下游侧可行的结构型式 (梁柱或实体墙) , 厂房上部结构型式拟定三个方案。
1) 实体墙方案。
厂房上部主要受力结构由实体墙、吊车牛腿、网架屋面系统组成。吊车牛腿以下上下游均采用实体墙, 墙厚2.0 m。牛腿以上上下游各布置4榀小柱, 小柱断面尺寸为2.0 m×1.5 m (高×宽, 注:下同) , 柱顶设有联系梁。
2) 墙柱方案。
厂房上游采用实体墙, 下游为立柱。上游墙及吊车牛腿以上小柱结构布置及尺寸同墙墙方案, 下游侧牛腿以下亦布置4榀立柱, 下游大柱的断面尺寸为3.0 m×1.5 m。
3) 排架柱案。
厂房上部主要受力结构由立柱、吊车梁、网架屋面系统组成, 上下游各布置4榀排架柱, 牛腿以下立柱断面尺寸为3.0 m×1.5 mm, 牛腿以上结构布置和尺寸同墙墙方案。
上述各方案屋面采用网架结构, 网架与墙 (柱) 结构的连接方式对二者的应力和位移影响较大。由于厂房跨度大, 温度变化及荷载作用下, 网架将产生较大变形。若网架与墙 (柱) 固定铰接, 完全限制相对水平位移, 对排架结构有利, 但是网架结构应力偏大, 将大幅度增加网架构件的断面尺寸。为了适应屋面结构变形、传递水平力的要求, 网架与墙 (柱) 之间需允许有一定数值的相对位移。由于支座型式不影响上部结构研究的结论, 为了结构安全, 并留有适当的余度, 本课题初步选用板式橡胶支座。下阶段结合屋面结构设计, 对支座型式进行深入研究。根据本工程结构受力特点参照三峡研究成果, 拟采用正方四角锥钢网架, 焊接球节点, 下铉支承。
2.2 结构应力、位移分析的结果
厂房结构长期处于运行状态下, 地震工况下结构的受力状态是本专题关注的重点, 故在方案比较时仅对正常运行、校核洪水、和地震工况下的结构应力、位移进行分析、比较。
结构计算模型取一个完整的中间机组段作为一个受力单元。
由于水电站厂坝结构的复杂性, 数值计算采用有限单元法进行。选择大型通用的结构分析商业软件ANSYS, 该计算软件可进行线弹性及非线性结构分析、热分析、电磁分析、流体分析及耦合场分析等各种不同类型的计算, 计算精度高, 具有较强大的前后处理能力。计算的通用性和可靠性较好, 计算结果具有良好的可信度。
厂房上部结构不论采用何种型式, 由于结构单薄, 其工程量占主体工程的比重均很低, 尽管各方案的混凝土工程量略有差别, 但对工程投资影响很小。
在本工程实例中, 通过分析计算, 墙墙方案结构布置灵活, 较其他方案布置适应性好。三个方案结构位移和应力均基本满足设计要求, 部分工况结构位移较大, 只需对结构尺寸进行微调, 即可满足运行要求。柱柱方案结构单薄, 抗扭刚度小, 较其他方案静力工况的结构位移和地震工况的结构拉应力为最大, 柱柱方案为满足部分工况结构位移的要求而对柱子断面尺寸进行调整, 由于厂房运行有一定净空的需要, 使得厂房上部总宽度尺寸有所增加。墙柱方案上下游侧结构纵向刚度不对称, 纵向位移差异大, 扭转作用明显, 对结构抗震较为不利。考虑到本工程地震烈度高, 墙墙方案结构对称, 刚度大, 抗震性能明显好于其他两个方案, 优势明显。尤其是边机组段边墙较厚, 其地震惯性力对排架结构的应力影响较大, 墙墙方案上游墙体和边墙结构协调, 可减小因地震惯性力引起的扭矩, 在很大程度上改善了结构的受力条件。综上分析, 推荐采用墙墙方案。
3 结语
潘口水电站厂区布置与结构设计 篇9
1 厂区地基与布置
1.1 地基
自然岸坡40°~45°, 附近河床水位261.00m, 基岩面高程247.00~257.00m。厂房纵轴线方向为北东20°。建基岩石主要为绿泥钠长片岩, 但其中夹透镜状大理岩与绢云绿泥石英片岩及含炭石英质千枚岩, 基础坐落在新鲜岩体上。岩层走向320°~330°, 与厂房轴线交角50°~60°。厂后坡岩层弱风化深度5~20m。开挖坡比:新鲜岩石为1∶0.25, 弱风化岩石为1∶0.5, 强风化岩石为1∶0.75。影响左岸边坡稳定的节理主要有3组:走向北东40°~60°, 倾向南东, 倾角40°~85°;280°~300°, 倾向南西, 倾角50°~80°;走向330°~350°, 倾向北东, 倾角40°~80°。
1.2 布置
潘口水电站厂房位于河道转弯处凹岸, 厂后边坡较陡。经过前期比较论证, 采用地面厂房方案。
为减少厂区边坡开挖, 降低工程风险, 设计因地制宜。厂区布置主要采取: (1) 厂房右端紧贴坝趾布置, 在满足厂房地基承载力的前提下, 厂房位置尽可能向河床方向移动, 同时尾水渠占用河床, 既能减少厂后边坡开挖量, 减少边坡支护的费用, 又能利用天然河床较深的特点减少尾水渠反坡段开挖, 并能使尾水渠出口与原河道衔接顺畅, 以上措施对节约工期和节约工程量效果明显; (2) 厂房采用结构较紧凑的“一字型”布置, 即主机间、安装场布置在一条线上, 副厂房布置在主厂房上下游; (3) 尾水渠左右岸采用墙身较薄、结构轻巧、构造简单、并能适应于墙高大于5m、基础条件较差的扶壁式挡土墙和造价低、施工简单的C15埋石混凝土重力式挡土墙, 布置错落有致, 在建筑视觉上效果较好; (4) 开关站布置在上坝公路左侧缓坡地带, 为户外开敞式, 平面尺寸175m×98m, 进站公路与左岸上坝公路相连, 交通便利。经设计优化后开关站采用半挖半填、挖填平衡的方式, 并采用工民建中广泛采用的加筋土挡土墙做挡墙, 效果明显。
2 不利地质和高尾水情况下厂房稳定与结构设计
厂房按200年一遇洪水设计, 1000年一遇洪水校核。厂房建基面最低高程263.1m, 设计洪水位275.97m, 校核洪水位276.55 m。尾水出口底部高程240.1 m, 尾水最大水头36.45m, 水头高, 对厂房整体稳定要求较高, 且受地形地质条件限制, 设计难度大。设计过程中, 在有限范围内通过优化开挖坡比和建基面尺寸, 降低基础应力, 满足厂房整体稳定要求。
机组间、机组与安装场间设置永久缝, 缝宽2cm, 缝间填沥青杉板。厂房止水设计时考虑高尾水特点, 在结构缝处布置两道止水密封。
安装场布置在主厂房左侧。根据地质条件和现场开挖清坡后的地形特点, 为避免二次开挖, 采用造价低、施工速度快、水源近清洗方便和就近取材等优点的C15埋石混凝土做基础, 很好地解决了以上问题, 施工质量满足设计要求。
根据坝工要求, 尾水渠右岸需布置一定高度挡水墙以拦截坝体渗水, 墙顶以下不设排水孔, 墙顶设薄壁式三角量水堰确测量坝体渗水量。挡水结构承受较大内水压力, 且受地形地质条件限制, 结构设计上难度较大。通过比较后选用异型扶臂式挡土墙、局部C15埋石混凝土重力式挡土墙和C15埋石混凝土作基础, 较好地解决了以上问题, 并降低工程造价, 节约工期, 充分利用当地资源, 布置错落有致, 在建筑物视觉上层次感丰富, 取得了较好效果。
3 边坡开挖支护
厂后边坡地形陡峭, 经技施阶段前期设计优化, 厂后边坡在地面高程277.15m以上只需清除坡面覆盖层和局部开挖, 节省工程量节约工期, 同时有利于厂后边坡的整体稳定。厂后边坡经设计复核原始边坡稳定后, 采取常规边坡支护方案: (1) 系统锚杆采用Φ28, 单根长9 m, 梅花型布置, 间排距3 m×3m, 入岩8.92m, 外露0.08m; (2) 挂钢筋网 (Φ6.5 0.2m×0.2m) 喷10cm厚喷护混凝土; (3) 坡面排水孔 (Φ56 mm, L=4.5m, 间排距3m×3m) , 仰角10°。开关站边坡开挖最大高度约40m, 坡面支护与厂后边坡相同。
潘口水电站厂区边坡开挖支护完成时间较长, 截止2012年底两台机组相继投产发电, 边坡观测数据稳定, 说明边坡开挖支护设计合理, 达到了预期设计要求与目的。
4 结语
潘口水电站厂房位于“U”型峡谷地区, 河谷偏窄、地质条件差、机组安装高程低和设计校核尾水位高等特点, 采取主体建筑靠近河床, 并采取扶壁式挡土墙、C15埋石混凝土、开关站挖填平衡和加筋土挡土墙等措施, 厂区布置结构紧凑, 布局合理, 有效解决了设计过程中的重点与难点, 可供类似工程设计借鉴。
参考文献
[1]储小钊, 董丹丹, 张燕.天花板水电站厂房布置与结构设计[J].水力发电, 2011, 37 (6) :63-65.
[2]陈坤孝, 崔忠慧.盖下坝水电站工程枢纽布置[J].水力发电, 2011, 37 (2) :46-49.
电站结构 篇10
关键词：变电站；裂缝；原因；措施
中图分类号：TU528.01 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）02-0152-01
混凝土裂缝是建筑混凝土施工过程中的常见问题，有些裂缝并不影响建筑物的受力以及正常的使用，但是裂缝的存在会使建筑物的钢筋受到腐蚀，使建筑物在使用的过程中埋下安全隐患，影响建筑物的耐久性，缩短建筑物的使用寿命。所以在施工中应当尽量避免产生混凝土裂缝。根据对施工裂缝的调查人们发现施工裂缝产生的原因主要有两个：①由于温度差异引发的裂缝产生，另外混凝土的膨胀与收缩不一致或者产生不均匀的沉降，这都会导致裂缝产生，由于这种原因引起的裂缝我们把它叫做非结构裂缝；②外在负荷过大也会引发裂缝出现。而变电站中电气设备较多，所以外在负荷相对来讲就会比较大，所以在施工以及设计中要充分的考虑到这一点。
1 变电站建筑中常见的裂缝以及预防措施
1.1 沉陷裂缝及其预防
1.1.1 沉降裂缝产生的原因以及特点
沉陷裂缝主要产生在砌体比较单薄、应力又相对集中的地方，其发生是有一定规律的，①裂缝与窗脚之间的角度大约为45 °，而且起于顶层，顶层下面的各层在相同的地方也会有同样的裂缝产生，但是以顶层产生的裂缝最为严重，顶层以下的各层裂缝会相对变少；②在相对沉降比较大的柱位，柱与砌体的连接处会有垂直错动的裂缝产生。其产生的原因是主要是建筑物上部的所有荷载是由桩传到地基的，如果地基的承载能力不强，建筑物上部产生的巨大负荷就会产生下沉，但是这座建筑如果只是部分地基的承载能力不够，其他地基的承载能力没有问题，整座建筑的承载量就会产生差异，导致柱与砌体之间产生裂缝；③不均衡沉降较为严重时，除了墙体会发生裂缝以外，在柱的上下两头以及梁的两端也会有裂缝产生；④如果两侧砌体存在相同方向的斜裂缝，下层的裂缝表现得比较轻，而上层的裂缝表现的比较严重的话，是由不均衡沉降的诸位倾斜造成的，而且倾斜所占的比重还较大。
1.1.2 控制沉陷裂缝的有效办法
①在浇灌混凝土的过程中要注意保护地基避免地基被水浸泡的现象发生；②模板要牢固并且要具有足够的支撑力，所以在选择模板的时候要选择刚度与强度比较好的符合施工要求的模板；③如果变电站的地基建在填土或者松软土之上，那么在进行上部结构施工之前，一定要做好地基的加固与夯实工作；④要注意模板拆除次序与时间，拆模要按照先后次序完成，而且拆模的时间不宜过早。
1.2 温度裂缝的产生原因以及预防方法
1.2.1 温度裂缝产生的原因
①砖砌体与混凝土的线膨胀系数是不一致的，二者相差大约1.9～2.3倍，而两者之间的伸缩量也不相同，也大约相差1.9～2.3倍，其中混凝土的线膨胀系数与伸缩量比较大而砌体相对来说就比较小。当二者组合在一起的时候混凝土梁的较大变形会对砌体产生一定的拉压作用，当作用于砌体的拉压作用超过砌体自身的抗剪强度或者轴心抗拉强度的时候，建筑结构产生裂缝的现象；②除了建筑材料自身的原因以外，不科学的施工也会导致砌体与梁之间出现水平裂缝，梁底砌体如果只采用单一的直砖砌筑，缝隙内填充砂浆的话，就会受到施工工艺与温度的双重影响最终导致裂缝产生。
1.2.2 温度裂缝预防措施
①选择合适的施工材料，在施工中选择中低热量的水泥进行施工，如粉煤灰水泥、矿渣水泥等。②把具有增塑以及减水作用的外加剂按照适当的比例掺入到混凝土中，使其保水性能与流动性能得到有效的改善，使产生热峰的时间向后推迟。③建筑使用的混凝土中的水灰比要控制在0.6以下。④减少混凝土中水泥的使用量，每立方米的混凝土中水泥的使用量最好低于450 kg。⑤在混凝土施工中要进行分层、分块浇筑的施工方法，减少浇筑的厚度，使混凝土在凝固过程中产生的热量能够及时散发出去。⑥采取有效措施降低约束，如可以在旧的混凝土以及基岩上涂刷一层材料，如：沥青，或者垫上5 mm左右的砂。⑦混凝土浇筑施工中避免温度的变化引起的混凝土体积的收缩膨胀，还要预留一定的收缩缝。⑧混凝土浇筑完成后要对其温度变化情况进行监控，采取有效办法降低混凝土温度。⑨混凝土浇筑工作完成之后，还要注意混凝土的养护，如果在冬季完成了混凝土的浇筑应在其表面采取保温措施，防止寒潮带来的不利影响，夏季，可以使用麻片、草帘等覆盖，并且要定期对麻片、草帘等进行洒水使其保持湿润。
1.3 干缩裂缝产生原因及预防措施
1.3.1 干缩裂缝产生原因
混凝土浇筑完成以后，其中的水分会逐渐蒸发，但是如果表面水分蒸发过快，表层混凝土的变形就会较大，内部混凝土的蒸发速度较慢，其变形也较慢，其变形差异使表层混凝土与内部混凝土之间产生较大拉应力，当拉应力超过其承受范围时就会产生干缩裂缝。
1.3.2 干缩裂缝预防措施
①加强混凝土的搅拌工序，严格控制混凝土中各种材料的比例，特别要控制好用水的比例，用水量一定要符合设计要求。②选用收缩量相对比较小的水泥，在施工时间中一般采用粉煤灰水泥或者是使用中低热量的水泥，进行施工。③要预留足够的收缩缝，避免对凝固后的混凝土质量造成影响。④在对混凝土进行早期养护的时候要科学的把握养护的时间，特别是冬季的时候，要适当的延长养护的时间，否则会影响建筑投入使用的质量，造成不必要的损失，必要时可以使用涂刷养护剂的方法进行养护。⑤为了减少混凝土中水灰的比例还可以在混凝土中加入适量的减水剂，以减少干裂缝的发生。
2 变电站建筑结构混凝土裂缝的处理
2.1 混凝土置换法
这种方法适用于混凝土损坏比较严重的地方，其具体的操作方法是利用砂浆、聚合物混凝土、改性水泥砂浆或者是一般的混凝土替换已经受到严重破坏的混凝土，当然前提是要把已经受到严重破坏的混凝土去掉。
2.2 没有影响建筑承载能力的裂缝的处理方法
变电站建筑中不影响承载力的深进裂缝以及表面裂缝可以在其表面涂抹环氧胶泥或者是水泥浆的方法，还可以裂缝的表面刷上油漆等防腐材料使建筑物免受裂缝的影响。为了避免裂缝所带来的多种不利因素，影响建筑的质量以及使用寿命，还可以在建筑的外墙敷设钢丝网或者是贴贴玻璃纤维布的方法解决这一问题。
2.3 嵌缝法与灌浆法
这两种方法适用于有防渗要求或者对变电站的整体结构有影响的混凝土裂缝的处理。
2.3.1 嵌缝法
这种方法的具体操作过程是首先要顺着裂缝凿一个槽，然后在槽中嵌填入塑料油膏、聚氯乙烯胶泥等塑性材料，或是嵌填入聚合物水泥砂浆等刚性止水材料以终止裂缝产生的不利影响。
2.3.2 灌漿法
其操作方法是利用压力设备把甲基丙烯酸酯、水泥浆以及环氧树脂等胶结材料压入到这些裂缝中，把裂缝填满这些材料硬化后会与混凝土有机的结合成为一个整体。从而避免、停止裂缝对建筑产生的危害。
2.4 加固法
这种方法适用于对影响混凝土结构性能的裂缝处理。这种方法的应用原理是通过增大截面面积以增加建筑结构的稳固性，其具体方法有：喷射混凝土补强加固、使用预应力法、粘贴钢板等。
3 结 语
变电站建筑结构中的裂缝会对建筑的质量产生不利的影响，但是如果施工人员掌握了其发生的原因，并且采取有效的措施予以预防，与补救就会有效地解决这个不利因素，从而保证建筑物的质量，延长建筑物的使用寿命。
参考文献：
变电站钢结构防腐设计研究 篇11
变电工程一般均处于户外, 环境恶劣, 钢结构必须采用高性能长效的防腐方法。为了贯彻国家电网公司“两型一化”变电站建设的设计理念, 防腐方法的选择必须按照全寿命周期内“资源节约、环境友好”的原则, 控制全寿命周期成本, 并尽量采用节能、环保材料。本文对钢结构的腐蚀机理及防护机理进行研究, 对比了目前钢结构防腐方法的优缺点以及其在变电工程中的适用性, 结合变电工程钢结构防腐需求, 运用全寿命周期成本控制理论进行成本分析, 以找到适合变电工程环境及运行方式的防腐方法。
1 钢结构的腐蚀机理
钢材的锈蚀是一个电化学过程, 这个过程需要4个条件, 通常称之为“ACME”, 它们分别是阳极 (Anode) 、阴极 (Cathode) 、金属接触 (Metallic Pathway) 以及电解质和氧气 (Electrolyte&Oxygen) 。当这4个条件同时存在时, 钢铁便发生锈蚀。
在阳极, 铁释放电子形成Fe2+;在阴极, 水中溶解的氧吸收来自阳极的电子而生成氢氧根离子OH-, 电子由阳极不断流向阴极, 产生腐蚀电流, 在钢结构表面形成氢氧化铁薄膜:
Fe (OH) 2再与水、氧结合生成氢氧化铁即铁锈:
2 变电工程钢结构防腐的特殊需求
变电工程钢结构防腐有如下需求[1]。
(1) 长效性。屋外配电装置变电构支架因设备常年带电运行, 维修难度非常大, 不可能经常停电检修。因此, 必须采用长效防腐方案, 尽量做到使用期内免维护。
(2) 适应性。防腐方案必须充分考虑各种腐蚀条件, 以具有良好的适应性。
(3) 变形小。变电工程中钢结构构件, 往往采用螺栓连接, 构件在防腐施工过程中易发生变形, 造成钢结构安装精度不够或安装不上, 因此, 防腐施工应尽可能减少构件变形。
(4) 节能、环保、全寿命成本小。
3 钢结构防护机理及常用防腐方法
(1) 牺牲阳极保护阴极。
在钢表面涂覆锌粉, 使锌涂层变成阳极, 从而达到保护钢结构的目的。钢结构阴极保护的电化学反应方程式为:
(2) 隔绝防护。
涂料的隔绝保护作用是通过降低电解质和氧气从外界渗入到达钢结构表面的速率来达到对钢结构进行保护的目的。隔绝作用使钢结构孤立于周围的环境。
(3) 缓蚀防护。
利用缓蚀机理对钢结构进行保护的涂料一般都含有能减缓腐蚀过程的缓蚀填料。缓蚀填料能在钢结构的表面形成一层很薄的保护氧化层, 使湿气的渗透性降低, 从而提高钢结构的使用寿命。
目前在钢结构中常用的防腐蚀方法有[2]:有机涂层防腐蚀法、无机非金属涂层防腐蚀方法及金属覆盖层防腐蚀方法。
有机涂层防腐方法由于受涂料体系本身的防护原理 (隔绝防护、缓蚀防护) 限制, 其防腐年限一般为5a~10a, 局部处理不当的防腐薄弱环节1a~2a后就会出现锈蚀。变电工程使用寿命一般为50a, 变电站需要长效运行, 要尽可能避免停电检修, 因此有机涂层腐蚀防护在变电工程应用中有一定的局限性。
以非金属元素氧化物或金属为非金属元素生成的氧化物为主体构成的覆盖层统称为无机非金属覆盖层。无机非金属覆盖层具有耐热、耐蚀和高绝缘性的优点, 但由于其脆性大, 冲击韧性差, 在建筑结构的腐蚀防护中的应用受限。
把一种 (或多种) 金属通过一定的工艺方法牢固地附着在其他基体上, 而形成几十微米乃至几个毫米以上的功能覆盖层称为金属覆盖层。钢结构用金属覆盖层大多为锌及其合金, 铝及其合金在钢结构中也有应用, 铝的耐腐蚀性远高于锌, 但其工艺性能不如锌覆盖层, 特别是喷涂厚度较大之后, 其韧性以及其余基体的结合能力较差, 在建筑结构中较少应用。
目前, 钢结构防腐普遍应用的方法是热镀锌及热喷锌防腐, 在变电工程中普遍应用的是热镀锌方法。近年来随着技术进步, 在国外广泛应用的冷喷锌技术已开始在国内电力工程建设中应用。
4 热镀 (喷) 锌与冷喷锌方法比较
热喷涂锌工艺利用不同的热源, 将金属材料熔化、雾化后, 高速堆积到基体表面形成一定厚度的金属附着层来达到防腐目的。
热镀锌工艺将金属构件表面经过预处理后全部浸入锌熔融金属溶液里, 熔融金属与构件表面形成的冶金介面经过扩散形成金属覆盖层达到防腐的目的。
冷喷锌工艺是通过涂装工艺在金属构件表面形成锌金属保护膜 (锌盾) , 具有阴极保护 (牺牲阳极) 及屏障保护的功能。锌盾冷喷锌材料经常温喷涂干燥后, 镀层中纯锌含量在96%以上。
热喷涂锌、热镀锌及冷喷锌防腐方案的技术特点对比如 (表1) 所示。
热喷涂锌防腐方案经济性远不如冷喷锌防腐方案, 在此不再比较, 只比较冷喷锌与热镀锌防腐方案的经济性, 如 (表2) 所示。
由 (表1, 2) 可以看出, 冷喷锌防腐方案的经济性明显优于热镀锌方案。冷喷锌有效克服了热镀锌的缺点, 防腐性能优越, 适应性广, 维护和修补方便, 节能环保, 全寿命周期成本低, 具有明显的经济、社会效益。
5 结语
冷喷锌技术具有节能、环保、施工方便、易维护、全寿命成本低等优点, 能够较好地贯彻“两型一化”变电站设计理念, 适应变电工程的特点, 具有良好的综合性价比和竞争力, 应用前景广阔。随着国家节能减排措施的相继出台, 热喷、热镀锌防腐方法将会限制使用, 冷喷锌防腐有效克服了热镀锌的缺点, 防腐性能优越, 适应性广, 维护和修补方便, 节能环保, 全寿命周期成本低, 具有明显的经济、社会效益。
参考文献
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