抽水蓄能电站地下厂房围岩约束及结构振动特性分析

为了掌握抽水蓄能电站地下厂房结构围岩约束条件、振动特性及评价标准,采用电测法对国内某大型抽水蓄能电站地下厂房结构的模态和动力响应进行了有限元计算及现场振动测试与分析。根据上下游边墙与围岩之间不同的约束条件,建立了4种有限元模型。通过有限元模态计算结果与现场模态测试结果对比分析发现:抽水蓄能电站地下厂房结构进行有限元模态计算时,比较合理的计算条件为厂房边墙边界节点与围岩法向接触,法向共同变形,切向不约束;围岩变形模量按Ⅲ类围岩选取,取变形模量为10GPa,泊松比为0.25;混凝土弹性模量应按动弹性模量计算。通过地下厂房结构的动力响应测试发现:出现位移最大值的工况主要为发电开机或发电停机工况,说明发电开机和发电停机工况是抽水蓄能电站正常运行时地下厂房结构振动最不利工况,该电站发电开机和发电停机工况引起的振动对地下厂房围岩稳定并无影响,地下厂房围岩处于安全状态;厂房结构振动响应的频率主要是0.5、0.75、8.25 Hz等低频成分,这些低频分量可能是尾水管或蜗壳内水流脉动压力及机组基本转频或其倍频的频率成分,说明抽水蓄能电站地下厂房结构的振动响应主要是由水流脉动和机组转频所引起。通过对地下厂房结构进行安全评估分析,建议以0.2 mm和0.8 mm分别为抽水蓄能电站正常运行时地下厂房楼板在稳态工况和瞬态工况下的振动控制评价标准,该电站地下厂房结构的抗振性能基本满足安全要求。上述模态和动力响应的有限元计算及现场振动测试与分析结果,弥补了国内抽水蓄能电站地下厂房结构基于现场振动测试研究的不足,为抽水蓄能电站地下厂房结构抗振设计及振动安全评价提供了参考依据。

Analyses of restraint of surrounding rock and structural vibration characteristics of underground powerhouse for pumped storage power station