水电站地下厂房结构抗振设计研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jiangshuang_1975
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随着我国一批巨型、大型水电站的规划和兴建以及抽水蓄能电站的不断发展,很多大型工程均面临厂房结构动力分析和抗振设计的课题。本文以某大型水电站为工程实例,采用有限元分析软件ANSYS,建立地下厂房三维有限元模型,针对楼板结构和机墩结构的抗振性能展开研究。主要研究内容包含以下三个方面:(1)为探讨楼板结构形式和尺寸的改变对结构抗振性能的影响,分别建立板梁结构、等方量厚板结构和等静力刚度厚板结构三种楼板结构模型,在分析各模型自振特性的基础上,分别研究其在机组动荷载、蜗壳脉动压力、尾水管脉动压力作用下的动力响应特性,对其在不同荷载作用、不同频率区间的动力响应进行对比分析。结果表明:荷载的频率特性是影响楼板结构振动响应的关键因素,在低频荷载作用下,不同形式楼板结构的动力响应差别不明显;当荷载频率接近楼板结构低阶自振频率时,板梁结构可有效降低楼板主要振动区域的峰值振幅,表现出一定的优越性;在高频荷载作用下,大体情况表现为厚板结构的振幅较小,抗振性能更好。(2)通过在地下厂房水轮机层以上墙体和立柱的上下游边界上设定几种不同的围岩约束条件,探讨不同围岩约束条件对楼板结构抗振性能的影响规律。在分析厂房整体结构自振特性的基础上,重点关注楼板的低阶振型和频率;分别研究在机组动荷载和蜗壳脉动压力作用下楼板结构的动力响应特性,对其在不同频率区间、不同荷载作用下的动力响应进行对比分析。结果表明:改变围岩约束条件可有效调控厂房整体结构的自振频率,其对楼板局部结构低阶自振频率的调控作用则不明显;在低频荷载作用下,随着围岩约束作用逐渐加强,楼板的振动位移呈现出逐渐减小的规律;当荷载频率接近楼板结构低阶自振频率时,加强围岩约束对于降低楼板竖向峰值振幅的作用不明显;在高频荷载作用下,楼板振动响应随围岩约束强度变化的规律随荷载频率不同而不同。(3)为分析机墩厚度对机墩结构抗振性能的影响,在基本模型的基础上,分别将机墩外径增大2.0m和减小1.0m,从结构自振特性、机墩动静力刚度以及在机组动荷载作用下结构的振动响应三个方面对三个不同的机墩厚度方案进行对比分析。结果表明:随着机墩厚度增大,机墩结构的动静力刚度总体上呈增大的趋势,机墩组合结构刚度增长的速度随机墩厚度增大而有所降低,在机墩结构抗振设计当中应结合结构布置要求等确定最优的机墩厚度;此外需注意,机墩组合结构的动力响应随机墩厚度增大的变化规律与荷载频率以及荷载分量大小组合方式表现出一定的相关性。
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