水利工程論文-數(shù)值計(jì)算在三峽電廠尾水管施工中的應(yīng)用.doc

水利工程論文-數(shù)值計(jì)算在三峽電廠尾水管施工中的應(yīng)用摘要：三峽左岸電站廠房14臺機(jī)組水輪機(jī)，其輪廓為復(fù)雜的空間扭曲面，設(shè)計(jì)對尾水管成型精度要求又很高，從而使得模板設(shè)計(jì)、制作和安裝難度加大，鋼筋加工綁扎復(fù)雜，混凝土方量計(jì)算也較繁瑣。運(yùn)用AutoCADExcelAu-toLISP和QBSASIC進(jìn)行制圖和計(jì)算，提高了計(jì)算速度和精度，取得了良好的效果。關(guān)鍵詞：數(shù)值計(jì)算尾水管左廠房三峽電站1概述三峽左岸電站廠房的14臺機(jī)組水輪機(jī)分別由VGS集團(tuán)和ALSTOM集團(tuán)制造，兩家的尾水管結(jié)構(gòu)雖然不盡相同，但都是由其典型斷面沿尾水管中心線，從水平向圓形斷面漸變?yōu)樨Q直向矩形斷面，從而構(gòu)成的復(fù)雜形體。因其輪廓為復(fù)雜的空間扭曲面，同時設(shè)計(jì)對尾水管成型精度要求又很高，從而使得模板設(shè)計(jì)、制作和安裝難度加大，鋼筋加工綁扎復(fù)雜，混凝土方量計(jì)算也較繁瑣。2尾水管特征參數(shù)與曲線繪制方法2.1尾水管參數(shù)特征尾水管由錐管段、肘管段和擴(kuò)散段三個部分組成，其中肘管段最為復(fù)雜。尾水管斷面沿尾水管中心線(空間曲線)由水平圓形漸變?yōu)榇怪毕蚓匦危鋽嗝鎱?shù)可分解為定位參數(shù)和斷面形狀參數(shù)兩部分：定位參數(shù)由尾水管斷面傾(即與水平面夾角。)和斷面中心的空間坐標(biāo)確定，形狀參數(shù)是由斷面的寬度W、高度H，圓角半徑R確定。根據(jù)制造廠家提供的尾水管斷面底面坐標(biāo)(Xi，Zi)和頂面坐標(biāo)(Xj，Zj)，以及斷面中心線距機(jī)組中心線的偏移值T，可求出中心線的坐標(biāo)(Xo，Yo，Zo)，通過特征點(diǎn)與中心點(diǎn)的相對關(guān)系可推出尾水管各特征點(diǎn)的坐標(biāo)，并依此繪出各特征點(diǎn)的軌跡線。尾水管斷面上各特征點(diǎn)如圖1所示。圖1尾水管斷面形狀及特征點(diǎn)示意圖2.2尾水管曲線繪制方法在AutoCAD中，可以利用其內(nèi)嵌的AutoLISP語言編制曲線公式，對各參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，以坐標(biāo)的形式給出，并將運(yùn)算得的數(shù)值代入到繪圖命令參數(shù)中，從而快速繪制出各種曲線。各特征點(diǎn)軌跡線坐標(biāo)都可表達(dá)如下數(shù)值關(guān)系：X=f(Xi，Xj，R)；Y=f(W，R，T)；Z=f(Zi，Zj，R)；由此可以繪出尾水管各特征點(diǎn)軌跡線及其投影曲線：中心線的平面、立面投影曲線；尾水管頂面、底面的曲線(即P、Q點(diǎn)軌跡線)，尾水管頂部、底部的起弧點(diǎn)(切點(diǎn))的曲線(即PI、Pr、Ql、Qr點(diǎn)的軌跡線)；尾水管側(cè)壁上部和下部起弧點(diǎn)(切點(diǎn))的曲線(即Mu、Nu、Md、Nd點(diǎn)的軌跡線)等等。2.3尾水管與各種平面相交線的繪制在計(jì)算過程中我們用到了3種切面：水平切面、順?biāo)鞣较虻呢Q直切面以及過任意兩斷面中心點(diǎn)且順?biāo)飨虻男鼻忻?。只要尾水管斷面與平面相交就可得相交線，如果斷面周邊線與平面的交點(diǎn)位置確定，則其坐標(biāo)都可以用解析幾何的方法求出，將這些交點(diǎn)相連從而得到所需的相交線。沿尾水管高度方向，將某一水平切面切尾水管后即形成該層面的混凝土邊界線。若將每一道水平切面切尾水管后所形成的相交線重疊，則其最外緣的點(diǎn)連線即為尾水管包絡(luò)線，它反映了尾水管形體在水平面的投影。2.4空間立體圖繪制在AutoCAD中，只能建立尾水管的空間立體線框模型，其作法為：先以尾水管某一中心點(diǎn)為用戶坐標(biāo)原點(diǎn)，以過該點(diǎn)的斷面為用戶坐標(biāo)平面，建立一個用戶坐標(biāo)系，在用戶坐標(biāo)系內(nèi)畫斷面邊線，再返回到通用坐標(biāo)系；依此方式再畫線，經(jīng)多次反復(fù)，即得形象而直觀的空間立體圖形，并可從不同角度觀察。在3DStudioMax中還可以利用AutoCAD所建的線框模型做成三維立體圖形，并配以動畫展示。3尾水管模板的數(shù)值計(jì)算尾水管底模、頂模和側(cè)模三個部分均為木制組裝式模板。頂模和底模相對簡單，均為在XOZ面上的二維曲線在Y方向上的拉伸，尾水管頂部和底部成型精度取決于對(Xi，Zi和(Xj，Zj)坐標(biāo)的控制。側(cè)模則比較復(fù)雜，每臺機(jī)的側(cè)模沿上下游方向分節(jié)，每節(jié)沿左右方向和在高度方向分塊，每節(jié)分為4塊。尾水管側(cè)壁成型精度取決于斷面的空間位置和其形狀的控制。3.1側(cè)模排架中心面的參數(shù)計(jì)算對于a均為90的相鄰斷面內(nèi)再內(nèi)插斷面時，可按其特征點(diǎn)的軌跡呈線性變化的規(guī)律，準(zhǔn)確求出內(nèi)插斷面參數(shù)。對于a90的相鄰斷面，若所有斷面所在平面都相交于一線，則內(nèi)插斷面也應(yīng)會通過該線，因此也可準(zhǔn)確作內(nèi)插斷面；如各斷面所在平面不相交于一線，則不能準(zhǔn)確作內(nèi)插斷面，但可以按內(nèi)插斷面通過其前后相鄰兩斷面的交線進(jìn)行內(nèi)插，只是有一定的誤差。由于相鄰斷面間的間距小、夾角小，其交線距斷面中心的距離遠(yuǎn)大于斷面本身的幾何尺寸，故由此而引起的誤差極小。兩斷面間利用樣條插值方法構(gòu)造內(nèi)插斷面，在AutoCAD中使用樣條曲線命令，將各斷面的特征點(diǎn)用樣條曲線相連接，則樣條曲線與內(nèi)插斷面相交得各交點(diǎn)，對這些交點(diǎn)，我們就認(rèn)為是其內(nèi)插斷面的特征點(diǎn)，由這些新構(gòu)造出的特征點(diǎn)繪成線，構(gòu)成內(nèi)插斷面的邊線，并可以求出內(nèi)插斷面的各項(xiàng)定位參數(shù)和幾何尺寸，這樣就能做到內(nèi)插斷面與原有斷面的自然平滑過渡。3.2側(cè)模排架上下游面的參數(shù)計(jì)算由于加工工藝的限制，排架構(gòu)件為方木，因此使得排架上下游面與中心斷面平行。對于a=90的排架，其上下游面參數(shù)可準(zhǔn)確求出；對于a90的排架，其上下游面邊線的曲線段既不是圓弧也不是橢圓，但假設(shè)其分別經(jīng)過排架斷面與相鄰上下游斷面的交點(diǎn)，從而近似地采用線性內(nèi)插方法求出排架上下游面的參數(shù)，經(jīng)核算，由此而引起的誤差很小。將各排架中心斷面的相應(yīng)的特征點(diǎn)用直線連接，直線與上下游面相交得各交點(diǎn)，由這些特征點(diǎn)繪成線，構(gòu)成與中心斷面邊線相類似的上下游面邊線，并求出上下游面的各項(xiàng)定位參數(shù)和幾何尺寸。盡管每榀排架的各塊的圓弧半徑不相同，但由于木面板的自然彎曲，從而達(dá)到了側(cè)模面光滑過渡，誤差控制得較好。3.3側(cè)模制作放樣及檢測數(shù)據(jù)計(jì)算在排架制作過程中，以典型斷面或內(nèi)插替代斷面的中心點(diǎn)為原點(diǎn)，以尾水管斷面的寬度方向?yàn)閅軸，以斷面的高度方向?yàn)閦軸，建立了一個二維