周艷國，何 濤，何 直，宋一樂

（1.武漢大學(xué)振動研究所，湖北省武漢市 430072；2.南方電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰公司，廣東省廣州市 510950；3.武漢大學(xué)土建學(xué)院，湖北省武漢市 430072）

廣州抽水蓄能電站A廠廠房結(jié)構(gòu)動力特性試驗研究

周艷國1，3，何 濤2，何 直2，宋一樂1，3

（1.武漢大學(xué)振動研究所，湖北省武漢市 430072；2.南方電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰公司，廣東省廣州市 510950；3.武漢大學(xué)土建學(xué)院，湖北省武漢市 430072）

抽水蓄能電站地下廠房抗振設(shè)計一直都是難點，使得許多地下廠房結(jié)構(gòu)運行數(shù)年后出現(xiàn)不同程度的損傷，影響了電站的正常運行。進行結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗研究可以獲得廠房結(jié)構(gòu)的動力特性，并指導(dǎo)廠房結(jié)構(gòu)的抗振設(shè)計。通過對板梁柱框架廠房結(jié)構(gòu)和厚板廠房結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場模態(tài)試驗，獲得了它們的頻率和振型，為合理的廠房抗振結(jié)構(gòu)型式提供了科學(xué)依據(jù)。

廠房抗振設(shè)計；厚板結(jié)構(gòu)；模態(tài)試驗；結(jié)構(gòu)動力特性

1 概述

受科學(xué)技術(shù)水平的限制以及認(rèn)識水平的制約，不論在理論上還是在實踐中，超大型電站地下廠房的抗振設(shè)計是一個難點。我國《水電站廠房設(shè)計規(guī)范》（SL 266—2001）僅對機組的機墩防“共振”提出一定的限制，而對廠房結(jié)構(gòu)抗振設(shè)計提不出更具體的要求。從技術(shù)層面上說，地下廠房結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性使得廠房結(jié)構(gòu)抗振設(shè)計規(guī)范也沒有科學(xué)的范本，設(shè)計人員無法參照規(guī)范或利用合理的理論計算的手段獲得理想的抗振結(jié)構(gòu)體系，也沒有合理的結(jié)構(gòu)抗振設(shè)計允許值，抗振設(shè)計的措施僅僅是在靜力荷載的基礎(chǔ)上增加1.2倍的動力放大系數(shù)，因此廠房結(jié)構(gòu)的抗振設(shè)計，只能利用有限的或傳統(tǒng)的設(shè)計方法開展。早期建造的抽水蓄能電站一般采用傳統(tǒng)的板梁柱框架結(jié)構(gòu)，隨著時間的推移，在水力機組復(fù)雜動力荷載的交變作用下，這些廠房結(jié)構(gòu)抗振缺陷逐漸暴露出來，部分構(gòu)件出現(xiàn)各種裂紋或裂縫，并有繼續(xù)發(fā)展的趨勢，給機組正常運行留下安全隱患。意識到傳統(tǒng)抗振設(shè)計方法中的問題，現(xiàn)代蓄能電站地下廠房抗振設(shè)計大多采用厚板結(jié)構(gòu)，即增加地下廠房各層樓板的厚度，從目前運行情況看，厚板結(jié)構(gòu)廠房的抗振能力明顯優(yōu)于普通框架結(jié)構(gòu)。另外，機組的土建結(jié)構(gòu)最佳布置形式也是地下廠房抗振設(shè)計中的一個問題，通常采用一機一縫或兩機一縫。一機一縫結(jié)構(gòu)廠房的土建結(jié)構(gòu)（包括機墩、框架等）兩側(cè)設(shè)置20mm的冷縫，單獨形成一臺機組結(jié)構(gòu)工作體系；兩機一縫結(jié)構(gòu)在兩臺機組兩側(cè)設(shè)置冷縫，兩臺機組的土建結(jié)構(gòu)形成一個結(jié)構(gòu)工作體系。兩種體系的廠房結(jié)構(gòu)形式哪一種的抗振性能更好，也是業(yè)內(nèi)爭論的話題。為了解釋上述各種疑慮，利用現(xiàn)場模態(tài)試驗的方法測試了兩種不同類型地下廠房結(jié)構(gòu)形式的動力特性。某電站設(shè)有A廠房和B廠房[1]，A、B廠房之間距離僅為200m。A廠房采用了兩機一縫布局，結(jié)構(gòu)形式為板、梁、柱框架結(jié)構(gòu)，簡稱A廠房；B廠房采用一機一縫布局結(jié)構(gòu)，各層樓板改用60cm以上的厚板，簡稱B廠房。通過現(xiàn)場實測這兩種不同形式地下廠房結(jié)構(gòu)的動力特性，獲得了它們實際情況下的基本自振頻率和對應(yīng)振型等，以此評價不同結(jié)構(gòu)形式地下廠房的抗振性能，為大型地下廠房結(jié)構(gòu)的抗振設(shè)計選型和電站的后期運行管理提供科學(xué)依據(jù)。

2 提出問題

抽水蓄能電站的特點是高水頭、高轉(zhuǎn)速、機組頻繁雙向啟動或關(guān)閉運行，這使得蓄能電站廠房結(jié)構(gòu)的振動問題十分突出。然而受傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計思想支配，早期的蓄能電站地下廠房一般都沿用普通廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計思想，采用以機組機墩為核心的板、梁、柱框架結(jié)構(gòu)形式，其中板的厚度一般取30～40mm。為了機組檢修，在每層樓板都布置有機組轉(zhuǎn)輪拆裝孔與球閥檢修孔，電站A廠房即采用這種結(jié)構(gòu)形式。隨著時間的推移，在水電站水力、機械和電磁動力荷載的反復(fù)作用下，這類廠房結(jié)構(gòu)已經(jīng)開始出現(xiàn)疲勞損傷或損壞，特別是在樓板孔口處，廠房的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)了不同程度的裂紋或是甚至肉眼可見的裂縫，根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果[2]，這些損傷還有發(fā)展的趨勢[3]，廠房結(jié)構(gòu)的損傷給電站的繼續(xù)運行留下安全隱患。隨著抽水蓄能電站建設(shè)的蓬勃發(fā)展，厚板結(jié)構(gòu)形式在蓄能電站以及其他水力發(fā)電廠廣泛使用，B廠房采用的就是這種結(jié)構(gòu)形式，從外表看，B廠房結(jié)構(gòu)布置與A廠房結(jié)構(gòu)基本相同，主要差異是增加了廠房各層樓板的厚度，梁也相應(yīng)減少或改為暗梁形式，根據(jù)目前情況看，B廠房運行至今混凝土結(jié)構(gòu)基本完好，構(gòu)件沒有明顯的損傷，顯然增加廠房樓板厚度對改善廠房結(jié)構(gòu)的抗振能力有較大幫助[4]。為了比較普通廠房框架結(jié)構(gòu)與厚板結(jié)構(gòu)的抗振性能，同時對損傷廠房結(jié)構(gòu)進行診斷和分析，以及鑒別其損傷程度并進行相應(yīng)的修復(fù)，采用現(xiàn)場模態(tài)試驗技術(shù)測量了兩種廠房結(jié)構(gòu)的動力特性，獲得了它們前五階頻率和對應(yīng)的振型特征，利用理論與試驗相結(jié)合的方法，闡述了厚板結(jié)構(gòu)在蓄能電站廠房抗振設(shè)計中的優(yōu)越性。

3 試驗原理與方法

3.1 試驗原理

模態(tài)試驗技術(shù)是一種研究建筑結(jié)構(gòu)動力特性的先進方法，是系統(tǒng)識別方法在工程振動領(lǐng)域中的應(yīng)用。模態(tài)是建筑結(jié)構(gòu)的固有振動特性，主要包括結(jié)構(gòu)的固有頻率、對應(yīng)的結(jié)構(gòu)振型、阻尼比等參數(shù)。結(jié)構(gòu)固有動力特性取決于結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、結(jié)構(gòu)剛度的分布以及結(jié)構(gòu)的阻尼等物理性能，試驗得到的每一個模態(tài)參數(shù)對應(yīng)一組固有的自振頻率、振型和阻尼比。實際工程應(yīng)用中一般獲得前三階到前五階模態(tài)參數(shù)即可。通過模態(tài)分析可以了解廠房結(jié)構(gòu)在易受外界干擾力影響的頻率范圍內(nèi)的各階固有模態(tài)特性，從而可以預(yù)測在各種擾力振源作用下，結(jié)構(gòu)在此頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生的實際振動響應(yīng)，并且判別結(jié)構(gòu)是否會產(chǎn)生“共振”，同時可以尋找或發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的抗振薄弱部位，并利用模態(tài)試驗的結(jié)果進行結(jié)構(gòu)動力修改。因此，模態(tài)試驗是研究結(jié)構(gòu)抗振性能及進行建筑結(jié)構(gòu)故障診斷的重要方法，也是結(jié)構(gòu)抗振設(shè)計的基本資料。模態(tài)試驗的基本原理是，對靜止?fàn)顟B(tài)下的廠房結(jié)構(gòu)進行人為或利用大地脈動的方式激振，同時測量激振力與建筑結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，對激振力和動力響應(yīng)同時進行快速傅里葉變換（FFT）分析，得到建筑物任意兩點之間的傳遞函數(shù)，從而建立建筑物的模態(tài)模型，利用模態(tài)分析理論對試驗?zāi)B(tài)模型的傳遞函數(shù)進行曲線擬合，識別出建筑物的固有頻率和對應(yīng)的振型。

3.2 試驗方法

（1）采集動態(tài)數(shù)據(jù)及獲取頻響函數(shù)。為了獲得廠房整體結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)，首先必須對建筑物進行激勵，蓄能電站地下廠房屬于超大型建筑物，一般采用人為激振的方法無法使之起振，利用地脈動對廠房結(jié)構(gòu)進行激振是最佳選擇。地脈動能量大，其頻譜接近白噪聲，頻譜范圍一般在0.1～100Hz，基本覆蓋了廠房結(jié)構(gòu)的主要自振頻率，也涵蓋了對廠房結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響的振源可能頻率。地脈動方法中采用的邊界條件與結(jié)構(gòu)實際的邊界條件完全相同，得到的頻率和振型最能符合建筑物的實際情況，但地脈動的強度小，其位移幅值僅從千分之幾微米到幾微米，采用該方法時對信號采集技術(shù)要求很高，對環(huán)境的要求也非常高，否則，所采集的信號將無法獲得正確的頻響函數(shù)。為了減少其他因素的干擾，獲得較高的信噪比，試驗選擇在機組停機的夜間進行。試驗時選定一個參考點，利用高靈敏度傳感器，測試在地脈動作用下廠房結(jié)構(gòu)參考點的動力響應(yīng)，并同步測量其他各個模態(tài)測點的微幅振動響應(yīng)，對參考點和各響應(yīng)點同時進行FFT變換，獲取廠房結(jié)構(gòu)參考點與各測點之間的頻響函數(shù)。

（2）模態(tài)參數(shù)識別采用頻域法。對頻響函數(shù)進行擬合，識別得到廠房結(jié)構(gòu)的固有頻率、振型和阻尼比等模態(tài)參數(shù)。

（3）振型動畫參數(shù)識別得到結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)，即廠房結(jié)構(gòu)的固有頻率、模態(tài)阻尼以及相應(yīng)各階模態(tài)的振型。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，必須采用動畫的方法，將放大了的振型疊加到原始的幾何形狀上，形成廠房結(jié)構(gòu)動畫圖形。通過廠房結(jié)構(gòu)振動圖形，可以清楚地分辨出廠房結(jié)構(gòu)的各種變形特征，確認(rèn)結(jié)構(gòu)的薄弱部位。

根據(jù)建筑物抗振理論，模態(tài)試驗按廠房的兩個主軸方向進行，即廠房軸線方向（也是機組軸線方向）和廠房上下游方向（即水流方向）。頻響函數(shù)測試選擇加速度頻響函數(shù)。

模態(tài)試驗流程框圖見圖1。

圖1 廠房模態(tài)試驗基本流程圖Fig.1 Basic flow chart of plant modal test

4 測點布置

4.1 A廠房模態(tài)試驗測點布置

A廠房動力特性試驗對象選擇在按兩機一縫形式布置的3、4號機組段進行[6]，3、4號機組段的土建結(jié)構(gòu)屬于筒體-框架結(jié)構(gòu)。機墩為筒體，機墩厚度一般在1m以上，廠房結(jié)構(gòu)各樓層的板、梁、柱組成框架結(jié)構(gòu)，靠近機墩附近的板、梁直接搭接在機墩上，廠房框架結(jié)構(gòu)柱受圍巖法線方向約束（現(xiàn)場調(diào)查廠房結(jié)構(gòu)邊柱與圍巖的連接具有一定的隨機性），底層固定在圍巖基礎(chǔ)上，廠房結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗網(wǎng)格圖主要選擇在梁、柱連接點處。模態(tài)試驗測點布置基本原則如下：①反映廠房結(jié)構(gòu)的整體動力特性；②為了與數(shù)值模型計算結(jié)果進行對比，試驗測點布置與有限元計算模型的節(jié)點相對應(yīng)；③測點布置在廠房結(jié)構(gòu)的板、梁、柱的結(jié)點上。

A廠房的結(jié)構(gòu)屬于板、梁、柱框架結(jié)構(gòu)，其中板的振動屬于結(jié)構(gòu)局部的垂直振動，而模態(tài)試驗更關(guān)注廠房整體結(jié)構(gòu)的動力特性。根據(jù)建筑物抗振規(guī)范，廠房結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗主要研究廠房整體長軸方向（機組中心連線方向）和短軸方向（上下游方向）的動力特性。根據(jù)上述設(shè)想，確定A廠房結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗的測點布置。圖2和圖3分別為A廠房發(fā)電機層和中間層模態(tài)試驗測點布置示意圖，中間層與水輪機層模態(tài)試驗測點與發(fā)電機層位置相同。

4.2 B廠房模態(tài)試驗測點布置

圖2 A廠房發(fā)電機層模態(tài)測點布置圖Fig.2 The modal point layout of the generator layer of A workshop

圖3 A廠房中間層模態(tài)點布置圖Fig.3 A layout of the modal point of the middle layer of A workshop

相對A廠房結(jié)構(gòu)，B廠房結(jié)構(gòu)按抗振設(shè)計要求進行了較大改進。主要改進點是：① 機組按一機一縫布置；② 廠房結(jié)構(gòu)中各樓層的板厚度從25～30cm增加至50～60cm；③ 廠房的上下游側(cè)設(shè)置1m厚的邊墻，廠房的邊墻分別與上下游圍巖緊密錨固。廠房結(jié)構(gòu)的板、梁、柱組成框架結(jié)構(gòu)支承在基礎(chǔ)圍巖上。厚板廠房（B廠房）結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗測點布置仍然以廠房結(jié)構(gòu)整體為主。由于B廠房結(jié)構(gòu)采用了一機一縫布置方案，因此結(jié)構(gòu)動力特性試驗選擇一個機組段的廠房結(jié)構(gòu)進行。B廠房結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗選擇6號機組段進行。圖4和圖5分別為B廠房發(fā)電機層和中間層模態(tài)測點布置示意圖，水泵水輪機層測點與發(fā)電機層相同，蝸殼層為模態(tài)試驗固定層。

圖4 B廠房發(fā)電機層模態(tài)測點圖Fig.4 B plant generator layer modal point map

圖5 B廠房中間層模態(tài)測點圖Fig.5 B plant middle layer modal test point diagram

5 試驗結(jié)果

5.1 A廠房模態(tài)試驗結(jié)果

表1為A廠房前五階模態(tài)試驗結(jié)果以及各階振動頻率和對應(yīng)振型。

表1 A廠房前五階模態(tài)的固有頻率和對應(yīng)振型Tab.1 The natural frequencies and corresponding modes of the first five modes of A plant

由表1給出的A廠房模態(tài)試驗結(jié)果可以看出：一階模態(tài)為廠房結(jié)構(gòu)整體平動變形，平動方向為廠房軸線方向，對應(yīng)振動頻率（基頻）為16.491Hz；二階模態(tài)為發(fā)電機層機組球閥檢修孔周邊的板的垂直振動變形，對應(yīng)振動頻率為20.103Hz，屬于廠房結(jié)構(gòu)構(gòu)件板的局部振動；三階模態(tài)為各層樓板球閥檢修孔周邊的板的垂直振動變形，對應(yīng)振動頻率22.310Hz，也屬于廠房結(jié)構(gòu)元件各樓層板的局部振動；四階模態(tài)為各層機組轉(zhuǎn)輪檢修孔周邊的板的垂直振動變形，對應(yīng)振動頻率26.389Hz，仍然是廠房結(jié)構(gòu)局部振動；五階模態(tài)為廠房整體結(jié)構(gòu)繞機墩的轉(zhuǎn)動，對應(yīng)振動頻率28.396Hz。模態(tài)試驗結(jié)果表明，A廠房前五階固有頻率在16.491～28.396Hz的范圍內(nèi)。前五階頻率對應(yīng)振動形態(tài)中，一階和五階振型為廠房結(jié)構(gòu)整體的變形，二階、三階、四階模態(tài)振型為廠房結(jié)構(gòu)檢修孔或吊物孔周邊的板局部垂直振動。

5.2 B廠房模態(tài)試驗結(jié)果

表2為B廠房前五階模態(tài)試驗結(jié)果以及各階振動頻率和對應(yīng)振型。

B廠房模態(tài)試驗結(jié)果表明，B廠房一階模態(tài)為廠房結(jié)構(gòu)整體水平方向平動，對應(yīng)振動頻率為19.88Hz；二階模態(tài)為廠房結(jié)構(gòu)整體繞機墩的轉(zhuǎn)動，對應(yīng)振動頻率23.25Hz；三階模態(tài)為廠房結(jié)構(gòu)整體平動，平動方向為機組水流方向，對應(yīng)振動頻率24.38Hz；四階模態(tài)為廠房整體沿廠房軸線方向錯動，對應(yīng)振動頻率27.25Hz；五階模態(tài)為廠房整體結(jié)構(gòu)二階彎曲振動，振動方向為廠房軸線方向。根據(jù)模態(tài)試驗結(jié)果，B廠房前五階固有頻率為19.88～29.25Hz，前五階頻率對應(yīng)的振型全部為廠房結(jié)構(gòu)整體變形，沒有廠房構(gòu)件的局部振動變形。

表2 B廠房前五階模態(tài)的固有頻率和對應(yīng)振型Tab.2 The natural frequencies and corresponding modes of the first five modes of the plant

5.3 A、B廠房模態(tài)試驗結(jié)果分析

根據(jù)A、B廠房模態(tài)試驗結(jié)果，可以獲得它們的基本固有頻率，評估“共振”的可能性，了解廠房結(jié)構(gòu)的基本振動變形，通過變形分析指出廠房整體結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，最后對比A、B廠房抗振設(shè)計的特點。

（1）根據(jù)振源測試結(jié)果[6]，廠房結(jié)構(gòu)的振動源主要是水力低頻脈動（頻率5Hz以下）、機組轉(zhuǎn)頻（頻率8.33Hz）、轉(zhuǎn)輪葉片與水力干涉（頻率58.35Hz），將A、B廠房結(jié)構(gòu)前五階頻率與上述振源頻率比較可見，兩種廠房結(jié)構(gòu)的主要頻率與振源頻率的錯開度滿足《水電站廠房設(shè)計規(guī)范》（SL 266—2014）[7]大于20%以上的要求，廠房結(jié)構(gòu)前五階模態(tài)頻率中沒有與振源產(chǎn)生“共振”的頻率成分，在30Hz以下的頻率范圍內(nèi)，廠房結(jié)構(gòu)滿足抗振設(shè)計要求。結(jié)果分析中沒有考慮30Hz以上振源頻率對廠房結(jié)構(gòu)的影響，實踐中廠房結(jié)構(gòu)的高階模態(tài)頻率可能會與振源的高階頻率接近，但根據(jù)抗振理論，由于振源是通過大體積混凝土和大體積機墩傳遞，在傳遞過程中振源中的高階頻率成分已經(jīng)被大體積混凝土過濾掉，振源高頻成分對廠房結(jié)構(gòu)的影響也會迅速衰減，因此對廠房結(jié)構(gòu)的動力影響也會相應(yīng)減小。

（2）A、B廠房模態(tài)試驗結(jié)果表明，廠房結(jié)構(gòu)沿廠房軸線方向的變形總是優(yōu)先發(fā)生，這與廠房結(jié)構(gòu)的布置關(guān)系密切。在廠房上下游方向A、B廠房都直接與圍巖相連，圍巖對廠房結(jié)構(gòu)具有顯著的約束作用，沿廠房軸線方向機組之間設(shè)置伸縮縫，伸縮縫形成了無約束的自由面，使得廠房結(jié)構(gòu)沿軸線方向可以更容易變形。地下廠房抗振設(shè)計中一機一縫與兩機一縫布置存在較大爭議，為了避免機組之間振源的傳遞而導(dǎo)致的互相干擾，一般建議廠房布置采用一機一縫的布置方式，但是通過A、B廠房模態(tài)試驗結(jié)果，一機一縫和兩機一縫產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)動力特性的變化并不明顯。而且根據(jù)結(jié)構(gòu)耗能的概念，采用兩機一縫方案也應(yīng)該具有一定的優(yōu)越性。

（3）A、B廠房都出現(xiàn)繞機墩轉(zhuǎn)動模態(tài)，說明機組機墩的剛度遠(yuǎn)大于廠房結(jié)構(gòu)的剛度，機墩剛度大有利于緩沖機組運行時產(chǎn)生的各種振源向廠房土建結(jié)構(gòu)的傳遞，A、B廠房機組機墩的抗振設(shè)計是合理的。

（4）A廠房上下游邊墻的約束作用與機組機墩的剛度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于廠房板、梁、柱框架結(jié)構(gòu)，使得A廠房2臺機組段之間伸縮縫的周邊成為廠房結(jié)構(gòu)的薄弱部位，模態(tài)試驗振型也表明靠近伸縮縫處的框架結(jié)構(gòu)的變形要明顯大于邊墻和機墩附近的框架，誘發(fā)伸縮縫附近混凝土構(gòu)件產(chǎn)生裂紋。

（5）比較A、B廠房之間動力特性可見，前五階固有頻率對應(yīng)的振型，A廠房含有2階整體變形、3階局部變形，B廠房5階振型全部為廠房結(jié)構(gòu)整體變形，這是A廠房結(jié)構(gòu)與B廠房結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗的最大差異，產(chǎn)生這種變化的原因無疑是采用厚板的結(jié)果。根據(jù)A廠房模態(tài)試驗結(jié)果，廠房結(jié)構(gòu)局部變形主要是吊物孔周邊板的垂直方向振動，這是吊物孔周邊構(gòu)件裂紋或裂縫明顯多于其他部位的重要原因。仔細(xì)檢查采用厚板結(jié)構(gòu)的B廠房，基本未見混凝土結(jié)構(gòu)有明顯的裂紋，這表明厚板廠房的抗振能力優(yōu)于采用普通板、梁、柱的廠房。根據(jù)建筑物振害調(diào)查[8]，框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點是抗振設(shè)計的關(guān)鍵點，因為各種不同形式、不同幾何尺寸的構(gòu)件在此交接，極易形成高應(yīng)力集中區(qū)。而采用厚板結(jié)構(gòu)后，除了增加廠房樓板的厚度以外，還可以取消牛腿，直接加強廠房結(jié)構(gòu)的板、梁、柱的連接，使結(jié)構(gòu)的節(jié)點也大大強化，改善了建筑物的連接性能，從而提高了廠房結(jié)構(gòu)的整體抗振能力。

（6）采用厚板也可能帶來另外的問題。對于普通框架廠房結(jié)構(gòu)，板的厚度一般為30cm左右，板沿法向的尺寸一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他兩個方向的尺寸，根據(jù)板殼理論，板的受力主要為法向平面內(nèi)的彎曲應(yīng)力。采用厚板后，由于板的法向尺寸與另外兩方向尺寸的比值減小，板有可能出現(xiàn)剪切力增大的現(xiàn)象，因此厚板抗振設(shè)計時需要做相應(yīng)的抗剪調(diào)整。

6 結(jié)束語

（1）模態(tài)試驗給出了地下廠房結(jié)構(gòu)的前五階固有頻率和對應(yīng)振型。結(jié)果表明，廠房結(jié)構(gòu)固有頻率與振源頻率錯開度大于20%，廠房結(jié)構(gòu)不會與振源頻率形成“共振”。

（2）根據(jù)蓄能電站廠房結(jié)構(gòu)布置要求，沿廠房軸線方向設(shè)置了伸縮縫，伸縮縫形成廠房結(jié)構(gòu)的自由邊界，使得伸縮縫附近的板、梁成為廠房混凝土結(jié)構(gòu)的薄弱部位，因此伸縮縫周邊的廠房結(jié)構(gòu)部位的抗振設(shè)計應(yīng)加強。

（3）模態(tài)試驗結(jié)果表明，框架廠房結(jié)構(gòu)前五階模態(tài)中，存在3階局部變形，主要是各層樓板吊物孔周邊的垂直振動，薄板吊物孔是廠房結(jié)構(gòu)抗振性能最薄弱的環(huán)節(jié)，也是部分廠房損傷的原因。采用厚板之后樓板吊物孔的局部振型基本消除，吊物孔周邊混凝土構(gòu)件的抗振能力明顯增加，現(xiàn)場檢查厚板廠房結(jié)構(gòu)吊物孔周邊未見裂紋或其他損傷。

（4）普通廠房建筑物的節(jié)點是各種構(gòu)件的結(jié)合點，也是應(yīng)力集中點，因此在抗振設(shè)計中需要重點考慮。廠房結(jié)構(gòu)采用厚板形式后，可以取消牛腿，并有效地改善節(jié)點的受力不均勻性，提高廠房結(jié)構(gòu)的整體性，從而增加建筑物的抗振性能。

[1] 何直.廣州抽水蓄能電站地下廠房結(jié)構(gòu)型式對其抗振性能影響研究 [J].水力發(fā)電，2014，04（11）：75-78.HE Zhi.The Influence of Underground Plant Structure of Guangzhou Pumped Storage Power Station on its Anti-vibration Performance [J].Hydraulic Power Generation，2014，04 （11）：75-78.

[2] 武漢大學(xué).廣州抽水蓄能水電站A廠房結(jié)構(gòu)檢測報告[R].2011.Wuhan University.Test report on plant structure of A plant in guangzhou pumped storage hydropower station[R].2011.

[3] 吳嫻，馬震岳.水電站地下廠房結(jié)構(gòu)樓板結(jié)構(gòu)設(shè)計對振動特性的影響規(guī)律[J].水利與建筑工程學(xué)報，2016，14（3）.WU Xian，MA Zhenyue.The Influencing Laws of Structure Design of Floor Slab in Underground Powerhouse on Its Vibration Characteristics[J].Journal of Water Conservancy and Construction Engineering，2016，14（3）.

[4] 王國安.某抽水蓄能電廠廠房結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀與厚板加固動力分析[J].混凝土與水泥制品，2013，5：61-66.WANG Guoan.Analysis on the Structural Status of the Plant Structure of a Pumped Storage Power Plant and the Dynamic Analysis of Heavy Plate Reinforcement [J].Concrete and Cement Products，2013，5 ：61-66.

[5] 徐麗，等.廣州蓄能水電廠測試報告[R].2010.XU li，et al.Test report of Energy Storage Power Plant in Guangzhou[R].2010.

[6] 宋一樂.廣州蓄能水電廠廠房結(jié)構(gòu)振動試驗[R].2011.SONG Yile.Vibration Test of Plant Structure in Guangzhou Energy Storage Power Plant [R].2011.

[7] SL 266—2014水電站廠房設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2014.SL 266—2014 Power Station Design Specification [S].Beijing ：China Water Conservancy and Hydropower Press，2014.

[8] 徐有鄰.汶川地震震害調(diào)查及對建筑結(jié)構(gòu)安全的反思[M].中國建筑工業(yè)出版社，2009，5.XU Yulin.The Investigation of Earthquake Damage in Wenchuan Earthquake and Reflections on the safety of Architectural Structure[M].China Construction Industry Press，2009，5.

2017-06-05

2017-07-10

周艷國（1976—），男，博士，副教授，主要從事結(jié)構(gòu)數(shù)值仿真分析及結(jié)構(gòu)抗震減振的教學(xué)與科研工作。Email：zhouyanguowhu@126.com

The Dynamic Characteristics of Pumped-Storage Power Station Underground Powerhouse Structure Research in GPSPS

ZHOU Yanguo1，3，HE Tao2，HE Zhi2，SONG Yile1，3
（1.vibration research institute of wuhan university，wuhan 430072，China; 2.The southern power grid peak shaving FM company，guangzhou 510950，China; 3.Institute of civil engineering of wuhan university，wuhan 430072，China）

The pumped-storage power station underground powerhouse vibration-proof design has always been the difficulty，many underground powerhouse structure to run A few years later appeared different degree of damage，affects the normal operation of the plant.For structural modal experimental research on the dynamic performance of the plant structure can Be obtained，And guide the vibration of powerhouse structure design.Through the plate beam column frame structure And thick plate factory of the structure of the modal test，

their frequency And vibration model，for the reasonable structure of plant resistance to vibration model provides a scientific Basis.

plant vibration-proof design；Thick plate structure；The modal test；Structural dynamic characteristics

TV32

A學(xué)科代碼：570.25

10.3969/j.issn.2096-093X.2017.04.008

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)自主科研項目（武漢大學(xué) 2042016kf1120）。