Page 22 - 2021年第52卷第7期

（a） 保压状态 （b） 混凝土浇筑完成
图 3 西龙池抽水蓄能电站施工期蜗壳变形 （单位：mm）

关于该问题的研究工作相对滞后，温度初始缝隙的分布规律以及与内水压力的补偿机制未见比较成
体系的研究成果，该问题值得进一步研究。
（2）运行期温度荷载的作用效应。文献［41］的研究结果表明，运行期温度荷载对蜗壳外围混凝土
应力状态和配筋量的影响非常显著，而文献［42］的研究同样证明运行期温度荷载在蜗壳外围混凝土
中产生的温度应力是非常大的。事实上，如果不能合理考虑混凝土开裂及徐变的影响，通过线弹性
计算得到这一结论几乎是必然的。现实情况中温度应力随着混凝土开裂自动松弛，文献［21］指出对
超静定结构，温度荷载对结构承载能力没有影响，主要影响裂缝开展。因此，对于允许出现裂缝的
钢筋混凝土结构，当其他荷载所需的受拉钢筋面积超过温度构造配筋面积时，可不另配温度钢筋。
文献［43］规定对于钢衬钢筋混凝土管道，运行期温度应力计算结果可用于计算裂缝宽度和调整钢筋
布置，但不宜作为确定配筋量的依据，截至目前还没有因为温度应力增加坝后背管配筋的实例。
由上述文献资料可知，蜗壳结构强度储备本身是非常高的，温度作用对混凝土裂缝扩展的影响
更应被关注。但目前公开发表的成果中，仅文献［44］研究了温度荷载对裂缝扩展的影响，说明该问
题还未引起国内研究人员的足够重视或由于技术上的难度导致研究进展缓慢。对于蜗壳这类结构，
温度作用的影响途径一是直接作用在混凝土上，另外一条容易被忽视的途径为引起钢蜗壳膨胀或收
缩，从而改变钢蜗壳和混凝土之间的缝隙分布以及内水压力的外传比例。在考虑设计内水压力引起
混凝土损伤开裂的基础上，研究温度作用下内压外传机制以及裂缝扩展规律是蜗壳结构理论研究的
发展方向之一。
（3）垫层材料长期力学特性。规范 ［45］ 推荐了聚氨酯软木（PU 板）、聚乙烯闭孔泡沫（PE 板）和聚苯乙
烯泡沫（PS 板）等非金属的合成或半合成材料作为垫层材料，工程上常用的是聚氨酯软木（如拉西瓦和李
家峡等）和聚乙烯闭孔泡沫（如龙滩和三峡等）。垫层材料的弹性模量通常为 1 ~ 3 MPa，厚度一般采用
20 ~ 50 mm。早期研究垫层蜗壳时大都假定垫层材料是线弹性的，忽略材料非线性，实际上 3 种材料的
应力-应变均不满足线性关系，其中聚乙烯闭孔泡沫和聚苯乙烯泡沫的非线性非常显著 ［46］ 。同时，已有
数值分析结果表明，垫层材料的非线性力学特性值得被关注和重视 ［47］ 。试验研究发现，聚氨酯软木和
聚乙烯闭孔泡沫在反复加、卸载作用下均会出现一定的永久残余变形，在设计阶段应充分考虑该特性
带来的不利影响，实际应用时宜提前对垫层材料进行预压，降低其残余变形的影响 ［48］ 。
上述研究考虑的时间尺度较小，未能涉及垫层材料长期的蠕变特性及耐久性，对其在机组长期
运行中的性能劣化乃至失效机制缺乏认识，对机组服役期内稳定运行的影响尚不明确。后续有必要
对垫层材料在较大时间尺度下的性能演变开展研究，从而进一步揭示垫层蜗壳全生命周期的力学特
性。
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（4）钢蜗壳-混凝土接触振动传递机制。三峡水电站 15 机组直埋蜗壳论证过程中，研究人员比较
关注直埋蜗壳外围混凝土损伤开裂后厂房结构动力特性的变化情况。研究时混凝土损伤开裂的模拟
方式主要有裂缝概化模型 ［49-50］ 和损伤塑性模型 ［51-53］ ，前者根据静力计算和模型试验结果，对开裂部位

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