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水电站厂房结构是水电站枢纽的重要组成部分,是将水能转换为电能的综合工程设施。水轮机、发电机和各种辅助设备安装在水电站厂房,水轮机将水能转化为机械能,发电机将机械能转化为电能,再经过主变压器升压后由输电线路分送到电网中。同时水电站厂房也是水工、机械、电气的综合体,又是运行人员进行生产活动的主要场所。其任务是满足主、辅设备及其联络线、缆和管道布置的要求及安装、运行、维护的需要,保证按照电力系统的要求,持续、可靠、安全地生产电能。 水电站厂房支承结构一般包括蜗壳、机敦、风罩和楼板梁等结构系统,并且机墩组合结构内还装有水轮发电机组及其它附属设备。在运行过程中,其不但受到各种静荷载的作用,同时还要承受机组设备运行和水流振动等动荷载的作用。部分已建水电站的运行实践表明:厂房抗震和振动问题是影响水电站正常运行的主要因素之一,它不仅直接影响到机组的安全稳定运行,检修周期和使用寿命,而且严重时还会引起整个厂房的振动,以至被迫停机。这就需要在设计和建设过程中进行相应的研究,采取有效措施,尽量防止厂房在地震和运行中振动的发生,将损失减小到最小。本文正是基于上述原因,优化研究水电站厂房蜗壳外围垫层布设型式、研究厂房下部结构在地震荷载作用下的受力特点,并研究了考虑水的附加质量条件下厂房下部结构的自振问题,为电站安全运行提供技术支持。 潘口水电站厂房为岸边式厂房,采用垫层蜗壳设计方案。为了更好描述水电站厂房下部结构受力特点,本文用三维有限元对潘口水电站厂房下部结构进行了静动力分析,进一步揭示了蜗壳外围垫层布设规律、结构静动力特性,主要研究工作如下: (1)从蜗壳外围弹性垫层的弹性模量、厚度、铺设范围三个方面研究了蜗壳外围弹性垫层对蜗壳外围混凝土应力应变的影响规律,最终确定了蜗壳外围弹性垫层布设参数。 (2)利用三维有限元方法,对潘口水电站厂房下部结构进行了静力计算,得到了厂房下部结构在不同荷载工况下的应力变形,并对座环、蜗壳、尾水管部位的应力应变进行了分析,并提出了一些针对性的工程措施。 (3)结合电站所在区域地震烈度,对潘口水电站厂房下部结构进行了动力计算,得到了厂房下部结构在动荷载下的应力变形,并比较分析了机墩采用两种不同方式施加荷载所得的结果,提出了防止动力破坏的一些工程措施。 (4)通过潘口水电站厂房下部结构自振特性及共振校核分析,从机组运行、机械、电气、水力四个方面分析了引起厂房下部结构共振的原因,并提出了一些防止结构出现破坏性自振的工程措施。