水电站蜗壳结构模型试验和原型观测的发展现状

张启灵，伍鹤皋，李端有

(1.长江科学院a.工程安全与灾害防治研究所;b.水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心，武汉 430010;2.武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉 430072)

1 概述

水电站蜗壳结构空间体型复杂，是一种特殊的钢衬钢筋混凝土结构，按钢蜗壳埋入混凝土方式不同，一般分为3类:垫层蜗壳、充水保压蜗壳和直埋蜗壳。蜗壳内水压力由钢蜗壳和外围大体积混凝土结构共同承担，钢蜗壳和混凝土之间的非线性接触滑动行为以及两者联合承载机理十分复杂。

对于蜗壳这种复杂的组合结构，近年来比较流行的研究方法是以数学力学为基础，建立数值模型进行各类有限元计算，取得了丰硕的成果［1－4］。除此之外，以实验力学为基础，建立蜗壳结构的物理模型进行试验分析，或对于已建成的工程进行蜗壳结构原型观测，获得最原始的资料，也都是蜗壳结构研究的重要手段。数值计算、模型试验和原型观测三者相辅相成，各有优缺点，如数值计算方便快捷、节约成本，但计算参数不易确定;模型试验技术成熟，对问题描述清楚直接，而试验费用较高，获取的结果不够稳定;原型观测基于实际工程，所得监测数据可信度高，但是其观测周期长、结构加载或卸载受实际工程运行要求限制，且测点数量和分布有限，因此很难获得全面有效的监测数据。尽管采用数值计算方法研究蜗壳结构逐渐成为主流手段，但模型试验和原型观测作为数值计算结果正确性和合理性的有力验证手段，其作用不可替代。……