水电站拦污栅框架-进水口动力特性研究.pdf

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1、第42卷第17期人民长江Vo1．42．No．172011年9月YangtzeRiverSep．，2011文章编号：1001—4179(2011)17—0055—04水电站拦污栅框架一进水口动力特性研究高雅芬，姚敏杰(中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，浙江杭州310014)摘要：基于ABAQUS和ANSYS平台，以某水电站⑤号机进水口坝段为例，建立了拦污栅框架的独立模型和“拦污栅框架一进水17”耦联动力分析模型，对进水口及拦污栅框架的动力特性进行了分析，总结了主振型规律，并与耦联结构的自振频率进行比较，评价了不同力学模型的选取对结果的影

2、响，分析了不同的边界条件对拦污栅框架自振特性的影响，讨论了动水压力附加质量对结构自振特性的影响。研究成果可为工程设计提供理论依据。关键词：进水口；拦污栅框架；耦联；动力特性；水电站中图法分类号：TV732．1文献标志码：A水电站进水口坝段是水工建筑物的重要组成之水口整体、拦污栅框架以及把框架作为附属结构的坝一，当进水口闸门关闭时，为挡水建筑物，当闸门开启体三维有限元动静力分析模型。对动力计算模型进行正常运行时，为发电引水建筑物，在水工建筑物中，具模态分析，得到不同力学模型的动力特性。拦污栅框有举足轻重的地位；且其结构孔洞较多，致使结构复

3、架单独计算时，分析了其与坝体连接部位的边界条件杂，不能不作专门的研究和论述。水电站的进水口一对自振特性的影响，并研究了动水压力对坝体模型及般都设有拦污栅，拦污栅是水电站的重要建筑物之一，耦联模型动力特性的影响。它对保护水轮机不受水中飘浮物或潜移物的损伤起着l动力特性分析理论极重要的作用。但一般情况下，由于拦污栅的结构布置、体形等相对简单，往往又不易引起人们的重视，迄坝体动力特性分析包括求解结构固有频率及其相今为止，对拦污栅结构的设计¨，尤其是动力方面的应的振型，是动力学响应分析过程中必要的重要步考虑，尚无统一的规则可循，对于附着于坝体的

4、拦污栅骤。在谐响应分析、瞬态动力分析和谱分析过程框架结构，在过栅水流以及巨大坝体振动的联合作用中均要求先进行动力特性计算，即动力特性分析为动下，动力响应非常复杂，历史上由于动力上考虑不周，力响应分析的前期准备过程。致使拦污栅框架失事的例子时有发生。研究坝体的自振特性时，由于阻尼的影响很小，通一般拦污栅由横向栅条、横梁及边框构成，面积较常可以忽略不计，故多自由度自由振动微分方程大，结构刚度较小，与坝体结构相比，不论是质量还是为：刚度，都相差很大，地震作用时，“水一拦污栅框架一Mu+Ku=0(1)进水口一基础”这个复合体系具有复杂的力学行为

5、，式中，和分别是质量矩阵和刚度矩阵；u和u分别因此在实际的结构计算中是否将拦污栅与坝体做耦联为加速度向量和位移向量。分析，以及在动力响应计算分析时，对计算方法的选择求解坝体的自振频率即为计算式(1)的特征值。(如振型分解反应谱法、时程分析等)就显得尤为重由于计算规模较大，自振频率计算和模态提取采用了要。本文以某水电站进水口坝段为例，分别建立了进分块兰索斯算法(BlockLanczos)。收稿日期：2011—04—27作者简介：高雅芬，女，工程师，主要从事水工建筑物设计及研究工作。E—mail：gao—yf2@ecidi．corn●56人

6、民长江2工程实例2．1工程概况某水电站枢纽布置采用碾压混凝土重力坝、全地下厂房布置方案。地下厂房系统布置于左岸山体内，电站进水口坝段相应地布置于左岸22—30号坝段。进水口采用“一字型”坝式进水口，引水洞间距25．00m，相应进水口坝段宽度为25．O0m，坝顶宽度28．50m0引水系统采用单机单洞引水，洞径10．O0m；引水隧洞上、下平段之间，①～⑥号机引水洞采用斜井、⑦图1有限元计算耦联模型(未包括岩石基础网格)～⑨号机引水洞受布置限制采用竖井连接。进水VI前部为三向收缩的喇叭口，每个进水口设6孔尺寸为3．05mX30．O0m(宽×高

7、)的拦污栅，拦污栅构架与坝体相连。2．2有限元计算模型岩石基础、混凝土结构均近似假定为各向同性、均匀连续的线弹性体。建基面混凝土假定为不透水体，库水压力、扬压力均作用在相关面上。(1)耦联模型。计算取水电站引水系统拦污栅、进水口整体结构以及响应的岩石基础。坝体及拦污栅横梁、纵梁、盖板部位混凝土采用8／6节点实体单元离散，拦污栅联系梁部位采用杆单元模拟。在网格划分时考虑了结构的几何形状、受力特征和材料分区以及基岩断层的影响，在有限元网格剖分中，门槽、通气孔、引水洞和灌浆廊道等结构部位适当加密。动力分析时图2拦污栅框架有限元模型单元总数为5

8、5837，最大求解自由度总数为192924。表I各区材料主要物理力学参数标准值(2)进水口主体模型。采用8／6节点实体单元离散。动力分析时单元总数为42607，最大求解自由度总数为136070。(3)拦污栅