水電站廠房機(jī)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(diǎn)，水電站同時兼具發(fā)電、防洪、灌溉、航運(yùn)等多項(xiàng)任務(wù)，具有廣闊的開發(fā)前景。隨著機(jī)組制造技術(shù)的嫻熟，機(jī)組裝機(jī)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(yùn)行水頭也不斷增大，機(jī)組振動及其誘發(fā)的廠房振動是不可避免的。機(jī)墩作為水電站廠房內(nèi)部機(jī)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(shí)例，探討廠房設(shè)計規(guī)范中機(jī)墩動力計算公式的簡化算法對其動力特性的影響程度，進(jìn)而對

2、有限元模型與方法進(jìn)行了對比分析，具體研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　（1）首先應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)知識，對圓筒式機(jī)墩動力計算公式進(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(diǎn)整體位移，沒有考慮變形的空間特性和不均勻性等。
　　（2）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(jī)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(jī)墩動力特性有重大影響，相比于機(jī)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(jī)墩周圍局部結(jié)構(gòu)對機(jī)墩結(jié)構(gòu)自振頻率均有影響，但影響程度不同；風(fēng)罩、樓板、邊墻對機(jī)墩振幅基本無影響，蝸殼、尾水管對機(jī)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(jī)墩各向自振頻率和其水平向振幅基本沒有影響，機(jī)墩垂直振幅呈現(xiàn)小幅度增加的趨勢。總體來說，當(dāng)圍巖范圍取至3L時，即可滿足計算精度要求。
　　（3）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(jī)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(jī)墩振幅變化程度較大，中階頻率是機(jī)墩結(jié)構(gòu)動力分析中關(guān)注的重點(diǎn)。徑向荷載的不同加載方式對機(jī)墩水平向振幅影響很大，不可忽視。