带有长拦污栅墩的高耸进水塔结构抗震分析

发布时间：2020-11-11 07:21

　　 进水塔是水电站引水系统的首部建筑物,它的安全性直接关系到电站的运行,甚至波及整个枢纽工程的安危。对于依山而建的高耸进水塔,实际工程中一般用人工回填混凝土将塔体与山体连为一体以增加进水塔的整体刚度,在山体转弯处,进水塔塔背和塔体一侧均与山体相连,可采用“半环抱”型式进行塔背与塔侧联合回填。分层取水进水塔的拦污栅墩兼做叠梁门墩,导致拦污栅墩很长,以横向连系梁作为相邻的长拦污栅墩之间的连接构件,纵向连系梁作为拦污栅墩与胸墙间的连接构件,组成复杂的拦污栅墩体系。长拦污栅墩结构的刚度较小,稳定性较差,在地震作用下易发生较大变形,产生较大的应力。本文采用三维有限元法,针对某工程长拦污栅墩高耸进水塔结构展开研究,采用振型分解反应谱法计算塔体结构的动力响应。主要的研究成果包括:(1)对独立于岸边的高耸进水塔结构进行静动力计算分析发现:塔体在静荷载作用下的最危险工况为施工完建工况;在地震作用下,塔体沿顺水流向与垂直水流向的位移较大,大部分结构处于受压状态,拉应力区主要出现在塔背、拦污栅墩、第一排横梁、第二排横梁、纵梁等部位;对塔体进行自振特性研究发现,高阶振型主要表现为长拦污栅墩结构的振动变形。(2)通过建立4种塔背与塔侧联合回填混凝土高度的进水塔计算模型,研究回填混凝土高度对进水塔动力响应的影响规律,得到结论:随着联合回填高度的增加,进水塔的整体刚度增大,塔体沿顺水流向与垂直水流向的位移峰值明显减小,纵梁、塔体与回填混凝土顶面交接处等关键部位的拉应力逐渐减小;但过高的回填混凝土不但不经济,还会导致横梁承受较大的拉应力。综合考虑,建议较合理的塔背与塔侧联合回填混凝土高度取大约2/3倍塔体高度。(3)通过降低塔侧回填混凝土高度建立7种方案的进水塔计算模型,研究塔侧回填高度对进水塔动力响应的影响规律,得到结论:随着塔侧回填高度的降低,进水塔结构的整体刚度减小,高阶频率主要表现为长拦污栅墩结构的振动变形;塔体沿顺水流向与垂直水流向位移均逐渐增大,其中垂直水流方向的位移峰值增幅较大;降低塔侧回填高度有效改善了塔体右侧面、拦污栅墩及其横梁的应力情况,但当塔侧无回填混凝土时,拦污栅墩连系梁均承担较大的拉应力。综合考虑,建议较合理的塔侧回填混凝土高度取大约1/3倍塔体高度。(4)通过改变拦污栅墩连系梁间距建立不同方案的进水塔计算模型,研究梁间距对长拦污栅墩结构应力位移的影响规律,得到结论:均匀加密连系梁间距有利于改善长拦污栅墩结构的应力状态,但对其位移影响不明显,同时增加了工程造价;对连系梁采用下部(塔侧回填混凝土范围)疏、上部密的非均匀布置方案,有利于长拦污栅墩结构的抗震安全,同时有效提高了经济性。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TV312
【部分图文】：

西安理工大学硕士学位论文4布置型式，本文结合某实际工程，采用有限元分析软件ANSYS[48]建立进水塔模型并进行静动力计算，通过单因子变量法对塔背与塔侧联合回填混凝土高度开展研究，对拦污栅墩连系梁间距进行敏感性分析，寻求更合理的设计方案，为同类型结构设计提供参考。主要研究内容如下：（1）建立独立于岸边的长拦污栅墩高耸进水塔的整体三维有限元模型，较真实地模拟进水塔的受力状态，采用振型分解反应谱法计算进水塔在正常蓄水位遇地震情况下的动力响应，研究并分析进水塔结构的抗震特性。（2）建立不同的塔背与塔侧联合回填混凝土高度计算方案的进水塔模型并进行动力计算，分析联合回填高度对塔体自振特性、应力与位移的影响规律，提出较合理的联合回填混凝土高度范围。（3）通过降低塔侧回填混凝土高度，建立不同塔侧回填高度计算方案的进水塔模型并进行动力计算，分析塔侧回填高度对塔体自振特性、应力与位移的影响规律，提出较合理的塔侧回填混凝土高度范围。（4）通过改变拦污栅墩连系梁间距建立多方案进水塔模型进行动力计算，分析梁间距对长拦污栅墩结构应力和变形的影响规律，综合评价加密连系梁间距的合理性。在此基础上提出梁间距非均匀布置方案进行动力计算，通过对比分析，得到更合理的连系梁布置方案。1.4技术路线本文的主要技术路线如图1-1所示。图1-1技术路线图Fig.1-1TechnicalRouteChart

西安理工大学硕士学位论文8图2-1进水塔有限元仿真分析过程Fig.2-1ProcessofFiniteElementSimulationAnalysisofIntakeTower2.2计算模型与荷载2.2.1工程概况某工程是兼顾防洪、灌溉和发电等综合效益的水利枢纽工程，为Ⅰ等大（1）型工程，主要由大坝、泄水消能、引水发电系统及导流洞等建筑物组成，电站进水口按1级建筑物设计。水库正常蓄水位1522.0m，电站装机容量750MW，水库总库容12.3亿m3。采用混凝土面板砂砾石坝作为该工程的挡水建筑物，最大坝高238.0m。该工程的发电引水隧洞进水塔群在平面上呈“一”字布置，将最右侧的两个分层取水进水口作整体布置，平面布置如图2-2所示。进水塔底板高程1439.0m，塔顶高程1529.0m，塔高90.0m，塔体沿顺

2高耸进水塔结构动力响应分析9水流方向长34.1m，垂直水流方向宽35.0m，塔背及塔右侧均回填混凝土，回填设计高度为60.0m。该进水口的拦污栅墩兼做叠梁门墩，长10.5m，1#拦污栅墩与下游胸墙相连，长达16.5m。塔体由喇叭口段、闸室段等组成，沿水流方向依次设检修闸门槽和事故闸门槽。各拦污栅墩之间设置两排横向连系梁，沿着水流方向分别称为第一排横梁、第二排横梁；拦污栅墩的下游侧和塔体胸墙之间设置纵向连系梁，简称纵梁；沿高度方向共设置7层连系梁，各层梁之间的净间距为7.0m，梁截面尺寸均为1.5m×3.0m（宽×高）。长拦污栅墩体系关键部位示意图见图2-3。图2-2进水塔平面布置（单位：m）Fig.2-2PlaneLayoutoftheIntakeTower(Unit:m)图2-3长拦污栅墩体系关键部位示意图Fig.2-3DiagramofKeyPartsofLongTrashRackPierSystem
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本文编号：2878911