|
图1水平加速度分布系数
由于地址时建筑物的绝对地震加速度是由地面加速度和建筑物相对加速度组成，水工建筑物的动态分布系数 组合方式按下式计算：
 (11)
振型参与系数 反映j振型在整个振动中参与的分量，每一振型均为一常数，可根据振型而求得，公式如下:
 (12)
式中：W为质点i的重量。
3.计算荷载、工况组合及计算参数
3.1计算荷载与工况组合
3.1.1计算荷载
（1）自重；（2）水压力；(3)楼面活荷载，发电机层楼面均布活荷载为40kN/m，水轮机层楼面均布活荷载为20kN/m；主厂房屋面均布活荷载为0.4kN/m；(3)水锤压力蜗壳最大内水压力为136m水柱(包括水击压力)；尾水管的吸出高度为－4.5m水柱；(4)地震潘口坝址的地震基本烈度为7度，50年超越概率为0.05，相应的设计加速度为0.134g。动力分析方法根据《水电站厂房设计规范》(SL266-2001)规定：一般情况下，水电站厂房建筑可只考虑水平向地震作用，除1级壅水厂房应按照动力法进行抗震计算外，其余厂房可采用拟静力法计算；(5)机电设备载荷（按照设计型号取定，具体数值略）。
3.1.2荷载组合
施加荷载时，考虑各种荷载组合时，作用按照《水工建筑物荷载设计规范》（DL5077-1997）和《水电站厂房设计规范》（SL226-2001）规定选取。其分项系数取值见表1。
表1作用分项系数取值表
|
作用
|
结构自重
|
静水压力
|
楼面活荷载
|
机电设备动力荷载
|
永久机电设备重
|
地震荷载
|
|
分项系数取值
|
1.05
|
1.0
|
1.2
|
1.2
|
1.05
|
1.0
|
3.2计算内容与工况
3.2.1计算工况
结构自重+内水压力(静水压力)+上部各种荷载的基本组合＋地震荷载。
3.2.2计算内容
(1)厂房整体结构自振特性研究。水电站厂房整体结构是承受机组动荷载的主体结构，结构体系本身较为复杂，设备开孔众多，因此要求结构体系具有足够的整体刚度来承受机组振动荷载。为此采用三维有限元方法，对厂房水上结构和水下大体积混凝土结构进行整体刚度分析，计算厂房结构的各阶频率和振型，对厂房结构进行优化。
(2)厂房整体结构动力反应(振幅)分析。
3.3计算参数
（1）厂房结构混凝土材料参数。见表2。
表2厂房结构混凝土材料参数
|
序 号
|
项 目
|
上部结构
|
下部结构
|
备 注
|
|
1
|
混凝土强度等级
|
C25
|
C20
|
|
|
2
|
静弹性模量E(MPa)
|
2.80×10
|
2.55×10
|
|
|
3
|
动弹性模量E(MPa)
|
3.64×10
|
3.315×10
|
|
|
4
|
泊桑比m
|
0.167
|
0.167
|
|
|
5
|
容重g( (kN/m )
|
25
|
25
|
|
（2）厂房钢蜗壳及座环材料参数。见表3。
表3厂房钢蜗壳及座环材料参数
|
序 号
|
项 目
|
钢蜗壳
|
座 环
|
备 注
|
|
1
|
钢材型号
|
16MnR
|
Q235B
|
|
|
2
|
静弹性模量E(MPa)
|
2.06×10
|
2.06×10
|
|
|
3
|
动弹性模量E(N/mm )
|
2.68×10
|
2.68×10
|
|
|
4
|
泊桑比m
|
0.3
|
0.3
|
|
|
5
|
剪切模量(N/mm )
|
|
79×10
|
|
（3）地基材料参数
地基弹性模量取20Gpa，泊松比取0.2
4.三维有限元模型的建立
4.2.1三维几何模型的建立
（1）总体直角坐标系
以顺河向为X轴，向下游为正；高度方向为Z轴，竖直向上为正，由右手坐标系确定Y轴正向指向左岸。
（2）计算模型的取值范围
基岩沿上游方向延伸了0.5倍厂房下部结构高，即20.00m，沿下游方向延伸了1倍厂房底宽，即26m，竖直方向由建基面向坝基深处也延伸了1倍厂房下部结构高，即40.00m。
4.2.2计算网格的划分
由于厂房结构复杂，很难保证所有部分用六面体划分网格，故采用SOLID45、SOLID95、SOLID92三种实体单元混合模拟。模型中计算单元数为142483个，节点数190004个。基岩均采用SOLID45单元，网格划分过程中尽可能采用六面体，但由于布尔运算造成的不能划分成六面体的部分用SOLID92单元划分成四面体，四面体和六面体过渡部分用SOLID95退化形成的金字塔单元过度。
图2整体模型三维有限元网格图
5.计算结果
5.1厂房整体结构自振特性研究
为了准确模拟厂房整体结构自振特性，将厂房上部结构质量平均转化作用在排架柱与发电机层楼板接触面，因电站多数情况下过水，考虑蜗壳与尾水管有水工况（许多研究表明，过水与放空两种工况计算的自振频率相差不大）。计算结果列出了前4阶厂房自振结果：
图3潘口电站厂房整体一阶自振频率与振图4潘口电站厂房整体二阶自振频率与振
型（5.999Hz）型（8.09Hz）
图5潘口电站厂房整体三阶自振频率与振图6潘口电站厂房整体四阶自振频率与振
型（11.37Hz）型（12.326Hz）
5.2厂房整体结构在地震荷载作用下的动力反应（振幅）计算
图7地震工况潘口电站厂房整体沿X方向位移图8地震工况潘口电站厂房整体沿Y方向位移
图8地震工况潘口电站厂房整体沿Z方向位移
6.结论
（1）可以看出，潘口电站结构基频为5.999Hz，发电机层楼板基频为11.37Hz，风罩与机墩基频为12.326Hz，根据设计院提供的基本资料，机组固有振动频率为：额定转速时1.28Hz，飞逸转速时3.83Hz。因此，无论是与机组额定转速时的固有频率相比，还是与机组飞逸转速是的固有频率相比，均满足结构自振频率错开机组固有频率1.2-1.3倍的要求。所以，以机组固有频率为周期的激振不引起厂房结构的共振。 2/3 首页 上一页 1 2 3 下一页 尾页 |
