高烈度地震区水电站进水塔抗震分析

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1、陈婧等：高烈度地震区水电站进水塔抗震分析43高烈度地震区水电站进水塔抗震分析陈婧，王萧(大连理工大学建设工程学部水利工程学院．辽宁大连116024)【摘要】水电站进水塔作为地下引水系统的首部结构，其抗震安全性关系到整个水电站的安全和效益。结合某高烈度地震区进水塔工程实例，通过建立三维有限元计算模型，研究了进水塔结构的自振特性。采用反应谱分析方法计算分析了地震荷载作用下进水塔结构的动力反应，并与静荷载作用下的计算结果叠加后对进水塔结构的抗震性能进行了评估。结果表明，该进水塔结构变形和强度均满足抗震要求。【关键词】进水塔；抗

2、震分析；谱分析；高烈度地震区【中图分类号】TU271．1【文献标识码】B【文章编号】1001—6864【2014)09—0043—030引言烈度地区某水电站进水塔进行了抗震分析，详细研究进水塔位于水库的首部，是引水、泄水系统的控了进水塔结构的动力特性和地震反应，为结构的抗震制性水工建筑物，而闸室又是进水塔的主要结构，它设计提供了科学的参考依据。的安全性对整个引水、泄水系统甚至大坝的安全起着1有限元计算模型举足轻重的作用。因此对进水塔的静动力分析是非某水电站工程位于新疆维吾尔自治区境内，总装常必要的。大型进水塔结构体型、受

3、力情况及边机容量315MW，安装三台105MW的立式混流式水轮界条件都较复杂，多数塔体下部基本为大体积混凝土发电机组。电站采用左岸独立引水发电系统布置，工结构，并布置大孔口泄洪或引水道，上部塔身则为箱程等级为2级建筑物。如图1所示，其进水塔基面高型结构。塔内布置多个门井，每个门井的不同高程上程为1790m，塔顶高程为1825m，塔体宽2611，长23．5设置了平台，以供布置设备等。塔体四周尚有回填石In。回填土面从1807m高程1825m高程。除了塔背渣、淤积泥沙等荷载，其边界条件复杂。若采用简单通过回填土与山体相连，进

4、水塔左右两侧及正面均处的结构力学方法进行分析，难以反映体型复杂、截面于临空状态。由于在正常运行期间绝大部分塔身处突变、刚度变化以及大孔口等因素对其力学性能的影于内外水体包围中，因此进水塔结构为一高耸独立的响，不可能准确地反映各个部位的应力状态。特别是水下建筑物，混凝土结构与水体、土体及岩体的动力在高烈度地震作用下塔体的自振特性、动态反应等更相互作用机理十分复杂。文中针对该进水塔，建立了非是用简单的方法可以模拟。鉴于工程的重要性和三维有限元分析模型。有限元模型中的地基及周围问题的复杂性，文中采用了三维有限元法，对处于高岩体

5、取2～3倍塔体高度，长X宽×高为183．5rn×[基金项目]国家自然科学基金资助项目(51379030)6结语(结构)[M]．北京：中国计划出版社，2003．地下室外墙高度和厚度是影响地下室结构安全[2]李国胜，多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例[M]．北京：中国建筑工业出版社，2004．性和经济性的重要因素，外墙厚度过小结构不安全，[3]北京市建筑设计标准化办公室．北京市建筑设计技术细则过大其构造要求配筋量较大，很不经济，应根地下室(结构专业)[M]．北京：2005．的高度合理选取厚度。地下室外墙是地下室结

6、构的[4]赵国选．高层建筑地下室外墙配筋的实用计算方法[J]．建筑重要构件，地下室外墙设计可通过合理的计取荷载并结构，1999，(7)：37—4o．准确地加以组合，根据地下室的高度和横纵墙间距合[5]《建筑结构静力计算手册》编写组．建筑结构静力计算手册理的选择地下室的计算模型。相同条件下单、双向板[M]．北京：中国建筑工业出版社，1998．模型配筋相差较大，采用双向板法设计更为经济。[6]GB50010—2010，混凝土结构设计规范[S]．参考文献[收稿日期]2014—07—01[作者简介]邢彤(1989一)，女，辽宁昌

7、图人，硕士研究生，[1]中国建筑标准设计研究所．全国民用建筑工程设计技术措施从事结构设计计算与抗震防灾。低温建筑技术2014年第9期(总第195期)183m×120m，采用弹性无质量地基模型进行模拟，边算，采用Rayleigh阻尼来表征系统的总阻尼矩阵。界采用弹性边界，用弹簧单元模拟。计算模型的坐标总的地震作用效应为水平顺水流向和横水流向地震选取如下：顺水流方向为轴，指向下游为正；垂直作用效应的平方和方根值加上竖向地震作用效应乘轴的水平方向作为z轴，称为横水流方向；竖直方向以遇合系数0．5。在评价安全度时，地震作用效应折

8、为l，轴，向上为正；z轴与、y轴成右手定则。进水塔减系数取0．35。混凝土结构有限元模型网格剖分如图2所示。水电站进水塔正常运行时大部分处于水下，地震时的动水压力对进水塔结构的影响十分显著，因此在⋯～nl对其进行抗震分析时须计入地震动水压力。塔体内正冰820．o0＼0C：r．1l多l出t1警簸部充水时，内外部均受水压