發(fā)布時間：2020-11-11 07:21

　　 進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)系到電站的運行,甚至波及整個樞紐工程的安危。對于依山而建的高聳進水塔,實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水塔的整體剛度,在山體轉(zhuǎn)彎處,進水塔塔背和塔體一側(cè)均與山體相連,可采用“半環(huán)抱”型式進行塔背與塔側(cè)聯(lián)合回填。分層取水進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水塔結(jié)構(gòu)展開研究,采用振型分解反應(yīng)譜法計算塔體結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)。主要的研究成果包括:(1)對獨立于岸邊的高聳進水塔結(jié)構(gòu)進行靜動力計算分析發(fā)現(xiàn):塔體在靜荷載作用下的最危險工況為施工完建工況;在地震作用下,塔體沿順水流向與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水塔計算模型,研究回填混凝土高度對進水塔動力響應(yīng)的影響規(guī)律,得到結(jié)論:隨著聯(lián)合回填高度的增加,進水塔的整體剛度增大,塔體沿順水流向與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,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種方案的進水塔計算模型,研究塔側(cè)回填高度對進水塔動力響應(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;塔體沿順水流向與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水塔計算模型,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,同時增加了工程造價;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,同時有效提高了經(jīng)濟性。
【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)合某實際工程，采用有限元分析軟件ANSYS[48]建立進水塔模型并進行靜動力計算，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行敏感性分析，尋求更合理的設(shè)計方案，為同類型結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考。主要研究內(nèi)容如下：（1）建立獨立于岸邊的長攔污柵墩高聳進水塔的整體三維有限元模型，較真實地模擬進水塔的受力狀態(tài)，采用振型分解反應(yīng)譜法計算進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算方案的進水塔模型并進行動力計算，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)回填高度計算方案的進水塔模型并進行動力計算，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水塔模型進行動力計算，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行動力計算，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進水塔有限元仿真分析過程Fig.2-1ProcessofFiniteElementSimulationAnalysisofIntakeTower2.2計算模型與荷載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，電站進水口按1級建筑物設(shè)計。水庫正常蓄水位1522.0m，電站裝機容量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)電引水隧洞進水塔群在平面上呈“一”字布置，將最右側(cè)的兩個分層取水進水口作整體布置，平面布置如圖2-2所示。進水塔底板高程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)計高度為60.0m。該進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