基于静力弹塑性的水电站厂房地震反应分析

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1、第一章绪论1绪论1．1水电站厂房地震静动力塑性分析的研究背景及意义水电站厂房是水电站的主要建筑物之一，是将水能转换为电能的综合工程设旌。厂房中安装水轮机，水轮发电机和各种辅助设备。通过能量转换，水轮发电机发出的电能，经变压器、开关站等输入电网送往用户。水电站厂房是水(水工)、机(机械)、电(电气)的综合体，又是运行人员进行生产活动的场所。其任务是满足主、辅设备及其联络的线、缆和管道布置的要求与安装、运行、维修的需要；保证发电的质量；为运行人员创造良好的工作条件；以美观的建筑造型协调与美化自然环境n1。随着我国水电技

2、术水平的迅速提高和我国西部大开发战略的实施，在水利资源丰富的西南和西北地区，一批超大型的水电站已开工建设或即将建设。这些电站的设计水头不断增大，蜗壳的尺寸也随之越来越大，因此水电站厂房结构本身的强度问题已成为工程设计的重要议题之一D1。由于地质构造的原因，这些水利资源丰富的西南和西北地区又是高烈度地震频发地区。而水电工程属于关系国计民生，社会发展的重要建筑物，其破坏后带来的次生灾害与重大影响难以想象。需要对在高烈度地震作用下的水电站建筑物的抗震性能和结构的地震响应进行分析和研究，以达到准确评价水电站建筑物承受地震荷

3、载的能力，优化结构的抗震措施，合理使用建设投资的目的。水电站厂房由于其质量大，刚度高，结构及受力条件复杂，现阶段国内外对于地震问题的计算研究主要还停留在混凝土材料的线弹性范围内，但是大多水电站地处高烈度地震频发地区，大震以及罕遇地震发生的机率相对较大(我国新丰江、参窝、印度柯依那、英国黑溪和日本管野、木地山等大坝都经受过6～8度地震)，不考虑水电站厂房在高烈度地震情况下进入塑性阶段是不太合适的。同时，考虑混凝土材料的塑性行为可以为考察水电站建筑物在高烈度地震情况下对地震能量的耗散作用以及厂房结构的延性性能提供一些参

4、考。因此研究水电站厂房结构物塑性的地震响应是具有重大的现实意义的‘3卜‘71。本文以某水电站实际工程为例，采用有限元方法，研究水电站厂房结构在高烈度地震作用下进入塑性阶段后的应力位移响应。1．2水电站厂房的基本类型由于水电站的开发方式、枢纽布置、水头、流量、装机容量、水轮发电机组形式等因素，及水文、地质、地形等条件的不同，加上政治、经济、技术、生态及国防等因素的影响，厂房的布置形式也各不相同。按照厂房结构的受力特点并结合其在工程枢纽中所在的位置进行分类‘8卜“¨，有以西安理工大学硕士学位论文下类型：1．2．1地面式

5、厂房(一)河床式厂房当水头较低，单机容量又较大时，厂房与整个进水建筑物兰成一体，厂房本身起挡水作用，称为河床式厂房。(二)坝后式厂房水电站水头较高，建坝挡水，又将厂房紧靠坝布置的厂房，称为坝后式厂房。它又可以分为以下几类：(1)坝后式明厂房厂房在大坝的下游，不起挡水作用，发电所需的水经过坝式进水口沿着坝身压力管道引入厂房。适用于申高水头韵情况。(2)坝垛式厂房厂房布置在连拱坝、大头坝或平板坝的支墩之间。适用于中水头的情况。(3)溢流式厂房当河谷狭窄。泄洪量大、机组台数多、地质条件较差、不能采用地下式厂房而又得保证有

6、一定宽度的溢流段时，把坝顶溢流段与厂房结合在一起，构成联合建筑物，称为溢流式厂房。(4)挑越式厂房当在峡谷处建高坝高水头大流量、泄洪时高速水流挑越过厂房项，水舌射落到下游河床中，称为挑越式厂房。(三)坝内式厂房当洪水量较大时，河谷狭窄，在坝轴线上不容易布置水电站厂房和溢洪道；无论采用岸边建造地面式厂房还是采用地下式厂房，开挖量均很大；这时可以考虑将厂房布置在混凝土坝、宽缝重力坝或拱坝的内腔，而在坝顶设溢洪道，称为坝内式厂房。(四)岸边式厂房靠筑坝取得的水头的电站，枢纽布置中厂房不设在河床中坝后，而是在河岸内布置引水

7、道，将厂房设在与坝后有一定距离韵岸边；或者在引水道式或混合式水电站中，引水道比较长，厂方布置在离坝相当远的岸边。这类厂房称为河岸式厂房或引水式厂房。2第一章绪论1．2．2地下式厂房受地质、地形条件的限制，在地面上无法布置地面式厂房，而地下有良好的地质条件或为满足国防上的需要时，可将厂房布置在地下山岩中，成为地下式厂房。地下式厂房除了需要考虑厂房洞室的围岩稳定和支护问题外，还需要充分考虑厂房排水、通风、照明、防潮和防噪声等问题，因此，在工程上应用较地面式厂房为少。本文所研究的厂房属于坝后式明厂房，此种厂房为坝后式厂房

8、中最常用的类型，因此本文以此作为研究对象较有普遍意义。1．3水电站厂房地震问题的特点水电站厂房由于其特殊的功能性，结构也较之一般工业厂房有以下特点。主厂房以发电层楼板面为界，分为上部结构和下部结构两部分。1．3．1上部结构与一般工业厂房基本相似，包括主机室和安装间。主机室是运行和管理的主要工作场所，水轮发电机和许多辅助设备都布置在这里；安装间是水电站机、电设