河床式水电站厂房结构的地震响应分析方法研究

摘要

作为发电建筑物和挡水建筑物的结合体,河床式水电站厂房结构随着水电事业的发展而逐步趋于巨型化和复杂化。由于河床式水电站厂房建筑物本身的质量与刚度分布均存在突变不连续,且厂房上下游面与水直接接触,即由混凝土结构直接承担水库内水体带来的各种压力,因此结构的稳定性、受力条件和动力载荷作用下的响应问题变得更加复杂。我国西南地区是水利枢纽工程的主要建设区,而该区域位于地震活动频繁的欧亚地震带,基于河床式水电站厂房结构抗震能力在枢纽所在流域内的重要性,进行水电站厂房结构在地震作用下的响应以及其动力特性的研究,对保证枢纽的安全稳定运行以及周边流域的抗震安全有重要意义。综上,本文以位于澜沧江上游的某河床式水电站为计算实例,采用有限元计算软件Ansys对该厂房的1号机组坝段进行三维实体模拟,分析结构的自振特性以及其在地震动力荷载作用下的响应。
　　首先,在进行地震响应分析前,分别按照厂房设计的实际尺寸和常用的将下部结构简化为整体大体积混凝土的方法建立了两个三维有限元模型对该河床式水电站厂房结构的自振特性进行分析,进一步验证了常用的模型简化方法的实用性。通过分析结构的自振特性,确定出引起该河床式水电站厂房振动的主要因素,并按规范规定进行共振校核。
　　其次,分别根据《水工建筑物抗震规范》和《欧洲建筑抗震设计规范》中的线弹性反应谱法,对河床式水电站厂房结构在地震工况下的动力响应进行计算,并将谱分析结果与静力计算结果进行动静叠加,得到该河床式厂房结构的应力和位移状况,然后对中欧规范中得到的计算结果的异同点进行对比分析。
　　再次,考虑结构在计算过程中的能量耗散能力和弹塑性特点,将《欧洲建筑抗震设计规范》中的设计折减反应谱法理论尝试性的应用于分析水电站厂房结构的地震动力响应,对应力、应变结果进行进一步分析。
　　最后,将设计反应谱转换成20秒的人造地震波,进行水电站厂房在该地震波作用下的时程响应计算,并将该时程结果与用折减反应谱法得到的值进行验证对比,讨论在中欧不同规范规定的分析方法下河床式水电站厂房结构地震响应的异同。期待通过对成果进行总结,对我国抗震规范的修订起到一定的借鉴意义。

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第一章 绪论

1.1问题提出

1.2研究现状与发展趋势

1.3论文研究的主要内容

第二章 基本理论概述

2.1结构动力学简介

2.2河床式水电站厂房结构地震响应分析方法

2.3河床式水电站厂房结构地震响应拟静力法

2.4河床式水电站厂房结构地震响应反应谱法

2.5水电站厂房结构地震响应时程法

2.6有限元理论

2.7 ANSYS 软件在结构动力响应和抗震设计的应用

第三章 河床式水电站厂房自振特性研究

3.1工程简介

3.2工程设计基本资料

3.3河床式水电站厂房有限元模型简介

3.4河床式水电站厂房自振特性

3.5河床式水电站厂房下部孔洞对结构自振特性影响

3.6河床式水电站厂房结构振源分析与共振校核

第四章 河床式水电站厂房地震响应

4.1河床式水电站厂房结构地震响应谱分析

4.2河床式厂房结构地震时程分析

4.3河床式水电站厂房地震响应分析总结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢