水電站地下廠房動力特性研究及地震反應分析.pdf

1、隨著我國水利水電事業(yè)的蓬勃發(fā)展，水電站的規(guī)模越來越大，重要性愈益突出，結(jié)構(gòu)的安全問題也越來越受重視。影響水電站廠房的安全因素主要包括兩個方面：一是機組和廠房振動的影響。這是因為隨著廠房尺寸和單機容量的不斷增大，結(jié)構(gòu)剛度相對較低，在機械力、電磁力和水力等振動荷載作用下，廠房的振動問題可能會更加明顯；二是地震的影響。由于我國最近建設(shè)和規(guī)劃的大型水電站大部分地處西南、西北地區(qū)，屬于強震高發(fā)地帶，一旦強震發(fā)生，可能會對水電站廠房造成巨大危害，影

2、響機組的正常運行及結(jié)構(gòu)安全。因此，研究復雜環(huán)境條件下大型廠房的動力特性和抗震性能就顯得很有必要而有現(xiàn)實意義。本文結(jié)合在建的小灣水電站，對大型地下廠房的固有振動特性進行了針對性研究，并且在地下廠房的地震反應分析方面進行了初步探討。具體而言，主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面： 1．采用ANSYS軟件建立能夠合理反映小灣廠房結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的有限元分析模型。依據(jù)實際尺寸和形狀對廠房的主要結(jié)構(gòu)部分進行了全三維模擬，并通過建立若干不同的簡化模型對

3、圍巖的影響進行了探討。 2．鑒于水電站廠房內(nèi)主機層以上的樓板是振動的薄弱構(gòu)件，論文著重考察了如下兩個因素對廠房結(jié)構(gòu)自振特性的影響：廠房的邊界條件和樓板厚度的變化。結(jié)果表明，廠房的自振頻率和振型受邊界約束條件的影響較大。圍巖對廠房結(jié)構(gòu)的約束作用越強，樓板的振動頻率就越高，也就越遠離機組振源和地震主要激勵頻率，從而對抗振/震越有利。另外，為了增強樓板的豎向振動剛度，僅提高樓板厚度不是一個有效的途徑。建議充分利用圍巖，通過錨噴混凝土增

4、強結(jié)構(gòu)與圍巖的連接；或者設(shè)置邊墻，樓板與邊墻采用整體澆筑方案。 3．結(jié)合小灣廠房可能面臨的主要振/震源頻率特性分析，對廠房結(jié)構(gòu)進行了共振復核。結(jié)果表明，若無其他不可預見的振源出現(xiàn)，將不會發(fā)生結(jié)構(gòu)的顯著共振。 4．采用地震譜法進行了地下廠房的抗震分析。不考慮結(jié)構(gòu)與圍巖的動態(tài)相互作用，圍巖的影響通過施加在結(jié)構(gòu)邊界上的靜力彈簧來考慮。首先研究了地震單獨作用下地下廠房的地震反應特性，然后又考察了正常運行時機組振動荷載和地震聯(lián)合作

5、用下廠房主要構(gòu)件的地震反應特性。據(jù)此，對小灣廠房的抗震安全性能進行了粗略、初步的評價。結(jié)果表明，相對于機組其他荷載，地震作用效應較小，地震工況不成為控制工況，廠房結(jié)構(gòu)經(jīng)過適當配筋后是安全的。另外，也討論了廠房的邊界條件、樓板上面的附著設(shè)備質(zhì)量和流道內(nèi)的水體附加質(zhì)量對廠房地震反應特性的影響。 5．采用時間歷程分析方法，考慮結(jié)構(gòu)-圍巖的動力相互作用，計入地基質(zhì)量和輻射阻尼的影響，重點研究了蝸殼層以上結(jié)構(gòu)在三向地震同時作用下隨時間的動

6、力反應幅值及頻譜特性。結(jié)果表明，對于發(fā)電機層和母線層的樓板，其地震反應仍以豎向振動為主，對于風罩，以機組段縱向為主。發(fā)電機層和母線層的樓板響應主頻基本落在地震波主頻帶范圍內(nèi)，所以地震反應較大，且發(fā)電機層樓板的地震反應較母線層樓板大：而風罩因其剛度較大，自振頻率較高，受地震作用影響較小，所以地震反應較小。因此，建議在廠房設(shè)計中，建議加強樓板薄弱部位的豎向剛度。這與前面的結(jié)論是一致的。 6．最后，對目前地下廠房的動力反應分析中所存在