水電站廠房機墩計算模型與計算方法研究.pdf

1、我國水資源儲藏量豐富，因其具有零污染和可再生的特點，水電站同時兼具發(fā)電、防洪、灌溉、航運等多項任務(wù)，具有廣闊的開發(fā)前景。隨著機組制造技術(shù)的嫻熟，機組裝機容量向著高參數(shù)、大容量方向發(fā)展，水電站廠房的結(jié)構(gòu)尺寸和運行水頭也不斷增大，機組振動及其誘發(fā)的廠房振動是不可避免的。機墩作為水電站廠房內(nèi)部機組和其他構(gòu)件的主要支撐結(jié)構(gòu)，其安全性與穩(wěn)定性必需符合要求。本文結(jié)合工程實例，探討廠房設(shè)計規(guī)范中機墩動力計算公式的簡化算法對其動力特性的影響程度，進而對

2、有限元模型與方法進行了對比分析，具體研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　?。?）首先應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學知識，對圓筒式機墩動力計算公式進行推導(dǎo)，歸納總結(jié)出理論公式所基于的基本假設(shè)和模型簡化。結(jié)論為：機墩理論計算公式忽略了結(jié)構(gòu)質(zhì)量隨高度不均勻分布的特性；將機墩簡化為具有單自由度的懸臂式梁體系，未考慮結(jié)構(gòu)本身空間特性的影響及機墩周圍局部結(jié)構(gòu)的作用；模型范圍僅取為安裝高程至機墩頂部段，沒有考慮下部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的彈性作用；荷載按照中心集中力施加，沒有考慮荷載分

3、布的方向性和不均勻性；規(guī)范法的振幅結(jié)果僅代表中心點整體位移，沒有考慮變形的空間特性和不均勻性等。
　?。?）采用有限元法分別從模型的空間特性、模型模擬范圍等方面分析各因素對機墩動力特性的影響規(guī)律。計算結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)空間特性對機墩動力特性有重大影響，相比于機墩結(jié)構(gòu)而言，蝸殼頂板空間特性對垂直自振頻率影響較大。機墩周圍局部結(jié)構(gòu)對機墩結(jié)構(gòu)自振頻率均有影響，但影響程度不同；風罩、樓板、邊墻對機墩振幅基本無影響，蝸殼、尾水管對機墩振幅影響很

4、大，需要著重考慮。圍巖模擬范圍的增大對機墩各向自振頻率和其水平向振幅基本沒有影響，機墩垂直振幅呈現(xiàn)小幅度增加的趨勢?？傮w來說，當圍巖范圍取至3L時，即可滿足計算精度要求。
　?。?）采用有限元法分別從動荷載頻率及加載方式、位移提取方式三個方面分析各因素對機墩動力反應(yīng)特性的影響。計算結(jié)果表明：不同的激勵頻率作用下，機墩振幅變化程度較大，中階頻率是機墩結(jié)構(gòu)動力分析中關(guān)注的重點。徑向荷載的不同加載方式對機墩水平向振幅影響很大，不可忽視。