泄洪诱发的水电站厂房振动特性研究

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随着水电事业的快速发展,大流量、高流速的高坝或超高坝已成为我国水利建设的主要趋势,我国目前计划及在建的高坝在坝高及泄流量方面均处于世界领先地位,然而,由于高坝巨大的泄洪落差,泄洪高速水流诱发泄流结构及其他水工建筑物振动的现象时有发生。水电站厂房作为水电站中将水能转换为电能的重要场所,对振动控制的要求更高,厂房结构的振动不仅会影响正常生产、生活,恶化工作环境,甚至会导致厂房结构的破坏。事实上,我国已建的一些高水头、大容量的水电站已经出现了泄洪时厂房振动明显增大的问题。针对这些实际问题,对水电站泄流诱发的水电站厂房振动进行研究是有必要的。本文以某大型水电站为研究案例,采用有限元数值分析方法分别研究了溢洪道和泄洪冲沙底孔泄流诱发的水电站厂房振动的振动特性。主要研究内容如下:(1)建立了包含某水电站溢洪道坝段、右侧泄洪冲沙底孔坝段及一个机组段的三维有限元模型,对包含围岩的整体结构及主、副厂房单体结构的自振频率及振型特性分别进行了分析,并完成了基于Ansys APDL语言的计算与后处理命令流编制。(2)在溢洪道和冲沙底孔上分别施加脉动荷载,进行谐响应计算,得到了不同的频率的溢洪道和冲沙底孔脉动荷载分别作用下水电站厂房的动力响应。结果表明:在0.5Hz~2Hz的低频脉动荷载作用下时,厂房的动位移幅值随频率的增大而增大,此外还发现尽管右侧泄洪冲沙底孔距离厂房更近,但相同频率下溢洪道泄洪脉动荷载引起的厂房振动位移幅值要更大。(3)对溢洪道和泄洪冲沙底孔进行分段,在各段上分别施加脉动荷载,计算不同频率的脉动荷载下,溢洪道和冲沙底孔各段脉动压力荷载引起的振动响应占整体响应的百分比,对溢洪道和冲沙底孔泄洪脉动荷载诱发厂房振动的振源进行分析。结果表明:溢洪道和冲沙底孔各段对厂房振动的贡献百分比主要和各分段上脉动压力的大小及各段与厂房的相对位置有关,其中溢流面段、1:10段、1:3段为溢洪道泄洪诱发厂房振动的主要振源,而右侧冲沙底孔泄洪诱发厂房振动的主要振源为1号与3号掺气坎之间的泄槽。
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