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设垫层的蜗壳结构动力特性研究

魏燕  
【摘要】: 随着垫层蜗壳被越来越多应用于国内外各个大中型水电站中,设有垫层的蜗壳结构的动力特性越来越被人们所重视。在设垫层的蜗壳结构中,由于钢板与混凝土间有软垫层的存在,使混凝土对钢蜗壳的约束作用降低,可能会导致对机组运行稳定性的不利影响,这是选择垫层蜗壳的重大疑问之一,过去国内虽然对垫层蜗壳做过大量的研究,但缺少对其动力特性的分析。因此对设垫层的蜗壳结构的动力特性研究成为水电工程中迫切需要研究解决的关键课题。 本文利用二维有限元计算分析了特定的蜗壳结构在外力激励下的动力响应问题,以及在没有外力激励下蜗壳结构本身固有的动力特性等问题。另外,在对设垫层的蜗壳结构自振特性分析的基础上,还对机组振源进行分析,并进行蜗壳结构的共振校核。 以某工程为例改变垫层情况和蜗壳结构形式分别对设垫层的蜗壳结构的自振特性进行计算分析。选用不同垫层的材料的与采用不同垫层铺设的范围的计算结果表明,蜗壳结构的自振频率会随着垫层材料的弹性模量的增大而变大,但当垫层的材料的弹性模量大于3.5MPa时,垫层材料的改变对蜗壳结构的第2到6阶的自振频率影响不大。蜗壳结构在铺设相同垫层材料而用不同垫层铺设范围的情况下,蜗壳结构的自振频率会随着垫层的铺设范围的增大而减小;改变钢蜗壳外围混凝土的浇筑厚度与钢蜗壳直径的计算结果表明,加厚了钢蜗壳外围混凝土的厚度,增大了蜗壳结构的刚度,使得蜗壳结构自振频率的会随着钢蜗壳外围混凝土的浇筑厚度的加厚而变大,而当钢蜗壳外都采用同样的混凝土浇厚度时,蜗壳结构的自振频率会随着钢蜗壳直径的变小而增大。


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