水电站厂房结构动力分析及影响因素的研究

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近些年伴随着一些大型水轮发电机组的出现,水电站建设规模越来越大,因此电站厂房的安全性也愈加受到人们重视。影响水电站厂房安全的因素有很多种,其中主要包括两个方面:一是机组和厂房振动问题。由于发电机组的单机容量和电站厂房结构尺寸都不断增大,在机组动荷载作用下厂房的振动问题就会变得更加突出;二是地震作用所带来的问题。我国的水力资源很大一部分分布在西南地区,而这正好处在喜马拉雅山脉的地震多发区,在这些区域开发水力资源要面临地震而且是强震带来的种种问题。因此,研究电站厂房的动力特性及抗震性能是非常有现实意义的。本文结合安谷水电站,对电站厂房的振动特性及抗震问题做了一定研究,主要内容包括以下几个方面:  第一,本文对机墩结构的动力特性进行了分析,首先根据《水电站厂房设计规范》中的结构力学法对机墩结构进行了动力计算并得到相应的结论:安谷电站厂房的机墩结构满足动力设计控制标准。然后又分别建立了悬臂梁式和复合式两种机墩结构的三维有限元模型,利用谐响应方法在ansys中进行了动力分析并将计算出的机墩顶部自振频率与结构力学法计算出的自振频率进行比较分析。得到的相应结论为:(a)《水电站厂房设计规范》中的结构力学法所采用的简化方式使得机墩结构无法反应其空间效应从而降低了机墩结构的刚度,使计算出的频率值比实际情况偏小。(b)机墩结构动力计算时为了更符合实际情况,机墩周围楼板和边墙等结构应当加以考虑。  第二,本文建立厂房结构的三维有限元模型来分析岩石基础及荷载施加方式对厂房结构动力计算时的影响。得到的相应结论为:(a)当岩石地基比厂房结构的弹模低很多时,进行机墩荷载有限元动力分析时会出现厂房结构整体刚体运动,但是实际情况是电站运行时机组振动不可能激起厂房结构整体振型,因此共振复合时需要加以区别。(b)进行厂房结构动力分析时,应该重视动荷载的施加方式和相应的频率及幅值。  第三,采用响应谱分析方法对水电站厂房进行抗震计算,首先计算了厂房结构关键部位的应力与应变,然后又计算了发电机层楼板与机墩部位在地震动荷载作用下三向振动速度及加速度。得到相应结论:从电站厂房中仪器安全的角度出发,在抗震设计时不仅要分析厂房的应力和应变,也要考虑到厂房中楼板与机墩的振动速度及加速度。
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