考慮流固耦合與上部結(jié)構(gòu)影響的半地下廠房地震響應(yīng)模擬

馬曼曼 馬丹丹 梁成彥

(1.河南省水利勘察設(shè)計(jì)有限公司,鄭州 450000;2.中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司,天津 301700;3.華北水利水電學(xué)院水利工程學(xué)院,鄭州 450011)

1 工程概況

根據(jù)發(fā)電機(jī)組尺寸及輔助設(shè)備布置要求,主廠房長(zhǎng)58.60m,寬19.00m、高48.40m.機(jī)組間距12.20 m,底板開(kāi)挖高程為472.70 m,地下水位高程為495 m,屋頂高程521.10m.主廠房分4層布置,分別為尾水管層(高程為474.20 m)、蝸殼層(高程為477.65 m)、水輪機(jī)層(高程為483.75m)和發(fā)電機(jī)層(高程為490.76m).機(jī)組安裝高程為481.10m.廠房采用后澆帶設(shè)計(jì)方案,即在板、墻、梁相應(yīng)位置留設(shè)臨時(shí)施工縫,若干時(shí)間后再澆注該施工縫混凝土,澆筑完成之后廠房成為一個(gè)整體結(jié)構(gòu),形成了超過(guò)50 m的大跨度廠房,比較少見(jiàn).

2 有限元模型與計(jì)算方法

2.1 計(jì)算模型與材料屬性

主機(jī)間分發(fā)電機(jī)層、水輪機(jī)層、蝸殼層、尾水管層,模型按照結(jié)構(gòu)實(shí)際尺寸模擬了蝸殼、墊層、座環(huán)、導(dǎo)葉、蝸殼外圍混凝土、尾水管及外圍混凝土、機(jī)墩、風(fēng)罩及各層樓板、集水井、廠房邊墻以及吊物孔.根據(jù)地形條件地基向上游延伸1倍廠房寬度,向下游延伸1.5倍廠房寬度,地基深度60 m,混凝土結(jié)構(gòu),蝸殼,座環(huán)全部采用三維實(shí)體單元SOLID45模擬,運(yùn)用質(zhì)量單元模擬各種機(jī)電設(shè)備及其附屬設(shè)備,導(dǎo)葉采用殼單元模擬,屋面梁采用BEAM189單元模擬,水體則采用FLUID30單元模擬.梁和排架柱接觸部位僅約束平動(dòng)自由度,從而實(shí)現(xiàn)屋面梁與排架柱之間的半剛接半鉸接約束.

計(jì)算模型考慮了地基圍巖參震,但圍巖與廠房結(jié)構(gòu)又不是剛性連接,因此僅耦合了基巖與廠房邊界接觸面的……