地下式水电站厂房的动力特性分析与性态识别

论文摘要

近年来,随着中国水电事业的迅速发展,水轮机组已向着高水头,大容量,高转速方向发展,厂房结构也相应巨型化和复杂化,此时机组的摆动或者水力脉动诱发的厂房混凝土结构的振动已成为设计和运行中需重点关注的问题。本文以某大型水电站地下厂房工程为计算实例,通过用有限元分析软件Ansys建立厂房三维有限元模型,深入研究了厂房机墩组合结构的动力特性以及在水力脉动作用下,厂房上部板梁柱结构的振动特性。具体的研究内容主要包括以下几个方面:(1)在水电站地下厂房动力特性的研究中,首先研究了不同边界条件对厂房结构自振频率的影响。本文分析了固定边界和弹性边界,以及考虑一定范围的围岩对地下式厂房结构自振频率的影响。模型边界条件的确定,对后续厂房结构动力特性的分析和共振校核计算有着重要的参考价值。在本文中,考虑了几种典型的有限元模型,其中包括没有考虑围岩的地下厂房结构的有限元模型,以及考虑围岩的有限元整体模型,分别分析不同边界对结构自振频率影响,且不考虑阻尼因素。(2)因引起厂房结构振动的因素较多,所以在本文中深入分析了影响该电站振动的水力,机械,电气三方面的原因,准确计算了理论上存在的18种振源,并进行了相应的共振校核。分析该电站在运行过程中理论存在的共振源。(3)作为机组的主要支撑体系,机墩组合结构的刚度和强度对机组的稳定性很重要。本文根据《水电站厂房设计规范》规定,利用拟静力法和动力法分别对机墩组合结构的刚度进行复核,判定其机墩组合结构的刚度基本上满足规范要求。(4)根据该厂房楼板结构在变负荷运行工况下,实测数据与有限元计算的逐步线性回归分析,拟合出在不同运行工况下,适用于预测该电站楼板结构的线性公式,对该电站以后的运行以及判断楼板结构的振动具有一定的参考价值。(5)本文在总结归纳分析了作用在蜗壳和尾水中脉动压力的作用方式,选取一种最不利加载方式,即假设脉动压力作用在水轮机流道内是均匀分布和同相位的简谐荷载作用在厂房的蜗壳和尾水结构,采用谐响应法计算,判断厂房上部结构的共振频率。同时进行了时程计算,判断在脉动压力作用激励下,混凝土结构各典型部位的动力放大效应。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 研究方法及现状
• 1.3 本论文研究的主要内容
• 第二章 基本理论概述
• 2.1 结构动力学问题
• 2.2 有限元理论
• 2.3 ANASY弹簧单元的刚度系数计算公式及阻尼系数计算公式
• 2.4 本章小结
• 第三章 边界条件对地下式水电站厂房自振频率的影响
• 3.1 工程概况
• 3.2 计算处理方法及模型范围的选取
• 3.3 地下式水电站厂房结构动力特性分析
• 3.4 地下式水电站厂房结构模态识别
• 3.5 地下式水电站厂房的振源识别和共振校核
• 3.6 本章小结
• 第四章 地下式水电站厂房动力响应计算
• 4.1 机墩组合结构刚度复核
• 4.2 上部楼板结构振动位移分析
• 4.3 流道脉动压力响应计算
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢
• 附表