水电站厂房上部结构耦联动力特性及其设计优化分析

摘要

随着经济社会的快速发展，我国水电事业蓬勃发展，水利水电工程的规模越来越大。水电站厂房作为电站的核心部分，承受着各种静力及动力荷载，厂房振动问题愈益普遍和复杂，因此厂房振动分析预测和振动控制的重要性越来越突出。 水电站厂房上部结构相对于厂房下部和整体结构，结构较单一薄弱，刚度较低，是动力设计应关注的重点之一。在水电站厂房设计规范中，重点关注机墩的振动问题，上部结构振动复核尚无规定，且在模型简化中将屋架简化为刚性二力杆。本文针对厂房上部结构型式的多样性及其连接方式的复杂性，对屋架、排架结构和下部结构的整体耦联结构的动力特性进行了深入分析研究。利用有限元分析软件ANSYS建立了厂房整体模型，进而分别建立屋架模型、屋架与支承结构的耦联模型，对各种结构型式及其连接传力方式进行了数值模拟和振动特性对比分析，以求准确掌握其振动特性和影响规律。论文主要进行了以下研究，并取得了若干主要成果和结论： 1.分别建立了平面桁架与空间四角锥形网架两种不同型式的钢屋架结构，分析了结构自振特性和在机组振动荷载、地震荷载作用下的厂房整体结构振动反应，结论认为：相对于桁架结构，空间网架结构在一定程度上提高了厂房上部结构的刚度，在动力荷载作用下厂房整体最大动位移和最大动拉应力有所减小。 2.针对空间屋架结构，屋架支座处分别采用两端铰支、一端简支一端铰支、一端滑动一端铰支三种形式来模拟屋架与上下游排架结构的不同连接传力方式，研究在三种连接模拟方式下水电站厂房的自振特性以及在机组振动荷载和地震荷载作用下的动力响应，结论认为：采用简支方案时厂房上部结构刚度相对较低，但厂房整体结构抗振性能表现更好，简支方案模拟是适用的。 3.为探究厂房上下游排架结构型式对厂房结构动力特性的影响，分别建立上下游均为实体墙、上游立柱下游实体墙以及上下游均为立柱结构，分析三种不同排架结构的固有振动特性变化规律，进而研究在机组振动荷载和地震荷载作用下的动力响应，结论认为：上下游均采用实体墙不仅提高了厂房上部结构刚度，也提高了对下部结构的约束刚度，从而起到了降低楼板等部件振动幅值的效果。 本论文工作结合某水电站工程实例展开，对水电站厂房上部结构的不同型式和不同连接方式开展了振动分析，取得了定性和定量的分析成果，为水电站地面厂房振动预测和动力优化设计提供了有价值的参考。

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摘 要

Abstract

绪论

研究背景及意义

研究现状

本文主要研究内容

动力分析理论与分析模型

相关理论

模态分析

谐响应分析

地震反应谱法

结构与基础间连接的简化

计算实例基本资料

计算荷载

机组振动荷载

地震荷载

有限元模型

屋架结构型式对厂房振动特性的影响分析

计算方案

结构自振特性对比分析

机组振动荷载作用下结构振动反应分析

地震荷载作用下结构动力反应特性分析

本章小结

屋架与支承结构连接形式的模拟分析

计算方案

自振特性对比分析

机组振动荷载作用下结构振动反应对比分析

位移响应

应力响应分析

地震荷载作用下结构动力反应分析

位移响应

动应力响应分析

本章小结

排架结构型式对厂房振动的影响分析

计算方案

自振特性对比分析

机组振动荷载下的振动反应分析

地震荷载下的动力反应分析

本章小结

结论与展望

结论

展望

参 考 文 献

致 谢

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