水电站主厂房减振设计及主副厂房振动传递途径研究

摘要

随着我国水电行业的不断规划、建设及快速发展，已建和待建的电站越来越多，水电站厂房作为水电站枢纽中重要的建筑物，重要性及安全性愈益突出。水电站机组的容量、尺寸都比较大，再加上运行中转速快，其振动是无法避免的。机组产生的振动一方面会引起支撑结构的振动，另一方面会损害工作人员的身心将康，严重时还会导致厂房结构的振动，危及整个水电站的安全。这就需要采取一定的措施使厂房结构的振动降低至最低，使机组安全地运行。对于抽水蓄能电站，由于其高水头、大容量的特点，其振动的强度远远超出常规的水电站机组，会对相邻的副厂房造成不同程度的振动，为了更好地控制副厂房的振动，需要对振动的传递途径做细致研究，找出合适可行的方案来减小副厂房结构的振动。针对上述问题，本文结合某抽水蓄能电站地下厂房结构，采用有限元法对结构进行了减振设计和主副厂房振动传递途径的研究，具体研究工作如下：
　　（1）建立地下厂房结构的有限元模型，研究结构在不同边界条件下的振动特性和动力响应，寻求一种合理的计算边界条件，进而计算分析了结构阻尼比和附加质量对厂房数值模型的影响，为厂房的动态设计和隔振减振提供了参考和依据。
　　（2）对主厂房的发电机层楼板敷设粘弹性阻尼材料，分别建立自由阻尼板结构和约束阻尼板结构的有限元模型，研究阻尼层的厚度、弹性模量及阻尼比对复合结构自振频率、模态阻尼比和动力响应的影响，探讨比较合理且高效的减振方法。结果表明，敷设粘弹性阻尼材料组成的复合楼板结构自振频率降低，有可能错开楼板发生共振的范围；复合结构的模态阻尼比受阻尼层厚度和阻尼因子的影响较大，随着阻尼层厚度或阻尼因子的增大呈线性增加；采用阻尼板结构均能够使楼板的振动响应降低，其中约束阻尼板结构下对低频和高频荷载均有很好的减振作用，在第一阶模态中，模态阻尼比较自由阻尼板结构的增大90%以上，可见在减振效果上远远优于自由阻尼板机构。
　　（3）建立水电站主厂房与副厂房的耦联体系，对副厂房进行了自振特性和共振复核的分析计算。通过改变主副厂房间结构缝填充物的物理力学参数，并以楼板的振动响应为依据，探讨了水电站地下主副厂房间振动传递的途径和规律。结果表明，副厂房楼板的振动大部分依靠围岩传递；当结构缝填充材料弹模较大时，在高频流道脉动压力作用下，与荷载作用位置较近的副厂房楼板的纵向振动主要通过结构缝的填充材料进行传递。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容

2 动力学分析相关理论

2.1 模态分析

2.2 谐响应分析[81]

2.3 瞬态分析

2.4 ANSYS在阻尼技术中的计算方法

3 有限元模型及计算参数

3.1 有限元模型

3.2 计算参数取值

4 厂房动力特性研究

4.1 边界条件的研究

4.2 结构阻尼对响应的影响

4.3 附加质量对动力特性的影响

4.4 本章小结

5 阻尼板结构在厂房减振中的研究

5.1 阻尼结构的简介

5.2 模态阻尼比的计算

5.3 自由阻尼板结构的减振研究

5.4 约束阻尼板结构的减振研究

5.5 自由阻尼板结构与约束阻尼板结构的耗能对比

5.6 本章小结

6 主副厂房振动传递途径研究

6.1 计算模型及计算方案

6.2 副厂房自振特性分析

6.3 主副厂房间振动传递途径和规律研究

6.4 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢