随着水电事业的不断发展,在建及将建的水电站机组的单机容量越来越大;蜗壳的HD值也急剧增长,蜗壳日趋向巨型化发展。蜗壳埋设方式的选择,是保证大型水电机组安全稳定运行的关键问题之一。对于巨型水电站高HD值的蜗壳,国内外多采用打压埋设方式,但垫层和直埋方式也有明显的优点,能否在巨型蜗壳结构中采用,一直存在疑虑并缺乏工程经验,研究成果也相对缺乏。因此,本文结合三峡工程建设实践,在收集和总结前人经验的基础上,以大型通用有限元分析软件ANSYS为平台,对不同埋设方式的巨型蜗壳结构进行以下几个方面的研究: (1)引入循环对称边界条件,考虑垫层-钢板-混凝土之间的接触摩擦,建立有限元模型;并对垫层敷设范围、垫层厚度和弹性模量等设计关键参数进行了优化,并把“垫层弹性模量与垫层厚度之比”作为参考指标进行设计。 (2)通过对垫层方案、保压方案和直埋方案的比较,分析了不同埋设方式下蜗壳及外围混凝土结构关键部位的变形规律与应力水平,为设计提供可靠依据。 (3)通过对是否设置伸缩节与止推环的方案对比分析,发现设置伸缩节在一定程度上降低了流道系统的轴向刚度和抗扭转刚度,影响水电机组的安全稳定运行,设计中应予以重视。 (4)利用钢筋混凝土有限元理论,对直埋方案蜗壳结构的受力特性进行了初步探讨,研究内水压力等荷载作用下混凝土裂缝的发展过程、裂缝分布和裂缝开度以及钢衬、混凝土和钢筋的应力与变形特性。 本文着重从静力角度对不同埋设方式蜗壳结构的受力特性进行了分析对比,以期为蜗壳埋设方式的选择提供理论依据。