长江科学院-获奖成果详情长江水利委员会科学技术奖

获奖名称: 水电站蜗壳组合结构受力调控理论及应用

获奖等级: 一等奖

获奖类别: 长江水利委员会科学技术奖

授奖单位: 长江水利委员会

完成单位: 长江水利委员会长江科学院、武汉大学、中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司、长江勘测规划设计研究有限责任公司

获奖年度: 2021

获奖人员: 张启灵、伍鹤皋、胡蕾、肖平西、石长征、傅丹、孙海清、黄小艳、赵晓峰、陈琴、韩贤权、张智敏、刘嫦娥、李波、谭勇

成果简介:本项目属于水工钢-混凝土组合结构研究与应用领域。蜗壳组合结构作为水电站厂房的重要组成部分，其复杂的受力特性直接关系到厂房结构安全和机组稳定运行，通过适当的工程措施调控结构的受力状态对于保障电站长期安全稳定运行有重要的实践价值。本项目组历经15年时间，以我国水电站工程实践中广泛应用的充水保压和垫层蜗壳组合结构为对象，针对其在内水压力作用下的结构受力表现及调控问题开展了相关的应用基础研究和应用研究工作，发展了基于充水保压及直埋-垫层组合埋设技术的蜗壳组合结构受力调控理论，主要创新点如下：（1）完成了大比尺充水保压蜗壳结构室内模型试验，同时开展了对应的数值模拟工作，提出了一种基于铰接-接触单元的充水保压蜗壳仿真算法，揭示了钢蜗壳-混凝土间初始保压缝隙的提前及滞后闭合现象，计算与试验结果取得了良好的对应关系。（2）开展了较长时间尺度及循环压力荷载作用下的蜗壳垫层材料压缩-回弹物理试验，澄清了垫层材料具有非线性、不可逆压缩特性的科学事实，同时发展了相应的数值模拟方法，可靠性得到了物理压缩试验数据的验证；在此基础上，揭示了垫层介入条件下钢蜗壳-混凝土间的接触传力行为。（3）建立了考虑水电站厂房结构安全和机组稳定运行的蜗壳组合结构受力调控指标体系，揭示了充水保压和直埋-垫层组合埋设参数对蜗壳内水压力外传比例及路径的影响机制，从组合结构受力调控的角度提出了充水保压及直埋-垫层组合埋设优化设计方法。项目成果已成功应用于溪洛渡、瀑布沟、官地等大型水电站厂房的建设实践中，提升了工程界对水电站蜗壳组合结构受力响应行为的科学认知，促进了结构受力调控设计理念在行业内的传播与推广，推动了国内水电站建筑物结构设计及实践水平的发展。