2.2　静力计算结果及分析

选取单个进水塔段作为计算模型，为了清晰描述进水塔各部位的应力应变情况，有必要对进水塔的各部位结构的名称加以说明。拦污栅墩与进水塔塔体之间以及各拦污栅墩之间的连接块体，平行水流的称为顺水流向连系梁，垂直水流的称为垂直水流向连系梁。

2.2.1　工况一

本工况下结构主要荷载为结构自重，塔体应力主要由塔体自重引起。根据计算结果，拉应力主要出现在连系梁上，且随着高程的增加，连系梁上的拉应力减小。最大拉应力出现在高程750.889～753.889m（最下层一排连系梁）的顺水流向连系梁的中部连系梁和拦污栅墩的连接处，该连系梁位于流道口的顶部，最大值为3.60MPa，该层连系梁的拉应力主要分布为1.31～3.60MPa，每层连系梁的最大值一般出现在靠近拦污栅墩处。压应力分布为自上而下逐渐增大，同一高程在顺水流方向逐渐减小。最大压应力出现在拦污栅墩底部，最大值为－12.9MPa，最大值的分布主要出现在拦污栅墩底部的角点，且并未向底板内和顺水流方向延伸。在进水口底部和两侧的边墙的压应力值分布为－6.98～－2.54MPa。同时在每层顺水流方向的连系梁与拦污栅墩连接处的下部也出现了压应力，其中以高程750.889～753.889m（最下层）的压应力值最大，该部位压应力为－7.0MPa左右。

在塔体自重作用下，顺水流向位移表现为上部出现负向位移（逆水流方向），下部出现正向位移（顺水流方向），塔顶最大位移为－3.9mm，拦污栅墩底最大位移为0.4mm；由于结构与荷载的对称性，垂直水流向位移分布呈现对称性，最大值出现在高程741.0m的拦污栅边墩的内侧，为0.4mm；竖向位移主要是结构沉降，最大值位于拦污栅墩顶部，值为－8.8mm，底板的竖向位移为－3.7mm，可见竖向位移主要是由于地基沉降引起的。整体结构的综合位移主要是竖向位移，最大值位于拦污栅墩顶部，值为9.6mm。

根据以上计算结果，在塔体的自重作用下，最大拉应力出现在进水口顶部的顺水流向连系梁上，由于进水口顶部竖向沉降与同一高程的拦污栅墩的沉降不一致，顺水流向连系梁顺水流方向的两端沉降不同，最大沉降差为1mm左右，中间的连系梁表现最为明显，造成该连系梁的拉应力最大。最大值达到了3.60MPa，远远超出了混凝土的允许抗拉强度，不同层顺水流方向的连系梁的拉应力值均超出1.0MPa。而对于拦污栅墩底部的压应力，最大值为－12.9MPa，但分布范围较小，主要集中在拦污栅墩的底部，对结构稳定影响不大。

塔底部应力分析：根据底板主应力分布，最大拉应力出现在顺水流方向底板中部，即拦污栅墩下部，最大拉应力值为2.27MPa，出现在底板拦污栅墩下部两侧，范围较小；底板压应力范围较大，最大压应力为－3.99MPa，现在顺水流方向底板中部，即拦污栅墩下部。由地基应力等值线分布可知，地基以受压为主，拉应力范围很小，压应力值较小，满足岩基承载力要求。根据应力分布可知，在塔体上部荷载作用下，底板应力较大，但是由底板传到地基的应力较小。

整体结构的主应力云图和综合位移云图见图2.5～图2.7。

2.2.2　工况二

结构施加静水压力以后，过水流道内部应力发生明显变化，拉应力区主要出现在流道的顶部与底部，最大拉应力出现在事故闸门处的流道顶部与边墙的结合处，最大值为2.17MPa，主要出现在角点，分布范围不大。其中在事故闸门处的底板上出现了拉应力大于1.50MPa的拉应力区，该拉应力区在垂直水流方向并未贯穿整个流道。压应力最大值为－9.67MPa，位于塔体与后背岩体的底部角点，分布范围不大。流道内部的压应力分布在－6.0MPa以下，位于流道边墙上。拦污栅墩底部的压应力在－5.36～－3.20MPa范围内。高程750.889m以上塔体压应力值小于2.20MPa，随着高程的增加，压应力逐渐减小。

顺水流向位移表现为上部出现负向位移（逆水流方向），下部出现正向位移（顺水流方向），最大位移为－3.9mm，位于塔顶，其中塔体下部和底板的位移不足1.0mm。由于结构与荷载的对称性，垂直水流向位移分布呈现对称性，最大值出现在高程741.0m的拦污栅边墩的内侧，为0.4mm。竖向最大位移为－8.8mm，出现在拦污栅墩的顶部，底板的竖向位移为－4.3mm。整体结构的综合位移主要是竖向位移，最大值位于拦污栅墩顶部，值为9.6mm。可见水压力对塔体竖向位移影响不大，塔体的整体位移主要由于地基沉降引起。

由于水压力的作用，塔体相对于无水压的应力变化明显，塔体的拉应力减小，特别是对于拦污栅墩与塔体之间的连系梁上的拉应力变化最为明显，由于静水压力的存在，顺水流方向连系梁的拉应力均不足1MPa，压应力也较小。由于流道内部充水，对流道顶部有向上的荷载作用，流道顶部的竖向位移减小，与拦污栅墩的竖向位移差减小，使得二者之间的连系梁两端的位移差变小，拉应力相应减小。

塔底部应力分析：根据底板主应力分布，最大拉应力出现在流道底板，即拉应力为较小，最大拉应力值为不足1.0MPa；底板压应力范围较大，最大压应力为－2.83MPa，出现在流道底板，拦污栅墩下部最大压应力为－1.65MPa左右。由地基应力等值线分布可知，地基以受压为主，拉应力范围很小，压应力值较小，满足岩基承载力要求。根据应力分布可知，在塔体上部荷载作用下，底板应力较大，但是由底板传到地基的应力较小。

整体结构的主应力云图和综合位移云图见图2.8～图2.10。

2.2.3　工况三

检修闸门关闭以后，过水流道内部应力发生明显变化，拉应力区主要出现在流道的顶部与底部，最大拉应力出现在事故闸门后的流道顶板中部，最大值为2.19MPa，在垂直水流方向7m内（顺水流方向1.5m内）折减为1.34MPa。其中在事故闸门处的底板上出现了最大拉应力为1.22MPa的拉应力区，该拉应力区在垂直水流方向折减很快。压应力最大值为－9.80MPa，位于高程748.0m塔体与后背岩体的底部角点，分布范围不大，在垂直水流方向4m内折减为－4.51MPa。流道内部的压应力分布在－5.38MPa以下，位于流道边墙内侧靠上。拦污栅墩底部的压应力在－4.71～－2.20MPa范围内。高程750.889m以上塔体压应力值小于－2.16MPa，随着高程的增加，压应力逐渐减小。

顺水流向位移表现为上部出现负向位移（逆水流方向），下部出现正向位移（顺水流方向），最大位移为－3.9mm，位于塔顶。由于结构与荷载的对称性，垂直水流向位移分布呈现对称性，最大值出现在高程741.0m的拦污栅边墩的内侧，为0.39mm。竖向最大位移为－8.77mm，出现在拦污栅墩的顶部，底板的最大竖向位移为－4.4mm。整体结构的综合位移主要是竖向位移，最大值位于拦污栅墩顶部，值为9.6mm。可见水压力对塔体竖向位移影响不大，塔体的整体位移主要由于地基沉降引起。

由于水压力的作用，塔体相对于无水压的应力变化明显，塔体的拉应力减小，特别是对于拦污栅墩与塔体之间的连系梁上的拉应力变化最为明显，由于静水压力的存在，顺水流方向连系梁的拉应力均不足1MPa，压应力也较小。由于检修门关闭，检修门以后的流道无水，在自重作用下，有收缩的趋势，造成流道顶部拉应力较大，最大值为2.19MPa。

塔底部应力分析：根据地板主应力分布，最大拉应力出现在顺水流方向底板中部，即拦污栅墩下部，最大拉应力值为1.88MPa，出现在底板拦污栅墩下部两侧，范围较小；底板压应力范围较大，最大压应力为－2.68MPa，出现在流道底部。由地基应力等值线分布可知，地基以受压为主，拉应力范围很小，压应力值较小，满足岩基承载力要求。根据应力分布可知，在塔体上部荷载作用下，底板应力较大，但是由底板传到地基的应力较小。

整体结构的主应力云图和综合位移云图见图2.11～图2.13。

2.2.4　工况四

事故闸门关闭以后，过水流道内部应力发生明显变化，拉应力区主要出现在流道的顶部与底部，最大拉应力出现在事故闸门后的流道顶板跨中，最大值为2.28MPa，在垂直水流方向7m内（顺水流方向1.5m内）折减为1.36MPa。其中在事故闸门处的底板上出现了最大拉应力为1.23MPa的拉应力区，该拉应力区在垂直水流方向折减很快。压应力最大值为－9.15MPa，位于高程748.0m塔体与后背岩体的底部角点，分布范围不大，在垂直水流方向4m内折减为－4.3MPa。流道内部的压应力分布在－4.35MPa以下，位于流道左右边墙内侧靠上。拦污栅墩底部的压应力在－3.57～－2.43MPa范围内。高程750.889m以上塔体压应力值小于－2.20MPa，随着高程的增加，压应力逐渐减小。

顺水流向位移表现为上部出现负向位移（逆水流方向），下部出现正向位移（顺水流方向），最大位移为－3.2mm，出现在拦污栅墩的顶部。由于结构与荷载的对称性，垂直水流向位移分布呈现对称性，最大值出现在高程741.0m的拦污栅边墩的内侧，为0.19mm。竖向最大位移为－10.07mm，出现在拦污栅墩的顶部，底板的最大竖向位移为－5.5mm。整体结构的综合位移主要是竖向位移，最大值位于拦污栅墩顶部，值为10.58mm。可见水压力对塔体竖向位移影响不大，塔体的整体位移主要由于地基沉降引起。

由于水压力的作用，塔体相对于无水压的应力变化明显，塔体的拉应力减小，特别是对于拦污栅墩与塔体之间的连系梁上的拉应力变化最为明显，由于静水压力的存在，顺水流方向连系梁的拉应力均不足1MPa，压应力也较小。由于事故门关闭，事故门以后的流道无水，在自重作用下，有收缩的趋势，造成流道顶部拉应力较大，最大值为2.28MPa。

塔底部应力分析：根据底板主应力分布，最大拉应力出现在顺水流方向底板中部，即拦污栅墩下部，最大拉应力为1.59MPa，出现在底板拦污栅墩下部两侧，范围较小；底板压应力范围较大，最大压应力为－2.69MPa，出现在流道底板下部。由地基应力等值线分布可知，地基以受压为主，拉应力范围很小，压应力值较小，满足岩基承载力要求。根据应力分布可知，在塔体上部荷载作用下，底板应力较大，但是由底板传到地基的应力较小。

整体结构的主应力云图和综合位移云图见图2.14～图2.16。

根据以上各工况的计算结果，表2.3和表2.4给出了各个工况下应力和位移的最大值及最大值的出现位置。根据表中的结果可知，工况一与工况二的计算应力值变化明显，而位移值基本不变，但是最大值位置相同。工况三和工况四作用下由于最大作用水头未变化，而只是水压力作用面积变化，故四种工况下的应力和位移计算结果相差也不大。