進(jìn)水塔是水電站引水系統(tǒng)的首部建筑物,它的安全性直接關(guān)系到電站的運(yùn)行,甚至波及整個(gè)樞紐工程的安危。對于依山而建的高聳進(jìn)水塔,實(shí)際工程中一般用人工回填混凝土將塔體與山體連為一體以增加進(jìn)水塔的整體剛度,在山體轉(zhuǎn)彎處,進(jìn)水塔塔背和塔體一側(cè)均與山體相連,可采用“半環(huán)抱”型式進(jìn)行塔背與塔側(cè)聯(lián)合回填。分層取水進(jìn)水塔的攔污柵墩兼做疊梁門墩,導(dǎo)致攔污柵墩很長,以橫向連系梁作為相鄰的長攔污柵墩之間的連接構(gòu)件,縱向連系梁作為攔污柵墩與胸墻間的連接構(gòu)件,組成復(fù)雜的攔污柵墩體系。長攔污柵墩結(jié)構(gòu)的剛度較小,穩(wěn)定性較差,在地震作用下易發(fā)生較大變形,產(chǎn)生較大的應(yīng)力。本文采用三維有限元法,針對某工程長攔污柵墩高聳進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)展開研究,采用振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算塔體結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)。主要的研究成果包括:(1)對獨(dú)立于岸邊的高聳進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜動力計(jì)算分析發(fā)現(xiàn):塔體在靜荷載作用下的最危險(xiǎn)工況為施工完建工況;在地震作用下,塔體沿順?biāo)飨蚺c垂直水流向的位移較大,大部分結(jié)構(gòu)處于受壓狀態(tài),拉應(yīng)力區(qū)主要出現(xiàn)在塔背、攔污柵墩、第一排橫梁、第二排橫梁、縱梁等部位;對塔體進(jìn)行自振特性研究發(fā)現(xiàn),高階振型主要表現(xiàn)為長攔污柵墩結(jié)構(gòu)的振動變形。(2)通過建立4種塔背與塔側(cè)聯(lián)合回填混凝土高度的進(jìn)水塔計(jì)算模型,研究回填混凝土高度對進(jìn)水塔動力響應(yīng)的影響規(guī)律,得到結(jié)論:隨著聯(lián)合回填高度的增加,進(jìn)水塔的整體剛度增大,塔體沿順?biāo)飨蚺c垂直水流向的位移峰值明顯減小,縱梁、塔體與回填混凝土頂面交接處等關(guān)鍵部位的拉應(yīng)力逐漸減小;但過高的回填混凝土不但不經(jīng)濟(jì),還會導(dǎo)致橫梁承受較大的拉應(yīng)力。綜合考慮,建議較合理的塔背與塔側(cè)聯(lián)合回填混凝土高度取大約2/3倍塔體高度。(3)通過降低塔側(cè)回填混凝土高度建立7種方案的進(jìn)水塔計(jì)算模型,研究塔側(cè)回填高度對進(jìn)水塔動力響應(yīng)的影響規(guī)律,得到結(jié)論:隨著塔側(cè)回填高度的降低,進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)的整體剛度減小,高階頻率主要表現(xiàn)為長攔污柵墩結(jié)構(gòu)的振動變形;塔體沿順?biāo)飨蚺c垂直水流向位移均逐漸增大,其中垂直水流方向的位移峰值增幅較大;降低塔側(cè)回填高度有效改善了塔體右側(cè)面、攔污柵墩及其橫梁的應(yīng)力情況,但當(dāng)塔側(cè)無回填混凝土?xí)r,攔污柵墩連系梁均承擔(dān)較大的拉應(yīng)力。綜合考慮,建議較合理的塔側(cè)回填混凝土高度取大約1/3倍塔體高度。(4)通過改變攔污柵墩連系梁間距建立不同方案的進(jìn)水塔計(jì)算模型,研究梁間距對長攔污柵墩結(jié)構(gòu)應(yīng)力位移的影響規(guī)律,得到結(jié)論:均勻加密連系梁間距有利于改善長攔污柵墩結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài),但對其位移影響不明顯,同時(shí)增加了工程造價(jià);對連系梁采用下部(塔側(cè)回填混凝土范圍)疏、上部密的非均勻布置方案,有利于長攔污柵墩結(jié)構(gòu)的抗震安全,同時(shí)有效提高了經(jīng)濟(jì)性。
【學(xué)位單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：TV312
【部分圖文】：

西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文4布置型式，本文結(jié)合某實(shí)際工程，采用有限元分析軟件ANSYS[48]建立進(jìn)水塔模型并進(jìn)行靜動力計(jì)算，通過單因子變量法對塔背與塔側(cè)聯(lián)合回填混凝土高度開展研究，對攔污柵墩連系梁間距進(jìn)行敏感性分析，尋求更合理的設(shè)計(jì)方案，為同類型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。主要研究內(nèi)容如下：（1）建立獨(dú)立于岸邊的長攔污柵墩高聳進(jìn)水塔的整體三維有限元模型，較真實(shí)地模擬進(jìn)水塔的受力狀態(tài)，采用振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算進(jìn)水塔在正常蓄水位遇地震情況下的動力響應(yīng)，研究并分析進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)的抗震特性。（2）建立不同的塔背與塔側(cè)聯(lián)合回填混凝土高度計(jì)算方案的進(jìn)水塔模型并進(jìn)行動力計(jì)算，分析聯(lián)合回填高度對塔體自振特性、應(yīng)力與位移的影響規(guī)律，提出較合理的聯(lián)合回填混凝土高度范圍。（3）通過降低塔側(cè)回填混凝土高度，建立不同塔側(cè)回填高度計(jì)算方案的進(jìn)水塔模型并進(jìn)行動力計(jì)算，分析塔側(cè)回填高度對塔體自振特性、應(yīng)力與位移的影響規(guī)律，提出較合理的塔側(cè)回填混凝土高度范圍。（4）通過改變攔污柵墩連系梁間距建立多方案進(jìn)水塔模型進(jìn)行動力計(jì)算，分析梁間距對長攔污柵墩結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形的影響規(guī)律，綜合評價(jià)加密連系梁間距的合理性。在此基礎(chǔ)上提出梁間距非均勻布置方案進(jìn)行動力計(jì)算，通過對比分析，得到更合理的連系梁布置方案。1.4技術(shù)路線本文的主要技術(shù)路線如圖1-1所示。圖1-1技術(shù)路線圖Fig.1-1TechnicalRouteChart

西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文8圖2-1進(jìn)水塔有限元仿真分析過程Fig.2-1ProcessofFiniteElementSimulationAnalysisofIntakeTower2.2計(jì)算模型與荷載2.2.1工程概況某工程是兼顧防洪、灌溉和發(fā)電等綜合效益的水利樞紐工程，為Ⅰ等大（1）型工程，主要由大壩、泄水消能、引水發(fā)電系統(tǒng)及導(dǎo)流洞等建筑物組成，電站進(jìn)水口按1級建筑物設(shè)計(jì)。水庫正常蓄水位1522.0m，電站裝機(jī)容量750MW，水庫總庫容12.3億m3。采用混凝土面板砂礫石壩作為該工程的擋水建筑物，最大壩高238.0m。該工程的發(fā)電引水隧洞進(jìn)水塔群在平面上呈“一”字布置，將最右側(cè)的兩個(gè)分層取水進(jìn)水口作整體布置，平面布置如圖2-2所示。進(jìn)水塔底板高程1439.0m，塔頂高程1529.0m，塔高90.0m，塔體沿順

2高聳進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析9水流方向長34.1m，垂直水流方向?qū)?5.0m，塔背及塔右側(cè)均回填混凝土，回填設(shè)計(jì)高度為60.0m。該進(jìn)水口的攔污柵墩兼做疊梁門墩，長10.5m，1#攔污柵墩與下游胸墻相連，長達(dá)16.5m。塔體由喇叭口段、閘室段等組成，沿水流方向依次設(shè)檢修閘門槽和事故閘門槽。各攔污柵墩之間設(shè)置兩排橫向連系梁，沿著水流方向分別稱為第一排橫梁、第二排橫梁；攔污柵墩的下游側(cè)和塔體胸墻之間設(shè)置縱向連系梁，簡稱縱梁；沿高度方向共設(shè)置7層連系梁，各層梁之間的凈間距為7.0m，梁截面尺寸均為1.5m×3.0m（寬×高）。長攔污柵墩體系關(guān)鍵部位示意圖見圖2-3。圖2-2進(jìn)水塔平面布置（單位：m）Fig.2-2PlaneLayoutoftheIntakeTower(Unit:m)圖2-3長攔污柵墩體系關(guān)鍵部位示意圖Fig.2-3DiagramofKeyPartsofLongTrashRackPierSystem
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本文編號：2878911