漫湾厂房泄流振动响应分析

漫湾水电站是我国继乌江渡水电站之后又一座采用挑越式厂房厂坝联合泄洪布置型式的大型水电站，位于澜沧江中游河段，为单一发电工程。水库总库容9.2亿m3，具有月调节性能，电站装机容量150万k W。工程由混凝土重力坝、厂房及泄洪洞组成，大坝全长418m，最大坝高132m，厂房位于河床中部坝后。水电站的泄洪建筑物由5个厂前大差动表孔、左岸泄洪洞、左岸双泄洪中孔、左岸冲沙洞、右岸泄洪洞、右岸冲沙洞和坝后水垫塘组成。按1000年一遇洪水设计，5000年一遇洪水校核，最大下泄流量为22300m3/s。由于要求漫湾水电站第一台机组于1993年6月30日发电，此时溢流坝闸门尚未安装，如遇洪水，溢流坝呈无控制的自由溢流状态，这比运行设计的开门、关门水流冲击厂顶的时间可能会更长，厂房顶受到水舌的长时间冲击是否会造成振动破坏至关重要。为此，对漫湾水电站厂房进行了溢流坝在无闸门控制泄洪条件下流激振动的水弹性模拟实验研究[18]。实验采用比尺为1∶75的局部模型，如图11.41所示，选取2个溢流表孔，中间一个整闸墩，两侧分别为两个闸墩，一个机组段对应两个1/2表孔（挑角分别为35°、25°）和一个闸墩，宽度26m，厂房跨度25m，顶拱厚度4.0m，厂房地基模拟深度为0.5倍厂房高度。

1.厂房的流激振动水弹性模型实验研究

图11.41　漫湾水电站水弹性模型试验图

在溢流坝无闸门控制自由泄流条件下，库水位为977.12m时厂房顶受到冲击动荷载为最大。因此，把库水位977.12m作为厂房振动响应测试工况，测点布置如图11.42所示。

泄洪诱发水工结构各测点的动位移均方根见表11.4。从表11.4可以看到厂房系统在自由溢流工况下的振动位移均方根值很小，垂直方向为24.15μm，水平方向为17.03μm，不至于对厂房产生危害性影响。图11.43为典型的厂房振动位移功率谱图，可以看出厂房的振动频率都在20Hz以下，低于厂房的自振频率。这说明厂房在水舌冲击下所产生的振动是在水流脉动荷载作用下产生的强迫振动。由于水流脉动荷载的频率与厂房结构自振频率相差3倍以下，没有产生共振现象。

表11.4　厂房各测点的动位移均方根值　单位：μm(www.xing528.com)

图11.42　厂房振动测点的布置

图11.43　典型的厂房振动位移功率谱

2.原型观测成果

1993年8月4日漫湾水电站在库水位上升过程中，厂房顶受到了历时5小时溢流水舌冲击。9月19日在库水位下降过程中，厂房顶又受到历时8小时全坝过水冲击，总流量在500～1100m3/s之间。昆明勘测设计院在此期间对漫湾电站厂房进行了原型泄流振动观测，取得了宝贵资料。原型观测到的厂房最大振动位移均方根值垂直方向为10μm，水平方向为13μm，模型测得的位移接近。观测中发现，人在厂房顶拱内感觉不到水舌冲击影响以及由此产生的振动，说明振动量级很小，汛后的调查也未发现厂房顶空化空蚀和开裂现象，厂房是安全的。也表明采用水弹性模型模拟电站厂房的泄流振动研究是成功的，它较为直观地反映了原型的实际情况。