水电站厂房高频振动和立柱裂缝分析
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摘要
本文以红石水电站厂房为计算实例，利用Ansys结构分析软件，建立了厂房整体结构的有限元模型，并在此模型的基础上进行结构分析。
全文工作如下：
1．对整个厂房结构模型进行静力、动力分析计算。计算结果表明，温度应力、动应力并没有超过强度设计标准值。本论文认为，强度破坏不是红石水电站厂房立柱产生裂缝的最根本和直接原因。
2．红石水电站机组振动引起厂房及大坝等建筑物剧烈振动，国内外这样严重的振动尚无先例，据已掌握的国内外文献也未见到类似的严重振动情况。本文结合以前的工作和现场测试成果，对整个厂房模型进行模态分析和谐响应分析。研究发现，机组转速频率和转轮叶片数振动频率(即4倍转频和5倍转频)与厂房结构的某几阶自振频率接近，错开度很小，产生共振，导致厂房立柱在高程277.5m处应力、位移值均较大，应当采取相应抗振加固措施。
3．研究了在动静力荷载作用下，红石水电站厂房立柱在高程277.5m处开裂的疲劳特性。采用子结构模型分析技术，计算了裂纹尖端的应力强度因子，从疲劳断裂力学的角度以及混凝土开裂机理上探讨了裂缝产生、开展的根本原因，给出了合理的解释。
本文的计算及理论分析均与实际工程相结合，有着很大的实际应用价值，对其他水电站建设、运行及管理也有着较高的参考价值。
In this thesis is the calculation example with the Hongshi hydropower station factory building, and use structural analysis software Ansys establish the factory building overall structure finite element mode , and is living that the line structure analysis is make progress in this base.
The main works in this paper are as follows:
1. Dynamic and static analysis of whole structure of Hongshi plant is made. Result indicate , The computational solution makes known , and temperature stress and stirs stress does not overtake the intensity design rating , and is not that the factory building vertical column in Hongshi hydropower station into being the fundamental reason of crack.
2. The vibration of unit Hongshi hydropower station causes violent vibration of the plant and the dam, which has not been occurred interiorly before. And such serious vibration has not been found according to foreign literature. In this paper, referring to the achievement of in - situ test, and on the basis of selecting model of Hongshi hydropower station, dynamic and static analysis of whole structure of Hongshi plant is made. We have gained a clear idea of the main reasons of the violent vibration. A reasonable to solve the problem stated above is dvanced.
3. Dynamic and static analysis of whole structure of Hongshi plant is made is elevation 277. 5m part what the fatigued property. Columniation of Hongshi hydropower station has fatigue Moreover in through the beton split what unfolds the mechanism to characteristic, the contributing factor in split do the inquirement further .
The computation and the theoretical analysis in this paper are both integrated with actual project which is running or being built, which has good practical applying value and good value to constructing and running other hydropower station.
全文工作如下：
1．对整个厂房结构模型进行静力、动力分析计算。计算结果表明，温度应力、动应力并没有超过强度设计标准值。本论文认为，强度破坏不是红石水电站厂房立柱产生裂缝的最根本和直接原因。
2．红石水电站机组振动引起厂房及大坝等建筑物剧烈振动，国内外这样严重的振动尚无先例，据已掌握的国内外文献也未见到类似的严重振动情况。本文结合以前的工作和现场测试成果，对整个厂房模型进行模态分析和谐响应分析。研究发现，机组转速频率和转轮叶片数振动频率(即4倍转频和5倍转频)与厂房结构的某几阶自振频率接近，错开度很小，产生共振，导致厂房立柱在高程277.5m处应力、位移值均较大，应当采取相应抗振加固措施。
3．研究了在动静力荷载作用下，红石水电站厂房立柱在高程277.5m处开裂的疲劳特性。采用子结构模型分析技术，计算了裂纹尖端的应力强度因子，从疲劳断裂力学的角度以及混凝土开裂机理上探讨了裂缝产生、开展的根本原因，给出了合理的解释。
本文的计算及理论分析均与实际工程相结合，有着很大的实际应用价值，对其他水电站建设、运行及管理也有着较高的参考价值。
In this thesis is the calculation example with the Hongshi hydropower station factory building, and use structural analysis software Ansys establish the factory building overall structure finite element mode , and is living that the line structure analysis is make progress in this base.
The main works in this paper are as follows:
1. Dynamic and static analysis of whole structure of Hongshi plant is made. Result indicate , The computational solution makes known , and temperature stress and stirs stress does not overtake the intensity design rating , and is not that the factory building vertical column in Hongshi hydropower station into being the fundamental reason of crack.
2. The vibration of unit Hongshi hydropower station causes violent vibration of the plant and the dam, which has not been occurred interiorly before. And such serious vibration has not been found according to foreign literature. In this paper, referring to the achievement of in - situ test, and on the basis of selecting model of Hongshi hydropower station, dynamic and static analysis of whole structure of Hongshi plant is made. We have gained a clear idea of the main reasons of the violent vibration. A reasonable to solve the problem stated above is dvanced.
3. Dynamic and static analysis of whole structure of Hongshi plant is made is elevation 277. 5m part what the fatigued property. Columniation of Hongshi hydropower station has fatigue Moreover in through the beton split what unfolds the mechanism to characteristic, the contributing factor in split do the inquirement further .
The computation and the theoretical analysis in this paper are both integrated with actual project which is running or being built, which has good practical applying value and good value to constructing and running other hydropower station.
引文
[1] 田忠源．红石水电站工程简介[Z]．白山发电厂．一九九五年五月．
[2] 王树人．董毓新．水电站建筑物[M]．版次：1992年3月，第2版．北京：清华大学出版社，1992．P7～P10．
[3] 董毓新，李彦硕．水电站建筑物结构分析[M]．版次：1992年3月，第二版．大连：大连理工大学出版社，1995．P155～P185．
[4] 董毓新．水轮发电机组的振动[M]．大连：大连理工大学出版社．1989，5．P1～P19．
[5] 董毓新，李伟仁等．刘家峡5号机支撑结构振动原型观测[J]．东北水力发电学报，1986，第一期：P76～P79．
[6] 马震岳，姚拴喜．李家峡水电站双排机厂房整体结构动力分析[R]．大连理工大学：1997，2．P8～P33．
[7] 董毓新，马震岳．十三陵抽水蓄能电站机组混凝土支撑结构振动分析[R]．大连理工大学：一九九三年十二月．P2～P38．
[8] 大连理工大学，白山发电厂．红石水电站机组削振减振和厂房抗振加固研究初步研究报告[R]．大连理工大学，白山发电厂：一九九六年五月．P1～P9．
[9] 大连理工大学，白山发电厂．红石电站机组振动及诱发厂房振动的理论研究和抗振加固措施研究报告[R]．二零零一年三月．P1～P3．
[10] 褚武杨．断裂力学基础[M]．北京：科学出版社，1979．P1～P3．
[11] 范天佑．断裂力学基础[M]．南京：江苏科学技术出版社，1978．P1～P4．
[12] 黄作宾．断裂力学基础[M]．武汉：中国地质大学出版社，1991．P1～P2．
[13] 王铎．断裂力学[M]．哈尔滨：哈尔滨工业工大学出版社，1989．P2～P5．
[14] 罗尔夫，巴逊姆著．结构中的断裂与疲劳控制[M]．北京：中国工业出版社．
[15] 胡传．断裂力学及其工程应用[M]．北京：北京工业大学出版社，1989．
[16] 黄志标．断裂力学[M]．广州：华南理工大学出版社，1988．
[17] 沈成康．断裂力学[M]．上海：济大学出版社，1996．P117～P118
[18] 赖祖涵．断裂力学原理[M]．北京：冶金工业出版社，1990．
[19] 王立久，李振荣主编．建筑材料学[M]．北京：中国水利水电出版社，1997．P63～P100．
[20] 葛勇，张宝生．建筑材料[M]．北京：中国水利水电出版社，1996
[21] 牛光庭，李亚杰合编．建筑材料[M]．北京：中国水利电力出版社，1993
[22] 河海大学等编．水工钢筋混凝土结构学[M]．北京：中国水利水电出版社，1996．P5～P10．
[23] 董毓利．混凝土非线性力学基础[M]．北京：中国建筑工业出版社，1997
[24] 曾春华，邹十践．疲劳分析方法及应用[M]．北京：国防工业出版社，1991．
[25] 程育仁．疲劳强度[M]．北京：中国铁道出版社，1990．
[26] 徐灏．疲劳强度[M]．北京：高等教育出版社，1988．
[27] 马震岳，博士论文：水轮发电机组及压力管道的动力分析．大连理工大学，1988．
[28] Zien Kiewicz O C, Morgan K. Finite Elementes and Approximation. John Wiley & Sons, Inc, 1983.
[29] Swanson Analysis Systems.Advanced Analysis Techniques Guide, SAS Inc USA, 1999.
[2] 王树人．董毓新．水电站建筑物[M]．版次：1992年3月，第2版．北京：清华大学出版社，1992．P7～P10．
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[8] 大连理工大学，白山发电厂．红石水电站机组削振减振和厂房抗振加固研究初步研究报告[R]．大连理工大学，白山发电厂：一九九六年五月．P1～P9．
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[15] 胡传．断裂力学及其工程应用[M]．北京：北京工业大学出版社，1989．
[16] 黄志标．断裂力学[M]．广州：华南理工大学出版社，1988．
[17] 沈成康．断裂力学[M]．上海：济大学出版社，1996．P117～P118
[18] 赖祖涵．断裂力学原理[M]．北京：冶金工业出版社，1990．
[19] 王立久，李振荣主编．建筑材料学[M]．北京：中国水利水电出版社，1997．P63～P100．
[20] 葛勇，张宝生．建筑材料[M]．北京：中国水利水电出版社，1996
[21] 牛光庭，李亚杰合编．建筑材料[M]．北京：中国水利电力出版社，1993
[22] 河海大学等编．水工钢筋混凝土结构学[M]．北京：中国水利水电出版社，1996．P5～P10．
[23] 董毓利．混凝土非线性力学基础[M]．北京：中国建筑工业出版社，1997
[24] 曾春华，邹十践．疲劳分析方法及应用[M]．北京：国防工业出版社，1991．
[25] 程育仁．疲劳强度[M]．北京：中国铁道出版社，1990．
[26] 徐灏．疲劳强度[M]．北京：高等教育出版社，1988．
[27] 马震岳，博士论文：水轮发电机组及压力管道的动力分析．大连理工大学，1988．
[28] Zien Kiewicz O C, Morgan K. Finite Elementes and Approximation. John Wiley & Sons, Inc, 1983.
[29] Swanson Analysis Systems.Advanced Analysis Techniques Guide, SAS Inc USA, 1999.
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