随着我国水利事业的蓬勃发展,水电站发电机单机容量不断刷新记录,导致各种水工建筑物的规模不断扩大,其安全问题更加令人关注。水电站厂房,尤其是地下厂房,其下部结构置于自然环境中,长期经受着持续变化的气温、日辐射及水温的影响,有可能导致结构内部应力发生显著变化,造成结构内部产生裂缝,影响结构的整体性和耐久性。不断扩大的水电站厂房下部结构尺寸使得本来就复杂的厂房下部结构振动问题更加显得突出。本文结合构皮滩水电站地下厂房下部结构,运用大型有限元分析软件ANSYS,首先研究了垫层的弹性模量和包角对蜗壳外围混凝土受力状态和变形的影响;接着,引入Willam-Warnke五参数破坏准则,对厂房下部结构三个典型剖面进行平面非线性分析;此外,还计算了厂房下部结构在最大温降、最大温升和多年平均温度时的温度场以及温度应力,在此基础上确定温度变化对结构配筋的影响。最后,研究分析了各种主要因素对厂房下部结构自振特性的影响,同时对引起机组振动的机械、水力和电气等18种复杂因素进行系统阐述和分析,在此基础上按照相应的标准作出共振校核,得出如下主要结论:(1)随着蜗壳上部垫层包角的增大,由内水压力传递到蜗壳外围混凝土的径向压力在减小。随着蜗壳上部垫层弹性模量的增加,蜗壳外围混凝土的承载比也在增加,钢衬承载比在下降。(2)三个典型剖面都是在靠近蜗壳的底部和左上角,混凝土中出现了较多的细小裂缝,但蜗壳底部的裂缝更为密集而且更长;越是靠近蜗壳进口的剖面,其开裂程度越严重;(3)温度应力是一项不小的荷载,在进行水电站厂房下部结构的设计中不能忽略;在进行厂房下部结构配筋时应以最大温降为控制工况。(4)蜗壳、垫层、座环对水电站厂房下部结构自振特性影响较小;在作水电站厂房下部结构抗振设计时,可以利用增加结构约束的办法,提高抗振强度。(5)共振校核和以往实际工程实测振源分析结果表明,引起构皮滩水电站厂房下部结构振动的主要振源是尾水涡带频率,其次是转频及其倍频,同时厂房下部结构从基频到高阶自振频率也可能与蜗壳不均匀流场引起的激振力发生共振。可以从尾水管、水轮发电机和蜗壳流道的设计、制造和安装等方面,以及改善机组运行工况的角度来加以解决。