1、隨著我國水利水電事業(yè)的蓬勃發(fā)展，水電站的規(guī)模越來越大，重要性愈益突出，結(jié)構(gòu)的安全問題也越來越受重視。影響水電站廠房的安全因素主要包括兩個方面：一是機(jī)組和廠房振動的影響。這是因?yàn)殡S著廠房尺寸和單機(jī)容量的不斷增大，結(jié)構(gòu)剛度相對較低，在機(jī)械力、電磁力和水力等振動荷載作用下，廠房的振動問題可能會更加明顯；二是地震的影響。由于我國最近建設(shè)和規(guī)劃的大型水電站大部分地處西南、西北地區(qū)，屬于強(qiáng)震高發(fā)地帶，一旦強(qiáng)震發(fā)生，可能會對水電站廠房造成巨大危害，影
2、響機(jī)組的正常運(yùn)行及結(jié)構(gòu)安全。因此，研究復(fù)雜環(huán)境條件下大型廠房的動力特性和抗震性能就顯得很有必要而有現(xiàn)實(shí)意義。本文結(jié)合在建的小灣水電站，對大型地下廠房的固有振動特性進(jìn)行了針對性研究，并且在地下廠房的地震反應(yīng)分析方面進(jìn)行了初步探討。具體而言，主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面： 1．采用ANSYS軟件建立能夠合理反映小灣廠房結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的有限元分析模型。依據(jù)實(shí)際尺寸和形狀對廠房的主要結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行了全三維模擬，并通過建立若干不同的簡化模型對
3、圍巖的影響進(jìn)行了探討。 2．鑒于水電站廠房內(nèi)主機(jī)層以上的樓板是振動的薄弱構(gòu)件，論文著重考察了如下兩個因素對廠房結(jié)構(gòu)自振特性的影響：廠房的邊界條件和樓板厚度的變化。結(jié)果表明，廠房的自振頻率和振型受邊界約束條件的影響較大。圍巖對廠房結(jié)構(gòu)的約束作用越強(qiáng)，樓板的振動頻率就越高，也就越遠(yuǎn)離機(jī)組振源和地震主要激勵頻率，從而對抗振/震越有利。另外，為了增強(qiáng)樓板的豎向振動剛度，僅提高樓板厚度不是一個有效的途徑。建議充分利用圍巖，通過錨噴混凝土增
4、強(qiáng)結(jié)構(gòu)與圍巖的連接；或者設(shè)置邊墻，樓板與邊墻采用整體澆筑方案。 3．結(jié)合小灣廠房可能面臨的主要振/震源頻率特性分析，對廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行了共振復(fù)核。結(jié)果表明，若無其他不可預(yù)見的振源出現(xiàn)，將不會發(fā)生結(jié)構(gòu)的顯著共振。 4．采用地震譜法進(jìn)行了地下廠房的抗震分析。不考慮結(jié)構(gòu)與圍巖的動態(tài)相互作用，圍巖的影響通過施加在結(jié)構(gòu)邊界上的靜力彈簧來考慮。首先研究了地震單獨(dú)作用下地下廠房的地震反應(yīng)特性，然后又考察了正常運(yùn)行時(shí)機(jī)組振動荷載和地震聯(lián)合作
5、用下廠房主要構(gòu)件的地震反應(yīng)特性。據(jù)此，對小灣廠房的抗震安全性能進(jìn)行了粗略、初步的評價(jià)。結(jié)果表明，相對于機(jī)組其他荷載，地震作用效應(yīng)較小，地震工況不成為控制工況，廠房結(jié)構(gòu)經(jīng)過適當(dāng)配筋后是安全的。另外，也討論了廠房的邊界條件、樓板上面的附著設(shè)備質(zhì)量和流道內(nèi)的水體附加質(zhì)量對廠房地震反應(yīng)特性的影響。 5．采用時(shí)間歷程分析方法，考慮結(jié)構(gòu)-圍巖的動力相互作用，計(jì)入地基質(zhì)量和輻射阻尼的影響，重點(diǎn)研究了蝸殼層以上結(jié)構(gòu)在三向地震同時(shí)作用下隨時(shí)間的動
6、力反應(yīng)幅值及頻譜特性。結(jié)果表明，對于發(fā)電機(jī)層和母線層的樓板，其地震反應(yīng)仍以豎向振動為主，對于風(fēng)罩，以機(jī)組段縱向?yàn)橹鳌０l(fā)電機(jī)層和母線層的樓板響應(yīng)主頻基本落在地震波主頻帶范圍內(nèi)，所以地震反應(yīng)較大，且發(fā)電機(jī)層樓板的地震反應(yīng)較母線層樓板大：而風(fēng)罩因其剛度較大，自振頻率較高，受地震作用影響較小，所以地震反應(yīng)較小。因此，建議在廠房設(shè)計(jì)中，建議加強(qiáng)樓板薄弱部位的豎向剛度。這與前面的結(jié)論是一致的。 6．最后，對目前地下廠房的動力反應(yīng)分析中所存在
