1緒論

1.1廠房振動概述
動力設備在工業(yè)廠房中普遍存在，隨著使用過久或者施工技術(shù)的影響，機器設備引起樓板的振動，頻繁的不良樓面振動會使樓面產(chǎn)生裂縫，導致廠房結(jié)構(gòu)的破壞，進而影響廠房的正常生產(chǎn)，是多層工業(yè)廠房經(jīng)常面臨的振動問題。有些已建的廠房，隨著時間的推移和機器的反復作用，結(jié)構(gòu)裂縫增大，動力特性發(fā)生很大變化，引起樓面振動過大，常見于多層工業(yè)廠房中。此外，廠房內(nèi)生產(chǎn)工藝的改變也是結(jié)構(gòu)發(fā)生振動的原因之一。利用合理的減振措施把振動位移幅值控制在規(guī)范限值之內(nèi)是從根本上控制多層工業(yè)廠房的振動。工業(yè)廠房的振動主要是由動荷載引起的。動荷載的效應主要與動力荷載本身的大小和結(jié)構(gòu)的動力特性有關(guān)。要想找到工業(yè)廠房振動過大的原因并提出減振措施，對結(jié)構(gòu)振動進行測試分析是非常有必要的。
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1.2結(jié)構(gòu)動力特性和加固技術(shù)研究現(xiàn)狀

1.2.1結(jié)構(gòu)動力特性研究現(xiàn)狀
清華大學國家科技成果結(jié)構(gòu)動力特性實測與研究所得到的建筑物的特殊振動響應，為結(jié)構(gòu)設計的改進提供了數(shù)據(jù)依據(jù)；其中，高層結(jié)構(gòu)基本周期的經(jīng)驗公式已被《高層建筑設計與施工規(guī)程》所采用。此外，《工程結(jié)構(gòu)動力檢測理論與應用》李國強（同濟大學）、《工程結(jié)構(gòu)動力特性及動力響應檢測技術(shù)規(guī)程》（江蘇省工程建設標準）、《建筑結(jié)構(gòu)動力特性測試與分析系統(tǒng)研究》（四川省建筑科學研究院的國家科技成果）、《高層建筑結(jié)構(gòu)動力特性測試實例分析》李斌（同濟大學）、《汕頭海灣大橋整體自振模態(tài)的測試與分析》劉漢夫、《某框架結(jié)構(gòu)辦公樓的動力特性測試與分析》吳小波（福建省建筑科學研究院）等研究成果促進了我國動力檢測技術(shù)的快速發(fā)展。朱麗華[1]利用吊車沖擊荷載和脈動法實測了廠房動力特性參數(shù)，而且測試了工業(yè)廠房不同開啟工況下的廠房整體和設備基礎的振動位移，根據(jù)實測位移值評估了廠房的動力性能。李黎[2]主要介紹了用無人工激勵動點測試方法來確定建筑物的動力特性，得出要獲得比較滿意的數(shù)據(jù)，必須選用靈敏度較高的傳感器，而且還與采樣環(huán)境有關(guān)系。杜銳[3]先對工業(yè)廠房進行現(xiàn)場測試，然后利用有限元軟件對不同工況下的樓板進行模擬，得到各層樓板的振動規(guī)律，最后對樓板的振動原因進一步分析。李奉閣[4]通過對通廊結(jié)構(gòu)進行的現(xiàn)場檢測、結(jié)構(gòu)計算分析和可靠性鑒定評級，提出了加固處理方案。對該類結(jié)構(gòu)的檢測鑒定具有一定的參考。
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1.2.2減振加固技術(shù)研究現(xiàn)狀
廠房結(jié)構(gòu)的減振加固是振動控制的范疇。在工業(yè)廠房中，所采用的控制振動的主要方法有：改變振源的頻率、改變結(jié)構(gòu)的固有頻率和采取隔振措施。結(jié)構(gòu)的振動控制已經(jīng)發(fā)展了將近30年，是一門新興的學科。其中心思想就是：在結(jié)構(gòu)上設置控制裝置，在結(jié)構(gòu)振動過程中起到施加一組控制力的作用，從而達到減振的目的。研究對象也從以前線性、理想的向非線性、更加實際的方向發(fā)展。白國良[5]通過現(xiàn)場實測得出某工業(yè)廠房的振動規(guī)律，針對廠房振動特點提出增設鋼斜撐的方案進行加固，并利用軟件進行計算分析和加固效果后的評估。張鴻飛[6]對于工業(yè)廠房水平方向振動過大的問題，提出增大構(gòu)件截面和豎向鋼支撐兩種較為普遍的加固方法，并對此進行了方案對比及實用性分析，得出豎向鋼支撐的加固方法實用性更強。宮博[7]針對工業(yè)廠房水平振動過大，提出對結(jié)構(gòu)增加鋼支撐的加固方法，且起到了明顯的加固效果。
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2現(xiàn)場振動測試及分析

2.1工程概況
機器設備運行是工業(yè)廠房樓板振動過大的主要原因。樓板振動過大如果不采取相應的減振措施，就會對臨近樓層甚至整個樓層產(chǎn)生影響。因為鋼筋混凝土這種結(jié)構(gòu)阻尼比較小，一旦有局部的振動，就可能引起很大范圍的振動。樓板的振動幅度過大和振動產(chǎn)生的噪音都會減低工業(yè)廠房內(nèi)的舒適度，進而影響工作人員的正常工作和休息。廠房現(xiàn)場動力性能檢測和制定合理的減振加固方案，對振動幅度過大的工業(yè)廠房是非常有必要的。本工程為某企業(yè)燒結(jié)礦成品取樣檢驗室設備廠房振動改造項目，振動篩工作期間引起該廠房部分樓層梁板振動，工作環(huán)境受到嚴重影響，也影響其他設備的正常工作，同時對燒結(jié)礦成品取樣檢驗室的結(jié)構(gòu)安全帶來危害。為此，需對該廠房振動進行現(xiàn)場測試。燒結(jié)礦成品取樣檢驗室外觀和第四層內(nèi)部構(gòu)造如圖2.1和圖2.2所示。
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2.2振動測試內(nèi)容與測試分析依據(jù)
燒結(jié)礦成品取樣檢驗室的動力層為第三、五和六層，其它層沒有動力機器運轉(zhuǎn)。經(jīng)過現(xiàn)場的觀測，第四、五層樓面振動較為劇烈，也考慮到對生產(chǎn)和工人健康的影響，決定采用以下測試方法和內(nèi)容[8,9]。測試內(nèi)容：（1）利用脈動法對燒結(jié)礦成品取樣檢驗室的水平和豎向的自振頻率進行測試；（2）測試全部機器同時運行、第五層東側(cè)振動篩運行、第五層西側(cè)振動篩運行和第五層東西側(cè)振動篩同時運行這四種工況下的強迫振動頻率和加速度；利用DASP軟件積分得出各向的振動位移幅值，對照相關(guān)規(guī)范，對結(jié)構(gòu)的振動進行評價。測試分析依據(jù)：《動力機器基礎設計規(guī)范》（GB50040-96），《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB50010-2010）、《機器動荷載作用下建筑物承重結(jié)構(gòu)的振動計算和隔振設計規(guī)程》（YBJ55-90YSJ009-90）和現(xiàn)行國家有關(guān)規(guī)范的要求、燒結(jié)礦成品取樣檢驗室建筑施工圖、結(jié)構(gòu)施工圖、工藝設備相關(guān)圖紙。
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3結(jié)構(gòu)動力性能有限元分析.......20
3.1有限元分析理論及步驟....20
3.1.1有限元分析理論..........20
3.1.2有限元分析步驟..........20
3.2有限元模型的建立....20
3.3模態(tài)分析....22
3.3.1模態(tài)分析理論......22
3.3.2廠房結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析..........23
3.4諧響應分析........25
3.5時程分析....30
3.6本章小結(jié)....33
4加固方案對比及案例分析.......34
4.1加固方法概述....34
4.2運用SAP2000進行方案對比分析...........35
4.2.1設備底座增加彈簧隔振器方案..........36
4.2.2增大樓面剛度方案......38
4.2.3方案對比......40
4.3案例分析....40
4.4本章小結(jié)....44

4加固方案對比及案例分析

4.1加固方法概述

在工業(yè)廠房樓層上有動力機器設備運行的情況下，廠房結(jié)構(gòu)發(fā)生振動過大的原因主要有兩種：一是由于機器設備的激振力頻率與廠房樓板的固有頻率接近，導致共振；一是由于結(jié)構(gòu)本身的剛度不足，導致結(jié)構(gòu)在強迫振動的情況下振動線位移較大[46~48]。調(diào)整機器設備中電機的轉(zhuǎn)速，避開與樓板的共振區(qū)域。調(diào)整電機的途徑主要有：更換低轉(zhuǎn)速電機或增加現(xiàn)有電機耦合器的充油量來降低電機的轉(zhuǎn)速；更換高速電機提高轉(zhuǎn)速；在現(xiàn)有的電機上加裝與之相匹配的變頻器，電機轉(zhuǎn)速調(diào)整幅度較大。優(yōu)點：花費適中，，施工速度快，不影響其它機器的生產(chǎn)，不破壞原結(jié)構(gòu)，不占用其它生產(chǎn)空間等；缺點：降低或升高轉(zhuǎn)速對機器設備的生產(chǎn)率有影響等。在減速系統(tǒng)上加裝與電機轉(zhuǎn)動頻率相同的對稱振子，其施加給減速機一個與電機轉(zhuǎn)動激振力反向的激振力，從而達到減振的目的。優(yōu)點：花費適中，施工過程中不影響其它機器設備的運行，不破壞原結(jié)構(gòu)等；缺點：需要精確的計算，安裝振子比較多，對設備空間要求比較高，占用生產(chǎn)空間等。

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結(jié)論

工業(yè)廠房的振動過大主要是因為共振和結(jié)構(gòu)強度不足引起的。樓面振動位移幅值過大，影響結(jié)構(gòu)的安全和機器設備的運行，進而影響生產(chǎn)和工作人員的身心健康。本文就某廠房燒結(jié)礦成品檢驗室振動問題展開研究，運用DASP軟件收集現(xiàn)場振動資料，然后對其進行處理；建立有限元模型，對結(jié)構(gòu)的動力特性和加固效果進行分析。得出相關(guān)結(jié)論如下：
（1）現(xiàn)場檢測得到檢驗室水平最大位移為0.046mm、放置振源設備的樓板最大豎直向位移為0.308mm。按照規(guī)范，水平向沒有超過限值，豎向超過限值；必須采取減振加固措施。
（2）建立有限元模型，對模型進行模態(tài)分析，得出結(jié)構(gòu)的自振頻率，并與實測值相比較，一階自振頻率相差在5%之內(nèi)；對結(jié)構(gòu)進行諧響應分析，得到相關(guān)“頻率-位移”關(guān)系曲線，振動線位移幅值與實測值在同一量級，說明此模型建立方法可適用于同類結(jié)構(gòu)。通過時程分析得出樓面的動位移幅值云圖和主梁的動內(nèi)力，第五層樓面的動位移幅值和主梁動內(nèi)力較其它各層大，表明減振措施要從第五層入手。
（3）通過比較設備底座增加彈簧隔振器和增大樓面剛度兩種方案，并分析其減振效果，最后得出，兩種方案都能減小動位移幅值；增加彈簧隔振器較后者方案更有效且施工方便，優(yōu)先使用。
（4）對檢驗室實際運用的加固方案進行諧響應分析，得出各層動位移降低率大于75%且振動位移幅值在規(guī)范限值之內(nèi)；減振加固后的廠房已能正常生產(chǎn)。
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參考文獻(略)

本文編號：37980