三峡电站厂房钢衬蜗壳不同埋设方式抗震分析.pdf

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1、第29卷第2期长江科学院院报V01．29No．22012年2月JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteFeb．2012文章编号：1001—5485(2012)02—0051—04三峡电站厂房钢衬蜗壳不同埋设方式抗震分析陈玲玲，戴湘和，彭定(长江科学院岩土力学与工程重点实验室，武汉430010)摘要：混流式水轮机发电机组钢衬蜗壳有不同埋设方式，三峡水轮发电机组钢衬蜗壳是目前世界上混流式水轮机最大的蜗壳，左岸电站全部为保压方案。针对右岸水电站厂房钢衬蜗壳2种埋设方案，建立三维有限元模型，研究蜗壳保压方案和垫层方案的固有振动特性和地震响应，采

2、用振型叠加反应谱法计算地震动力响应，分析不同蜗壳埋设方案对结构的自振特性及地震响应的影响。分析结果表明：就抗地震作用而言，2种方案都是可取的，垫层方案略优于保压方案。关键词：三峡电站厂房；钢衬蜗壳；蜗壳埋设方案，地震反应中图分类号：TV312文献标志码：A三峡水轮发电机组钢衬蜗壳是目前世界上混流式水轮机最大的蜗壳，蜗壳进口断面直径12．4m_】-2]。蜗壳埋设有3种方式J，分别为保压埋人方式、直接埋人方式和外敷垫层埋人方式(以下分别简称为保压方案、直埋方案和垫层方案)，从设计、施工的角度，各有其优缺点。本文从抗震的角度，针对三峡右岸水电站厂房蜗壳不同埋设方式，建立三维有限元模型，研究钢衬蜗壳

3、保压方案和垫层方案的固有振动特性和地震动响应，采用振型叠加反应谱法计算地震动力响应，分析不同蜗壳埋设方案对结构的自振特性及地震反应的影响。图1有限元计算模型Fig．1Finiteelementnumericalmodel1计算条件三峡工程场地基本烈度为6度，依据《水工建有限元计算模型范围为发电机层高程75．3m筑物抗震设计规范》[31，三峡右岸电站厂房按7度以下、副厂房高程82．0m以下整体结构，分别建立设防，反应谱放大倍数=2．0，水平向加速度保压及垫层2种方案模型。岩体基础模拟范围：顺nh：1．0m／s，特征周期=0．2s。河向向上游延伸150m，向下游延伸120m，竖向向下延伸132．

4、5m。为了各种工况计算结果的可比性，2自振特性分析均采用相同的有限元网格，有限元模型见图1。坐标规定IX为顺河向，Y为竖直向，为横河向。三峡右岸电站厂房的整体模型前100阶自振特材料参数如下：性计算表明，整个结构体系，从振型频率特性来分析，(1)混凝土：E动=3．75×10MPa，主要由4部分构成：①厂房上、下游墙及屋架体系；P砼=25kN／m，=0．167；②发电机层楼板风罩肋柱结构体系；③副厂房及尾(2)钢材：E动=2．65×10MPa，水平台结构体系；④蜗壳、尾水及外包混凝土结构体P钢=78．5kN／m，=0．3；系。由它们连接构成的电站厂房结构体系，是一个有(3)垫层：E热=3．25

5、MPa；机的整体，又有各自的特性。从固有振型和频率分(4)基岩：E动=3．9X10MPa，=0．2。析；低阶的主要是第①部分，它的刚度相对墙根以下收稿日期：2011一O1-21作者简介：陈玲玲(1956一)，女，重庆市人，教授级高级工程师，主要从事结构振动与抗震研究，(电话)02782926046(电子信箱)c118201@126．corn。52长江科学院院报2012丘的大体积混凝土结构刚度明显要小；高阶的主要是第动应力：楼面最大值(第一主应力)出现在上②部分，这部分的楼板、风罩、肋柱结构，尺度较小、结游，其值为2．77MPa。构独特、振动特性有明显的特点；下部的大体积混凝3．1．1．2垫层

6、方案土相当于基础；第③部分的整体刚度相对较小；在整垫层方案地震响应位移、速度和加速度最大值出体结构里，其振型频率有它的独立性；第④部分，对于现的部位、大小分布动应力及分布规律与保压方案的上述3部分而言，它相当于基础，刚度大、变位小、振基本一致。说明对于地震作用，垫层方案与保压方案型的整体性较明显、局部振型相对较少。发电机层楼板动力反应没有明显差别，这是合理的，自振频率(不含上部厂房墙及屋顶网架结构)因为地震作用是由基底传人，垫层这种小尺度的局部如表1，前100阶频率范围为5．468～43．83Hz，垫层改变对整体结构动力特I生很小，因此动力效应差异不方案的各阶频率均略低于保压方案，而振型形态

7、几明显。乎没有差别。3．1．2横河向地震作用表1自振频率3．1．2．1保压方案‘Table1NaturalfrequenciesHz地震响应位移、速度和加速度值的分布规律是一致的，最大值均发生在发电机层楼板的第Ⅲ象限垫星：：：!!：丝：：丝下游边的右角缘和第Ⅳ象限下游边的左侧角缘。最小值均在上游边的第1和Ⅱ象限之间，总的规律是表2列出楼板各象限竖直向第一阶振型对应的频率，发电机层楼板的局部与整体模型的自振频率