水电站厂房框架—剪力墙结构抗震分析

魏涛+葛玉梅

摘  要：对某水电站厂房框架—剪力墙结构建立了有限元模型，并进行模态探讨和抗震探讨。利用ANSYS构建了一个对应的模型结构，通过振型分解反应谱法对结构进行了抗震计算，计算地震作用下结构的应力、应变。由计算结果可知，应力分布符合一般规律，结构刚度满足规范要求。

关键词：水电站厂房;框架—剪力墙;模态分析;有限元模型

中图分类号：TU398.2            文献标识码：A               DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.14.072

1  工程概况

某电站厂房为地面式厂房，副厂房布置在主厂房上游，主副厂房长40 m，整体宽14.21 m;副厂房宽8.1 m，高557.951 m。

2  有限元模型

将水轮机的最底层作为厂房模型设计过程中的主要依据，以下面的位置为标准将厂房延伸1.5倍。将厂房周边的环境作为分析依据，限制厂房的高度。按照水流流动的方向来确定厂房模型设计的坐标，流向是正方向X轴，垂直水流方向为Y轴。

在计算的过程中有效利用线性公式，不管是地基的选择，还是混凝土标准的选择，都应该根据具体要求标准。计算模型对下部结构进行了简化，整个模型单元总数为85 446个，节点数为116 408个。

3  厂房在地震作用下的动力分析

荷载主要有结构自重、活荷载、设备自重、吊车荷载和地震荷载。本工程的防震烈度大概为7度，在水平方向上的加速度数值为ah=0.35 g，垂直方向的数值为av=0.175 g。

由于结构模型很大，所以用到的设计板型要根据具体情况来选择，总体的运力图无法反映出实际的情况。调整厂房结构可以从不同的角度对其进行分层设计（▽561.70～▽562.50 m、▽566.90～▽567.70 m及▽570.90～▽571.70 m、▽573.65～▽575.70 m），不同的厂房之间墙板面会发生很大的变化，对相互之间的结构产生很大的影响，对此，可以有针对性地进行分析。不同板层之间的承载力有所不同，具体的结构图形和部分云图如图1和图2所示（▽570.90～▽571.70 m）。

从应力应变结果云图可知：①房顶梁结构的最大应力是5.32 MPa（▽566.90～▽567.70 m的X向），板结构之间的最大应力是3.65 MPa（▽566.90～▽567.70 m的Y向）;副厂房水平向位移都很小，最大值为-0.6 mm（X向），竖向最大位移为-4.0 mm。②主厂房结构之间的最大应接力为9.75 MPa（发电机层的Y向），最大承载力为4.56 MPa;而对于整体厂房结构，其他电机组房间结构的承载力大多集中的墙角处，该种受力情况比较容易看见。厂房之间的移动程度比较大，最大变化范围是1.0 mm，发生位移的可能性在-5.6 mm的标准范围以内。③最大的应力结构从6.44 MPa（▽566.90～▽567.70 m的X向）向其他方向上变化。最主要的位移程度是最大值为1.1 mm（X向），竖向最大位移值为-1.4 mm。④一些个别的应力能够反映在规定的范围内，同时它们出现的具体位置也各不相同。对于第一主应力，其顶梁结构的范围在7.17～9.89 MPa之间，其主要的跨梁位置在4.45～5.81 MPa之间，其他部位主应力值多分布在-0.99～3.09 MPa之

间，墙体结构应力集中部位的值在4.59～6.57 MPa之间。

图1  各层板梁X方向应力云图

图2  厂房X方向位移云图

参考文献

[1]王世夏.水工设计的理论和方法[M].北京：中国电力出版社，2000.

[2]马正道，周芹.浅谈如何有效控制框架剪力墙结构钢筋位移[J].建筑科学，2011（5）：84.

〔编辑：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