水電站廠房框架—剪力墻結(jié)構(gòu)抗震分析

魏濤+葛玉梅

摘??要：對(duì)某水電站廠房框架—剪力墻結(jié)構(gòu)建立了有限元模型，并進(jìn)行模態(tài)探討和抗震探討。利用ANSYS構(gòu)建了一個(gè)對(duì)應(yīng)的模型結(jié)構(gòu)，通過振型分解反應(yīng)譜法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了抗震計(jì)算，計(jì)算地震作用下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變。由計(jì)算結(jié)果可知，應(yīng)力分布符合一般規(guī)律，結(jié)構(gòu)剛度滿足規(guī)范要求。

關(guān)鍵詞：水電站廠房;框架—剪力墻;模態(tài)分析;有限元模型

中圖分類號(hào)：TU398.2????????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.14.072

1??工程概況

某電站廠房為地面式廠房，副廠房布置在主廠房上游，主副廠房長(zhǎng)40?m，整體寬14.21?m;副廠房寬8.1?m，高557.951?m。

2??有限元模型

將水輪機(jī)的最底層作為廠房模型設(shè)計(jì)過程中的主要依據(jù)，以下面的位置為標(biāo)準(zhǔn)將廠房延伸1.5倍。將廠房周邊的環(huán)境作為分析依據(jù)，限制廠房的高度。按照水流流動(dòng)的方向來確定廠房模型設(shè)計(jì)的坐標(biāo)，流向是正方向X軸，垂直水流方向?yàn)閅軸。

在計(jì)算的過程中有效利用線性公式，不管是地基的選擇，還是混凝土標(biāo)準(zhǔn)的選擇，都應(yīng)該根據(jù)具體要求標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)算模型對(duì)下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，整個(gè)模型單元總數(shù)為85?446個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù)為116?408個(gè)。

3??廠房在地震作用下的動(dòng)力分析

荷載主要有結(jié)構(gòu)自重、活荷載、設(shè)備自重、吊車荷載和地震荷載。本工程的防震烈度大概為7度，在水平方向上的加速度數(shù)值為ah=0.35?g，垂直方向的數(shù)值為av=0.175?g。

由于結(jié)構(gòu)模型很大，所以用到的設(shè)計(jì)板型要根據(jù)具體情況來選擇，總體的運(yùn)力圖無法反映出實(shí)際的情況。調(diào)整廠房結(jié)構(gòu)可以從不同的角度對(duì)其進(jìn)行分層設(shè)計(jì)（▽561.70～▽562.50?m、▽566.90～▽567.70?m及▽570.90～▽571.70?m、▽573.65～▽575.70?m），不同的廠房之間墻板面會(huì)發(fā)生很大的變化，對(duì)相互之間的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的影響，對(duì)此，可以有針對(duì)性地進(jìn)行分析。不同板層之間的承載力有所不同，具體的結(jié)構(gòu)圖形和部分云圖如圖1和圖2所示（▽570.90～▽571.70?m）。

從應(yīng)力應(yīng)變結(jié)果云圖可知：①房頂梁結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力是5.32?MPa（▽566.90～▽567.70?m的X向），板結(jié)構(gòu)之間的最大應(yīng)力是3.65?MPa（▽566.90～▽567.70?m的Y向）;副廠房水平向位移都很小，最大值為-0.6?mm（X向），豎向最大位移為-4.0?mm。②主廠房結(jié)構(gòu)之間的最大應(yīng)接力為9.75?MPa（發(fā)電機(jī)層的Y向），最大承載力為4.56?MPa;而對(duì)于整體廠房結(jié)構(gòu)，其他電機(jī)組房間結(jié)構(gòu)的承載力大多集中的墻角處，該種受力情況比較容易看見。廠房之間的移動(dòng)程度比較大，最大變化范圍是1.0?mm，發(fā)生位移的可能性在-5.6?mm的標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)。③最大的應(yīng)力結(jié)構(gòu)從6.44?MPa（▽566.90～▽567.70?m的X向）向其他方向上變化。最主要的位移程度是最大值為1.1?mm（X向），豎向最大位移值為-1.4?mm。④一些個(gè)別的應(yīng)力能夠反映在規(guī)定的范圍內(nèi)，同時(shí)它們出現(xiàn)的具體位置也各不相同。對(duì)于第一主應(yīng)力，其頂梁結(jié)構(gòu)的范圍在7.17～9.89?MPa之間，其主要的跨梁位置在4.45～5.81?MPa之間，其他部位主應(yīng)力值多分布在-0.99～3.09?MPa之

間，墻體結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中部位的值在4.59～6.57?MPa之間。

圖1??各層板梁X方向應(yīng)力云圖

圖2??廠房X方向位移云圖

參考文獻(xiàn)

[1]王世夏.水工設(shè)計(jì)的理論和方法[M].北京：中國(guó)電力出版社，2000.

[2]馬正道，周芹.淺談如何有效控制框架剪力墻結(jié)構(gòu)鋼筋位移[J].建筑科學(xué)，2011（5）：84.

〔編輯：王霞〕

Seismic?Analysis?of?the?Frame?-?shear?Wall?Structures?of?Hydropower?Station

Wei?Tao，?Ge?Yumei

Abstract：?The?finite?element?model?of?the?frame?-?shear?wall?structure?of?a?hydropower?station?is?established，?and?the?modal?and?seismic?analysis?is?carried?out.?The?structure?of?the?model?was?constructed?by?ANSYS，?and?the?structural?stress?and?strain?of?the?structure?were?calculated?by?the?mode?decomposition?response?spectrum?method.?From?the?results?of?calculation，?the?stress?distribution?accords?with?the?general?law，?and?the?structural?stiffness?meets?the?standard?requirements.

Key?words：?hydropower?station;?frame?-?shear?wall;?modal?analysis;?finite?element?model