水電站廠房框架—剪力墻結構抗震分析

魏濤+葛玉梅

摘??要：對某水電站廠房框架—剪力墻結構建立了有限元模型，并進行模態探討和抗震探討。利用ANSYS構建了一個對應的模型結構，通過振型分解反應譜法對結構進行了抗震計算，計算地震作用下結構的應力、應變。由計算結果可知，應力分布符合一般規律，結構剛度滿足規范要求。

關鍵詞：水電站廠房;框架—剪力墻;模態分析;有限元模型

中圖分類號：TU398.2????????????文獻標識碼：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

將水輪機的最底層作為廠房模型設計過程中的主要依據，以下面的位置為標準將廠房延伸1.5倍。將廠房周邊的環境作為分析依據，限制廠房的高度。按照水流流動的方向來確定廠房模型設計的坐標，流向是正方向X軸，垂直水流方向為Y軸。

在計算的過程中有效利用線性公式，不管是地基的選擇，還是混凝土標準的選擇，都應該根據具體要求標準。計算模型對下部結構進行了簡化，整個模型單元總數為85?446個，節點數為116?408個。

3??廠房在地震作用下的動力分析

荷載主要有結構自重、活荷載、設備自重、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值為ah=0.35?g，垂直方向的數值為av=0.175?g。

由于結構模型很大，所以用到的設計板型要根據具體情況來選擇，總體的運力圖無法反映出實際的情況。調整廠房結構可以從不同的角度對其進行分層設計（▽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發生很大的變化，對相互之間的結構產生很大的影響，對此，可以有針對性地進行分析。不同板層之間的承載力有所不同，具體的結構圖形和部分云圖如圖1和圖2所示（▽570.90～▽571.70?m）。

從應力應變結果云圖可知：①房頂梁結構的最大應力是5.32?MPa（▽566.90～▽567.70?m的X向），板結構之間的最大應力是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主廠房結構之間的最大應接力為9.75?MPa（發電機層的Y向），最大承載力為4.56?MPa;而對于整體廠房結構，其他電機組房間結構的承載力大多集中的墻角處，該種受力情況比較容易看見。廠房之間的移動程度比較大，最大變化范圍是1.0?mm，發生位移的可能性在-5.6?mm的標準范圍以內。③最大的應力結構從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。④一些個別的應力能夠反映在規定的范圍內，同時它們出現的具體位置也各不相同。對于第一主應力，其頂梁結構的范圍在7.17～9.89?MPa之間，其主要的跨梁位置在4.45～5.81?MPa之間，其他部位主應力值多分布在-0.99～3.09?MPa之

間，墻體結構應力集中部位的值在4.59～6.57?MPa之間。

圖1??各層板梁X方向應力云圖

圖2??廠房X方向位移云圖

參考文獻

[1]王世夏.水工設計的理論和方法[M].北京：中國電力出版社，2000.

[2]馬正道，周芹.淺談如何有效控制框架剪力墻結構鋼筋位移[J].建筑科學，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