冯韶辉 孟繁杰

马来西亚胡鲁水电站预应力弧门支座设计

冯韶辉 孟繁杰

溢洪道弧门支座采用预应力结构形式，在改善结构使用性能的同时大大提高了结构的耐久性。结合英国标准，对后张法预应力弧门支座的承载能力极限状态设计和正常使用极限状态设计进行简要介绍。

弧门支座 后张法预应力 承载能力极限状态 正常使用极限状态

1 工程概况

马来西亚胡鲁水电站工程位于马来西亚丁加奴州境内Kenyir湖上游的丁加奴河的上游河段。在现有Kenyir水库上游的丁加奴河的上游河段开挖修建Puah大坝。大坝为黏土心墙坝，最大坝高70 m，坝顶长约600 m。

在Puah大坝的左坝肩布置3孔溢洪道，设置3个弧形闸门，闸门尺寸11 m×16.8 m。溢流堰堰顶高程280.50 m，溢洪道单孔净宽12 m，边墩厚3.5 m，中墩厚4 m，闸墩顶高程299.50 m。

根据业主合同文件，溢洪道弧门支座要求采用预应力混凝土结构，以提高结构的使用性能。

2 设计标准及荷载作用

2.1 采用的设计标准

采用的设计标准见表1。

表1 采用的设计标准

2.2 荷载作用效应

经弧门支座受力分析，弧门支座设计控制工况下的荷载设计值为：

式中Pn——垂直于弧门支铰底面的作用力分量；

Pτ——竖向平面内平行于弧门支铰底面的作

用力分量；

Ph——平行于弧门支铰底面的水平作用力分量。

则弧门支座端截面的第1主平面的内力设计值为：

弧门支座端截面的第2主平面的内力设计值为：

弧门支座端截面的扭矩设计值为：

预应力弧门支座的布置简图见图1，其受力简图见图2。

3 承载能力极限状态验算

3.1 后张预应力损失计算

钢绞线采用：BS 5896-3 standard strand-1670-15.2-relax2。

混凝土强度特征值：fcu=40 MPa。

钢绞线标准抗拉强度：fpu=1 670 MPa；弹性模量：E=1.95×105MPa。

张拉控制应力：σcon=0.7fpu=1 169 MPa；多根Φ 15.2 mm(1×7)钢绞线组成1束，相应锚具采用VSL厂家定型产品。

不同于国标GB50010，英标BS8110将混凝土弹性变形、收缩及徐变造成的预应力损失分别计算，且混凝土弹性变形和徐变2项损失均与预应力钢绞线合力作用点处的混凝土法向正应力有关。在初拟6束（单束10根7股钢绞线），锚具为VSL6-12，波纹管Φ80/87 mm（内外径）的条件下，预应力弧门支座截面计算简图如图3所示。

根据英标BS8110-1：1997及BS5896：1980，预应力损失计算结果见表2。

图1 预应力弧门支座布置简图（单位：mm）

图2 预应力弧门支座受力简图（单位：mm）

图3 预应力弧门支座截面计算简图（单位：mm）

表2 混凝土弹性变形、收缩及徐变损失计算表MPa

表3 总预应力损失统计表MPa

总预应力损失统计如表3。

3.2 正截面抗弯强度验算

由BS8110-1∶1997相关计算规定，正截面抗弯强度设计值为：

故，正截面抗弯强度满足要求。

3.3 斜截面抗剪强度计算

3.3.1 最大设计剪应力复核（受剪截面复核）

受剪截面满足要求。

3.3.2 施加预应力后混凝土截面受剪承载力计算

由BS8110-1∶1997相关计算规定，混凝土设计剪应力为：

截面型心轴处由预应力产生的设计压应力为：

最大设计主拉应力为：

则，非开裂截面的最大抗剪强度设计值为：

开裂截面的最大抗剪强度设计值为：

施加预应力后混凝土截面受剪承载力为：

3.3.3 抗剪箍筋配置

设计配箍8Φ14@100。

4 正常使用极限状态验算

4.1 裂缝控制验算

由弧门支座受力分析结果，弧门支座设计控制工况下的弯矩标准值为：

则弯曲受拉区边缘混凝土最终正应力为：(压应力)

则弯曲受压区边缘混凝土最终正应力为：

可见，全截面均未出现拉应力，满足一级裂缝控制等级要求。

4.2 挠度验算

悬挑弧门支座支承截面曲率为：

弧门支座悬臂端最大挠度为：

可见，弧门支座刚度足够大，挠度几可忽略不计。

5 结语

从以上分析结果可以看出，弧门支座采用预应力结构，使得构件在正常使用时，在荷载效应标准组合下不开裂，混凝土基本上处于弹性工作阶段，因而构件的刚度比普通钢筋混凝土构件有所增大，挠度大幅降低。这一措施改善了结构的使用性能，同时大大提高了结构的耐久性。

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2015-03-24）

冯韶辉 男 高级工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津 300222

孟繁杰 女 高级工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津 300222