大桥水电站厂房结构动力特性分析.docx

第51卷第6期2015年6月

第51卷第6期2015年6月

Vol.51,No.6Jun.,2015

GANSUWATERRESOURCESANDHYDROPOWERTECHNOLOGY

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·设计与研究·

大桥水电站厂房结构动力特性分析

石维

(云南省水利水电勘测设计研究院，云南昆明650021)

摘要：针对水电站厂房结构振动剧烈的问题，利用大型商业通用有限元结构软件ABAQUS,建立了某水电站厂房和基础的三维有限元模型，厂房结构主要包括主厂房框架、风罩、机墩、屋顶、上下游进出水口、地基以及副厂房和部分安装间结构等。分析了厂房结构的动力特性，即厂房结构的固有频率和振型。为合理的设计机组运行参数，从而减小结构产生共振问题提供科学的依据。

关键词：水电站厂房；三维有限元；动力特性分析

中图分类号：TV312文献标志码：A文章编号：2095-0144(2015)06-0040-03

1前言

对于厂房结构，若其振动频率达到固有频率时，

就会产生振幅远远超过其允许的位移量，这将导致结构的破坏。很多学者都对此进行了大量研究。胡群革等利用时程分析法对小舜江输水泵站厂房进行了结构动力响应分析及安全评价1);曹连朋等针对阿海水电站厂房结构进行了总体抗振分析[2];杨静对水电站厂房机组支承结构振动进行了分析及结构优化13;欧阳金惠对三峡电站厂房结构进行了振动研究(4。但由于厂房建筑物具有通用性和专门性，针对水电站厂房结构振动剧烈的问题，仍要对该厂房结构进行模态分析，分析出各阶的频率和振型。这将在实际的机组运行中有效避免共振现象的出现，从而可以避免结构破坏。

2工程概况

大桥水电站位于云南省开远、丘北、弥勒县(市)的交界地带的南盘江上，是南盘江干流中下游水电开发方案的雷打滩电站的上一级电站，坝址距下游六郎洞电厂约1.0km;向南经阿三龙可到开远市，向北经锁龙寺、弥勒、石林可到昆明市；坝址距阿三龙33km,距开远市104km;距锁龙寺93km,距石林162km,距省会昆明市252km;现有昆明-文山老公路从大坝右岸通过，交通便利。大桥水电站为单一发电工程，工程等别为三等，电站装机容量90MW,枢纽工程主要由拦河大坝及具有挡水功能的河床式地面厂房组成。工程主要建筑物有：混凝土重力坝、进水口、压力管道、电站厂房及升压站等。

3基本假定及模型的建立

根据某水电站厂房结构特性及分析要求，对该厂房进行准确模拟，电机、水泵等金属设备作为荷载考虑。

有限元模型计算坐标如下：X轴方向为从上游指向下游方向；Y轴方向为竖直向上；Z轴方向为从1#机组指向2#机组。有限元模型计算范围为：X方向取厂房高度向基岩延伸5.5m范围，共计32.5m;Z方向取2#机组段厂房范围，共计19.54m。有限元模型约束：底部及上、下游基岩施加固端约束，两侧基岩施加Z向约束。网格离散划分以后，机组厂房结构有限元模型结点总数为46233,单元总数为30125,厂房结构模型有限元网格如图1所示。

图1机组厂房结构有限元网格划分模型

收稿日期：2015-06-02

作者简介：石维(1982-),男，湖北公安人，工程师，学士，主要从事水工建筑物结构设计。E-mail:Wei_Shi1982@163.com

第6期石维：大桥水电站厂房结构动力特性分析第51卷

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对于施加的各项荷载，在模态分析中只有约束起作用，其他荷载即使施加上去，在分析过程中也会被忽略。采用ABAQUS软件提供的模态分析包括进行机组段厂房结构模态分析。ABAQUS软件中提供了两种特征值提取方法[5:Lanczos方法和子空间迭代法(subspaceiteration),为了更准确的计算厂房结构的模态，计算时采用默认的特征值求解器Lanczos方法。为了提取厂房结构机墩、楼板、主梁、次梁等各主要部位的振型，经多次试算分析，确定提取的模态阶数设定为30。

厂房为混凝土结构，含两种材料200#混凝土，岩基岩性良好，材料参数根据工程类比得到。混凝

土及岩基的模型材料计算参数见表1。

表1模型材料计算参数

材料

弹性模量/GPa

泊松比

密度/(kg/m3)

200*混凝土

25.5

0.167

2500

基岩

20

0.200

2700

4计算结果分析

计算结束后，打开计算结果中的数据文件，在此文件的末尾部分显示了所提取的特征值，将机组段厂房结构前30阶自振频