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溧陽(yáng)抽水蓄能電站地下廠房結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析

文檔作者：郭冬云１胡林江１伍鶴皋２文檔來(lái)源：１．中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司２．武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年12月28日
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上一篇：南河水電廠水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)連桿裝置改造

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２０１８ 年第７ 期
２０１８ Ｎｕｍｂｅｒ ７
水電與新能源
ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ
第３２ 卷
Ｖｏｌ．３２
ＤＯＩ： １０．１３６２２ ／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ４２ －１８００／ｔｖ．１６７１ －３３５４．２０１８．０７．００４
收稿日期：２０１８ －０５ －２２ 作者簡(jiǎn)介：郭冬云，女，工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)方面的工作?；痦?xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（５１６７９１７５）。
溧陽(yáng)抽水蓄能電站地下廠房結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析
郭冬云１，胡林江１，伍鶴皋２
（１．中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南長(zhǎng)沙 ４１００１４；
２．武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 ４３００７２）
摘要：以溧陽(yáng)抽水蓄能電站地下廠房為原型，運(yùn)用大型有限元計(jì)算程序ＡＮＳＹＳ 建立三維有限元模型，采用模態(tài)分析方
法分析廠房結(jié)構(gòu)的自振特性，基于諧響應(yīng)法分別分析地下廠房結(jié)構(gòu)在機(jī)組動(dòng)荷載和水輪機(jī)流道脈動(dòng)壓力荷載作用下的
動(dòng)力響應(yīng)。計(jì)算結(jié)果表明，各種振源對(duì)廠房整體結(jié)構(gòu)的影響不大，在機(jī)組振動(dòng)荷載及脈動(dòng)壓力分別作用下，結(jié)構(gòu)的振幅、
振動(dòng)速度和加速度等均在允許范圍內(nèi)，廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。
關(guān)鍵詞：地下廠房；自振特性；動(dòng)力響應(yīng)；溧陽(yáng)抽水蓄能電站
中圖分類(lèi)號(hào)：ＴＶ７４３ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ 文章編號(hào)：１６７１ －３３５４（２０１８）０７ －００１３ －０６
Dynamic Response Analysis of the Underground Powerhouse
in Liyang Pumped Storage Power Station
ＧＵＯ Ｄｏｎｇｙｕｎ１ ， ＨＵ Ｌｉｎｊｉａｎｇ１ ， Ｗｕ Ｈｅｇａｏ２
（１．Ｐｏｗｅｒｃｈｉｎａ Ｚｈｏｎｇｎａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００１４， Ｃｈｉｎａ；
２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ， Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００７２， Ｃｈｉｎａ）
Abstract： Ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅ ｉｎ Ｌｉｙａｎｇ Ｐｕｍｐｅｄ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ．
Ａ ｔｈｒｅｅ-ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｎ ＡＮＳＹＳ ｓｏｆｔｗａｒｅ ．Ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ
ｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｏｄａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ．Ｔｈｅｎ， ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅ ｓｔｒｕｃ -
ｔｕｒｅ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｌｏａｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｉｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｕｌｓａｔｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｌｏａｄ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｒｂｉｎｅ ｐａｓｓａｇｅｗａｙ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ
ｈａｒｍｏｎｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅｓ ａｒｅ ｏｆ ｉｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｏｗ -
ｅｒｈｏｕｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ａｓ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ， ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ａｒｅ ａｌｌ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ａｌｌｏｗａｂｌｅ ｒａｎｇｅｓ ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ
ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ． Key words： ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅ； ｎａｔｕｒａｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ； ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ； Ｌｉｙａｎｇ Ｐｕｍｐｅｄ Ｓｔｏｒａｇｅ
Ｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ
溧陽(yáng)抽水蓄能電站位于江蘇省溧陽(yáng)市境內(nèi)。工程
為一等大（１）型工程。電站樞紐建筑物主要由上水
庫(kù)、輸水系統(tǒng)、發(fā)電廠房及下水庫(kù)等４ 部分組成。地下
廠房?jī)?nèi)安裝６ 臺(tái)單機(jī)容量為２５０ ＭＷ 的可逆式水泵水
輪機(jī)組，總裝機(jī)１ ５００ ＭＷ。機(jī)組額定轉(zhuǎn)速３００ ｒ／ｍｉｎ，
飛逸轉(zhuǎn)速４６０ ｒ／ｍｉｎ，水輪機(jī)工況額定水頭２５９ ｍ。
本文利用大型有限元計(jì)算程序ＡＮＳＹＳ，以中間標(biāo)
準(zhǔn)段機(jī)組為對(duì)象建立三維模型，沿廠房縱軸線方向總
長(zhǎng)為２６．５ ｍ，沿廠房上下游方向?qū)挾葹椋玻常?ｍ，高度
２９．３５ ｍ。計(jì)算模型采用笛卡爾直角坐標(biāo)系，其X 軸
為水平方向，沿廠房縱軸指向左端為正（面向下游），Y
軸為鉛垂方向，向上為正；Z 軸為水平方向，指向下游
為正。在計(jì)算范圍內(nèi)，對(duì)水輪機(jī)蝸殼、座環(huán)及外圍混凝
土均按實(shí)際尺寸進(jìn)行模擬?；炷梁突鶐r網(wǎng)格見(jiàn)
圖１。
１ 地下廠房結(jié)構(gòu)自振特性與共振校核
1．1 計(jì)算方案
為了研究圍巖各方向約束與強(qiáng)弱對(duì)廠房結(jié)構(gòu)自振
１３ 萬(wàn)方數(shù)據(jù)
水電與新能源２０１８ 年第７ 期
圖1 混凝土和基巖網(wǎng)格
特性的影響，共進(jìn)行７ 種邊界條件的比較分析，詳見(jiàn)
表１。
表1 計(jì)算方案
計(jì)算方案
圍巖單位彈性抗力系數(shù)
／（ＭＰａ· ｃｍ－１ ）
上下游墻
邊界條件
方案一自由邊界
方案二 １２．５ 法向彈簧
方案三 １２．５ 水平兩向彈簧
方案四 １２．５ 三向彈簧
方案五 １２．５ 三向剛性約束
方案六 ２５ 水平兩向彈簧
方案七 ４０ 水平兩向彈簧
1．2 地下廠房結(jié)構(gòu)自振特性
各方案廠房結(jié)構(gòu)前１０ 階自振頻率見(jiàn)表２，前１０
階模態(tài)不詳細(xì)列出。
由計(jì)算結(jié)果可以看出，增加法向彈性約束后，整體
水流向振動(dòng)頻率明顯提高，法向彈性約束對(duì)縱軸線方
向振動(dòng)頻率影響較小。當(dāng)采用彈性約束時(shí)，廠房整體
結(jié)構(gòu)前１０ 階自振頻率范圍基本一致，彈性約束方向的
增加除了影響廠房結(jié)構(gòu)前幾階的整體振動(dòng)模態(tài)和頻率
外，并不能顯著提高廠房局部結(jié)構(gòu)（如樓板、風(fēng)罩、機(jī)
墩等）的自振頻率。當(dāng)采用三向剛性約束時(shí)，各階自
振頻率相對(duì)彈性約束均有明顯提高，廠房整體振動(dòng)模
態(tài)消失。當(dāng)圍巖單位彈性抗力系數(shù)由１２．５ ＭＰａ／ｃｍ
增大至２５ ＭＰａ／ｃｍ 時(shí)，廠房結(jié)構(gòu)前兩階自振頻率明顯
增大，主要原因在于方案三前兩階模態(tài)為廠房整體振
表2 廠房整體結(jié)構(gòu)自振特性分析Ｈｚ
階
次
自振頻率
方案一方案二方案三方案四方案五方案六方案七
１ ９．９２ １１．０９ １６．９７ １７．７０ ２３．９４ １９．７９ ２２．１２ ２ １１．６０ １７．０１ １７．１６ １８．１０ ３０．１６ ２０．６４ ２４．０７ ３ １５．００ １８．７１ ２２．６８ ２３．１７ ３２．４７ ２２．８８ ２４．４４ ４ ２２．５６ ２２．４８ ２５．２０ ２５．５８ ３３．５２ ２５．８３ ２６．６８ ５ ２４．２９ ２５．３４ ２５．７４ ２８．２２ ３４．３３ ２７．７２ ２８．６９ ６ ２５．１３ ２６．６５ ２７．３５ ２８．７７ ３６．４１ ２８．７１ ２９．５０ ７ ２６．４４ ２７．３５ ２８．１１ ２８．８６ ３８．００ ２９．９８ ３０．５８ ８ ２６．９９ ２８．４８ ２８．７１ ２９．７９ ３９．３２ ３０．１６ ３１．４７ ９ ２８．７８ ２９．５２ ２９．７７ ３０．７９ ４３．８１ ３１．１９ ３２．８８ １０ ２９．６８ ３０．０５ ３０．７８ ３２．９１ ４４．５５ ３２．４１ ３４．８６ 動(dòng)，圍巖彈性抗力系數(shù)的提高直接限制了廠房整體振
動(dòng)的強(qiáng)度，同時(shí)也說(shuō)明圍巖彈性抗力系數(shù)對(duì)后續(xù)廠房
局部結(jié)構(gòu)的自振頻率影響不大。當(dāng)圍巖單位彈性抗力
系數(shù)進(jìn)一步增大至４０ ＭＰａ／ｃｍ 時(shí)，廠房整體振動(dòng)第１、
２ 階模態(tài)消失，第１ 階模態(tài)即為發(fā)電機(jī)層樓板和母線
層樓板右側(cè)豎向振動(dòng)，后續(xù)８ 階局部結(jié)構(gòu)自振頻率與
方案三相比較最大增幅為７．５７％。
1．3 強(qiáng)迫振動(dòng)振源與激振頻率
水電站地下廠房?jī)?nèi)部引起結(jié)構(gòu)振動(dòng)的原因復(fù)雜，
其機(jī)理至今尚未完全清楚，引起機(jī)組振動(dòng)的原因主要
有機(jī)械、電磁和水力三個(gè)方面。根據(jù)溧陽(yáng)抽水蓄能電
站實(shí)際情況，列出了１５ 種振源及頻率，見(jiàn)表３。
1．4 廠房整體結(jié)構(gòu)共振校核
根據(jù)引起廠房結(jié)構(gòu)振動(dòng)的各種干擾力激振頻率及
廠房結(jié)構(gòu)自振頻率，按照ＳＬ２６６ －２００１《水電站廠房設(shè)
計(jì)規(guī)范》中有關(guān)結(jié)構(gòu)共振校核的規(guī)定，對(duì)廠房結(jié)構(gòu)是
否發(fā)生共振進(jìn)行校核。校核標(biāo)準(zhǔn)為：結(jié)構(gòu)自振頻率與
強(qiáng)迫振動(dòng)頻率之差與自振頻率之比值應(yīng)大于
２０％ ～３０％。共振校核時(shí)廠房整體自振特性選用１．２
節(jié)中方案三的計(jì)算結(jié)果。共振校核結(jié)果見(jiàn)表４。
由計(jì)算結(jié)果可以看出，尾水管內(nèi)渦帶、機(jī)組額定轉(zhuǎn)
頻以及飛逸轉(zhuǎn)頻與廠房整體結(jié)構(gòu)和局部結(jié)構(gòu)前２０ 階
自振頻率具有足夠的錯(cuò)開(kāi)度，這對(duì)溧陽(yáng)地下廠房結(jié)構(gòu)
抗振非常有利。
１４ 萬(wàn)方數(shù)據(jù)
郭冬云，等：溧陽(yáng)抽水蓄能電站地下廠房結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析２０１８ 年７ 月
表3 廠房結(jié)構(gòu)振源和頻率預(yù)測(cè)
序號(hào)振動(dòng)原因振動(dòng)頻率／Ｈｚ
機(jī)械原因
１ 主軸偏心 ５，７．６７ ２ 轉(zhuǎn)動(dòng)和固定部位碰撞 ５，７．６７ ３ 軸承間隙過(guò)大，主軸過(guò)細(xì) ５，７．６７ ４ 主軸法蘭推力軸承安裝不良、軸曲 ５，７．６７ 電磁原因
５ 定子極頻振動(dòng) ５０，１００ ６ 推力軸承制造不良 ６０ ７ 發(fā)電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子氣隙不對(duì)稱(chēng) ５，７．６７ ８ 不均勻磁拉力 ５、１０、１５、２０ ９ 發(fā)電機(jī)線圈短路 ５ １０ 發(fā)電機(jī)定子鐵芯機(jī)座合縫不嚴(yán) ５０，７５，１００ 水力原因
１１ 尾水管內(nèi)的渦帶擺動(dòng)引起的振動(dòng) １．２５ １２ 蝸殼中水流不均勻引起的振動(dòng) ３５ １３ 卡門(mén)渦引起的振動(dòng) ８０，１１５，１５０ １４ 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片汽蝕引起的振動(dòng) １００，２００，３００ １５ 轉(zhuǎn)輪葉片－導(dǎo)葉水力沖擊引起的振動(dòng) ７００ 廠房整體結(jié)構(gòu)第１ ～７ 階自振頻率與機(jī)組額定轉(zhuǎn)
頻的３ 倍及４ 倍頻率沒(méi)有足夠錯(cuò)開(kāi)度，但激振頻率的
倍頻引起結(jié)構(gòu)共振的概率較小，危險(xiǎn)性一般較低；此外
轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)頻率（３５ Ｈｚ）與廠房整體結(jié)構(gòu)第６ ～１０ 階
自振頻率無(wú)足夠錯(cuò)開(kāi)度，６ ～１０ 階主要為廠房右側(cè)樓
板的振動(dòng)，應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)頻率對(duì)該區(qū)域樓
板振動(dòng)的影響。
表4 廠房整體結(jié)構(gòu)共振校核表
階次
自振頻率
fz ／Ｈｚ
不同激振頻率fj／Ｈｚ 時(shí)的共振校核值
１５ ２０ ３５ １ １６．９７ １２％ １８％ ２ １７．１６ １３％ １７％ ３ ２２．６８ １２％ ４ ２５．２０ ２１％ ５ ２５．７４ ２２％ ６ ２７．３５ ２７％ ２８％ ７ ２８．１１ ２９％ ２４％ ８ ２８．７１ ２２％ ９ ２９．７７ １８％ １０ ３０．７８ １４％ ２ 機(jī)組振動(dòng)荷載作用下廠房結(jié)構(gòu)動(dòng)力
響應(yīng)分析
2．1 計(jì)算工況
本節(jié)研究重點(diǎn)是機(jī)墩、風(fēng)罩及樓板等結(jié)構(gòu)在機(jī)組
振動(dòng)荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)。機(jī)組振動(dòng)荷載是通過(guò)定
子基礎(chǔ)、下機(jī)架基礎(chǔ)和上機(jī)架傳遞的軸向力、徑向力和
切向力。假定各振動(dòng)荷載均是簡(jiǎn)諧荷載，荷載頻率取
機(jī)組額定轉(zhuǎn)速時(shí)的頻率５ Ｈｚ，各振動(dòng)荷載相位相同，
即各振動(dòng)荷載同時(shí)達(dá)到幅值，這也是最不利的荷載組
合。各工況下荷載幅值見(jiàn)表５。
表5 機(jī)組設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值ｋＮ
計(jì)算工況
定子基礎(chǔ)
軸向徑向切向
下機(jī)架基礎(chǔ)
軸向徑向切向
上機(jī)架基礎(chǔ)
徑向切向
額定運(yùn)行 ３８０ １５０ ２１３ １ ０７９ １１３ ５６ １４ ２ 滿(mǎn)載短路 ３８０ ４４７ ５２９ １ ０７９ １１３ ５６ １４ ２ 半數(shù)磁極短路 ３８０ ８８１ ８０９ １ ０７９ ６２４ ３１２ ２８４ ４７ 誤同期 ３８０ １ ４６３ １ ５６０ １ ０７９ １１３ ５６ １４ ２ 2．2 振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)
除相關(guān)規(guī)范對(duì)機(jī)墩強(qiáng)迫振動(dòng)的振幅有所規(guī)定外，
大連理工大學(xué)馬震岳教授等對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)的建筑物、
機(jī)械設(shè)備、儀器儀表和人體保健等方面的振動(dòng)控制標(biāo)
準(zhǔn)進(jìn)行了詳細(xì)論證，并提出了廠房振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)建議
值，見(jiàn)表６。
2．3 結(jié)果分析
根據(jù)計(jì)算結(jié)果，整理了各工況下機(jī)架基礎(chǔ)截面、定
子基礎(chǔ)截面、風(fēng)罩、發(fā)電機(jī)層樓板及母線層樓板等部位
各方向最大位移、速度及加速度分別見(jiàn)表７、表８ 和
１５ 萬(wàn)方數(shù)據(jù)
水電與新能源２０１８ 年第７ 期
表９。
表6 水電站主廠房振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)建議值
結(jié)構(gòu)構(gòu)件
振動(dòng)位移
／ｍｍ
振動(dòng)速度／（ｍｍ· ｓ－１ ）
豎向水平
加速度／（ｍ· ｓ－２ ）
豎向水平
樓板
作為建筑結(jié)構(gòu) ０．２ ５ ～１０ １ ～１０ 人體健康評(píng)價(jià) ０．２ ３．２ ６．４ ０．２５（１．００） ０．７１（２．８６） ０．４２（１．６８） １．１３（４．４４） 實(shí)體墻、風(fēng)罩 ０．２ １０ １ ～１０ 機(jī)墩、蝸殼混凝土 ０．２ ５ ～１０ １ ～１０ 注：表中人體健康評(píng)價(jià)加速度標(biāo)準(zhǔn)中，上面的數(shù)字表示連續(xù)工作且持續(xù)受振８ ｈ，下面的數(shù)字表示連續(xù)工作且持續(xù)受振４ ｈ，括號(hào)外
為頻率２０ Ｈｚ 對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，括號(hào)內(nèi)為８０ Ｈｚ 對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。
表7 典型部位動(dòng)位移ｍｍ
結(jié)構(gòu)位置方向
工況
額定工況滿(mǎn)載短路半數(shù)磁極短路誤同期
下機(jī)架基礎(chǔ)
水平向 ０．０１０ ０．０１２ ０．０３２ ０．０２８ 豎向 ０．０７１ ０．０６７ ０．０５４ ０．０５３ 定子基礎(chǔ)
水平向 ０．０１４ ０．０２１ ０．０４３ ０．０７０ 豎向 ０．０５０ ０．０４６ ０．０４２ ０．０４２ 風(fēng)罩
水平向 ０．００６ ０．０１１ ０．０４３ ０．０２４ 豎向 ０．０３４ ０．０３６ ０．０３６ ０．０４４ 發(fā)電機(jī)層樓板
水流向 ０．００７ ０．０１３ ０．０３４ ０．０３１ 縱軸向 ０．００６ ０．０１０ ０．０４１ ０．０２４ 豎向 ０．０３４ ０．０３６ ０．０５９ ０．０４２ 母線層樓板
水流向 ０．０１１ ０．０１７ ０．０２８ ０．０４０ 縱軸向 ０．０１０ ０．０１２ ０．０２５ ０．０３７ 豎向 ０．０３５ ０．０３７ ０．０４０ ０．０４３ 由計(jì)算結(jié)果可以看出，各工況下機(jī)墩結(jié)構(gòu)振幅均
能夠滿(mǎn)足規(guī)范要求，發(fā)電機(jī)層樓板和母線層樓板水平
振幅和豎向振幅也都能夠滿(mǎn)足表６ 的建議限值。機(jī)墩
風(fēng)罩結(jié)構(gòu)最大振動(dòng)速度和加速度均小于表６ 的建議限
制。從廠房振動(dòng)強(qiáng)度的角度評(píng)價(jià)，溧陽(yáng)地下廠房設(shè)計(jì)
上是合理的，能夠滿(mǎn)足抗振要求。
３ 脈動(dòng)壓力作用下廠房結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析
3．1 計(jì)算工況
計(jì)算分三種工況進(jìn)行：２２７ ｍ 水頭水輪機(jī)部分負(fù)
荷運(yùn)行（出力２００ ＭＷ）；２５９ ｍ 水頭水輪機(jī)額定負(fù)荷
運(yùn)行（出力２５０ ＭＷ）；２９０ ｍ 水頭水輪機(jī)額定負(fù)荷運(yùn)
行（出力２５０ ＭＷ），詳見(jiàn)表１０。
3．2 計(jì)算結(jié)果分析
本節(jié)對(duì)廠房混凝土結(jié)構(gòu)的動(dòng)位移（振幅）、速度、
加速度進(jìn)行了整理。各典型部位的動(dòng)位移、速度、加速
度列于表１１。
由計(jì)算結(jié)果可以看出，三個(gè)工況下結(jié)構(gòu)的豎向振
幅大于水平振幅。在低水頭部分負(fù)荷運(yùn)行情況下，由
于水輪機(jī)流道內(nèi)水流脈動(dòng)壓力相對(duì)較大，引起的廠房
結(jié)構(gòu)動(dòng)位移、速度、加速度以及動(dòng)應(yīng)力均相對(duì)較大。在
２２７ ｍ 水頭部分負(fù)荷運(yùn)行工況下樓板振幅相對(duì)較大，
但仍遠(yuǎn)小于控制標(biāo)準(zhǔn)０．２ ｍｍ。２２７ ｍ 水頭工況下樓
板豎向振動(dòng)加速度超過(guò)了人體健康控制標(biāo)準(zhǔn)，需要引
起重視，其余兩個(gè)工況能夠滿(mǎn)足要求。脈動(dòng)壓力作用
下廠房整體動(dòng)應(yīng)力水平低，對(duì)混凝土強(qiáng)度未構(gòu)成影響。
１６ 萬(wàn)方數(shù)據(jù)
郭冬云，等：溧陽(yáng)抽水蓄能電站地下廠房結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析２０１８ 年７ 月
表8 典型部位均方根速度ｍｍ／ｓ
結(jié)構(gòu)位置方向
工況
額定工況滿(mǎn)載短路半數(shù)磁極短路誤同期
下機(jī)架基礎(chǔ)
水平向 ０．２２２ ０．２６６ ０．７１０ ０．６２２ 豎向 １．５７６ １．４８７ １．１９９ １．１７７ 定子基礎(chǔ)
水平向 ０．３１１ ０．４６６ ０．９５５ １．５５４ 豎向 １．１１０ １．０２１ ０．９３２ ０．９３２ 風(fēng)罩
水平向 ０．１３３ ０．２４４ ０．９５５ ０．５３３ 豎向 ０．７５５ ０．７９９ ０．７９９ ０．９７７ 發(fā)電機(jī)層樓板
水流向 ０．１５５ ０．２８９ ０．７５５ ０．６８８ 縱軸向 ０．１３３ ０．２２２ ０．９１０ ０．５３３ 豎向 ０．７５５ ０．７９９ １．３１０ ０．９３２ 母線層樓板
水流向 ０．２４４ ０．３７７ ０．６２２ ０．８８８ 縱軸向 ０．２２２ ０．２６６ ０．５５５ ０．８２１ 豎向 ０．７７７ ０．８２１ ０．８８８ ０．９５５ 表9 典型部位均方根加速度ｍｍ／ｓ２
結(jié)構(gòu)位置方向
工況
額定工況滿(mǎn)載短路半數(shù)磁極短路誤同期
下機(jī)架基礎(chǔ)
水平向 ６．９７１ ８．３６５ ２２．３０６ １９．５１８ 豎向 ４９．４９２ ４６．７０４ ３７．６４２ ３６．９４５ 定子基礎(chǔ)
水平向 ９．７５９ １４．６３９ ２９．９７４ ４８．７９５ 豎向 ３４．８５４ ３２．０６５ ２９．２７７ ２９．２７７ 風(fēng)罩
水平向 ４．１８２ ７．６６８ ２９．９７４ １６．７３０ 豎向 ２３．７０１ ２５．０９５ ２５．０９５ ３０．６７１ 發(fā)電機(jī)層樓板
水流向 ４．８８０ ９．０６２ ２３．７０１ ２１．６０９ 縱軸向 ４．１８２ ６．９７１ ２８．５８０ １６．７３０ 豎向 ２３．７０１ ２５．０９５ ４１．１２７ ２９．２７７ 母線層樓板
水流向 ７．６６８ １１．８５０ １９．５１８ ２７．８８３ 縱軸向 ６．９７１ ８．３６５ １７．４２７ ２５．７９２ 豎向 ２４．３９８ ２５．７９２ ２７．８８３ ２９．９７４ 表10 各計(jì)算工況下荷載頻率及幅值表
工況水頭蝸殼
轉(zhuǎn)輪導(dǎo)葉
之間＋Ｙ
轉(zhuǎn)輪導(dǎo)葉
之間－Ｙ
０．４Ｄ２ 錐 管上游
０．４Ｄ２ 錐
管下游
１．０Ｄ２ 錐 管上游
１．０Ｄ２ 錐 管下游
肘管
外側(cè)
肘管
內(nèi)側(cè)
工況一２２７ ｍ 頻率／Ｈｚ １０５ ７０ ７０ ３５ ３５ ３５ ３５ ３５ ３５ 幅值／％ ４ １２ ４．５ ４ ２ ３ ５ ５ ２ 工況二２５９ ｍ 頻率／Ｈｚ ３５ ３５ ３５ ３５ ３５ ３５ ３５ ３５ ３５ 幅值／％ １．５ ２．２ ２．２ １ １ １ １ １ １ 工況三２９０ ｍ 頻率／Ｈｚ １０５ ３５ ３５ ３５ ３５ ３５ ３５ ３５ ３５ 幅值／％ １ ４．５ ４．５ １ １ １ １ １ １ １７ 萬(wàn)方數(shù)據(jù)
水電與新能源２０１８ 年第７ 期
表11 廠房結(jié)構(gòu)各部位最大響應(yīng)
位置方向
工況一
位移
／ｍｍ
加速度
／（ｍｍ· ｓ－２ ）
應(yīng)力
／ＭＰａ
工況二
位移
／ｍｍ
加速度
／（ｍｍ· ｓ－２ ）
應(yīng)力
／ＭＰａ
工況三
位移
／ｍｍ
加速度
／（ｍｍ· ｓ－２ ）
應(yīng)力
／ＭＰａ
發(fā)電機(jī)
層樓板
水流向 ０．００９ ６ ２．７３２ ０．０８２ ０．００３ ４ １．１４８ ０．０３１ ０．００２ ８ ０．８７７ ０．０２６ 縱軸向 ０．０１２ ７ ２．１００ ０．１０２ ０．００３ ５ ０．８１３ ０．０３１ ０．００３ ２ ０．６４１ ０．０２６ 豎向 ０．０１９ ４ ４．２４３ ０．１０３ ０．００５ ３ １．７５６ ０．０４１ ０．００４ ７ １．３８２ ０．０３３ 母線層
樓板
水流向 ０．００５ ８ １．７５０ ０．０９４ ０．００２ ０ ０．７３０ ０．０４０ ０．００１ ７ ０．５５４ ０．０３０ 縱軸向 ０．００８ ２ ３．２０４ ０．０９４ ０．００３ ２ １．３４６ ０．０３８ ０．００２ ６ １．０３０ ０．０３０ 豎向 ０．０１４ １ ４．８５４ ０．１１２ ０．００５ １ ２．０６９ ０．０３８ ０．００３ ９ １．５３３ ０．０３１ 機(jī)墩
水平向 ０．００４ ５ １．２９０ ０．０４２ ０．００１ ５ ０．５３５ ０．０１８ ０．００１ ３ ０．４０８ ０．０１４ 豎向 ０．００４ ７ １．４８９ ０．０５６ ０．００１ ６ ０．６０５ ０．０２０ ０．００１ ３ ０．４７２ ０．０１６ 風(fēng)罩
水平向 ０．００９ ８ １．５３５ ０．０７３ ０．００２ ６ ０．５７８ ０．０２０ ０．００２ ４ ０．４６２ ０．０２０ 豎向 ０．０１３ ７ ３．９６９ ０．１４０ ０．００４ ５ １．６１９ ０．０５５ ０．００３ ７ １．２４６ ０．０４３ ４ 結(jié) 語(yǔ)
溧陽(yáng)地下廠房上下游墻邊界條件采用彈性約束是
合適的，且有必要考慮水平切向彈性約束對(duì)廠房結(jié)構(gòu)
模態(tài)的影響。尾水管內(nèi)渦帶、機(jī)組額定轉(zhuǎn)頻以及飛逸
轉(zhuǎn)頻與溧陽(yáng)地下廠房整體結(jié)構(gòu)和局部結(jié)構(gòu)前２０ 階自
振頻率具有足夠的錯(cuò)開(kāi)度，這對(duì)溧陽(yáng)地下廠房結(jié)構(gòu)抗
振是非常有利的。額定運(yùn)行工況、滿(mǎn)載短路工況、半數(shù)
磁極短路工況及誤同期工況下，機(jī)墩結(jié)構(gòu)振幅均能夠
滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定，各工況下廠房結(jié)構(gòu)各典型部位振幅、速
度、加速度均能滿(mǎn)足長(zhǎng)期或短期組合控制標(biāo)準(zhǔn)。半數(shù)
磁極短路和誤同期工況機(jī)墩第一主應(yīng)力較大，可能會(huì)
使機(jī)墩結(jié)構(gòu)出現(xiàn)局部損傷，因此應(yīng)該盡量避免機(jī)組進(jìn)
入事故工況。從廠房振動(dòng)強(qiáng)度的角度評(píng)價(jià)，溧陽(yáng)地下
廠房設(shè)計(jì)上較合理。在２２７ ｍ 水頭部分出力、２５９ ｍ
水頭以及２９０ ｍ 水頭額定出力三個(gè)工況下，振動(dòng)強(qiáng)度
能夠滿(mǎn)足建筑結(jié)構(gòu)控制標(biāo)準(zhǔn)，僅２２７ ｍ 水頭工況樓板
豎向振動(dòng)速度和加速度超過(guò)了人體健康控制標(biāo)準(zhǔn)。相
比較而言，在低水頭部分負(fù)荷運(yùn)行情況下，廠房結(jié)構(gòu)動(dòng)
位移、速度、加速度以及動(dòng)應(yīng)力均相對(duì)較大，而在高水
頭額定負(fù)荷運(yùn)行情況下，廠房結(jié)構(gòu)動(dòng)位移、速度、加速
度以及動(dòng)應(yīng)力均相對(duì)較小，對(duì)廠房結(jié)構(gòu)抗振更為有利。
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