1緒論

1.1廠房振動(dòng)概述
動(dòng)力設(shè)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(jī)器設(shè)備引起樓板的振動(dòng)，頻繁的不良樓面振動(dòng)會(huì)使樓面產(chǎn)生裂縫，導(dǎo)致廠房結(jié)構(gòu)的破壞，進(jìn)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(dòng)問題。有些已建的廠房，隨著時(shí)間的推移和機(jī)器的反復(fù)作用，結(jié)構(gòu)裂縫增大，動(dòng)力特性發(fā)生很大變化，引起樓面振動(dòng)過大，常見于多層工業(yè)廠房中。此外，廠房?jī)?nèi)生產(chǎn)工藝的改變也是結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)的原因之一。利用合理的減振措施把振動(dòng)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(dòng)。工業(yè)廠房的振動(dòng)主要是由動(dòng)荷載引起的。動(dòng)荷載的效應(yīng)主要與動(dòng)力荷載本身的大小和結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性有關(guān)。要想找到工業(yè)廠房振動(dòng)過大的原因并提出減振措施，對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試分析是非常有必要的。
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1.2結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性和加固技術(shù)研究現(xiàn)狀

1.2.1結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性研究現(xiàn)狀
清華大學(xué)國(guó)家科技成果結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性實(shí)測(cè)與研究所得到的建筑物的特殊振動(dòng)響應(yīng)，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)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(yàn)公式已被《高層建筑設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》所采用。此外，《工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力檢測(cè)理論與應(yīng)用》李國(guó)強(qiáng)（同濟(jì)大學(xué)）、《工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性及動(dòng)力響應(yīng)檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（江蘇省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)）、《建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)試與分析系統(tǒng)研究》（四川省建筑科學(xué)研究院的國(guó)家科技成果）、《高層建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)試實(shí)例分析》李斌（同濟(jì)大學(xué)）、《汕頭海灣大橋整體自振模態(tài)的測(cè)試與分析》劉漢夫、《某框架結(jié)構(gòu)辦公樓的動(dòng)力特性測(cè)試與分析》吳小波（福建省建筑科學(xué)研究院）等研究成果促進(jìn)了我國(guó)動(dòng)力檢測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展。朱麗華[1]利用吊車沖擊荷載和脈動(dòng)法實(shí)測(cè)了廠房動(dòng)力特性參數(shù)，而且測(cè)試了工業(yè)廠房不同開啟工況下的廠房整體和設(shè)備基礎(chǔ)的振動(dòng)位移，根據(jù)實(shí)測(cè)位移值評(píng)估了廠房的動(dòng)力性能。李黎[2]主要介紹了用無人工激勵(lì)動(dòng)點(diǎn)測(cè)試方法來確定建筑物的動(dòng)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(duì)工業(yè)廠房進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，然后利用有限元軟件對(duì)不同工況下的樓板進(jìn)行模擬，得到各層樓板的振動(dòng)規(guī)律，最后對(duì)樓板的振動(dòng)原因進(jìn)一步分析。李奉閣[4]通過對(duì)通廊結(jié)構(gòu)進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、結(jié)構(gòu)計(jì)算分析和可靠性鑒定評(píng)級(jí)，提出了加固處理方案。對(duì)該類結(jié)構(gòu)的檢測(cè)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(dòng)控制的范疇。在工業(yè)廠房中，所采用的控制振動(dòng)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(dòng)控制已經(jīng)發(fā)展了將近30年，是一門新興的學(xué)科。其中心思想就是：在結(jié)構(gòu)上設(shè)置控制裝置，在結(jié)構(gòu)振動(dòng)過程中起到施加一組控制力的作用，從而達(dá)到減振的目的。研究對(duì)象也從以前線性、理想的向非線性、更加實(shí)際的方向發(fā)展。白國(guó)良[5]通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)得出某工業(yè)廠房的振動(dòng)規(guī)律，針對(duì)廠房振動(dòng)特點(diǎn)提出增設(shè)鋼斜撐的方案進(jìn)行加固，并利用軟件進(jìn)行計(jì)算分析和加固效果后的評(píng)估。張鴻飛[6]對(duì)于工業(yè)廠房水平方向振動(dòng)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(duì)此進(jìn)行了方案對(duì)比及實(shí)用性分析，得出豎向鋼支撐的加固方法實(shí)用性更強(qiáng)。宮博[7]針對(duì)工業(yè)廠房水平振動(dòng)過大，提出對(duì)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(chǎng)振動(dòng)測(cè)試及分析

2.1工程概況
機(jī)器設(shè)備運(yùn)行是工業(yè)廠房樓板振動(dòng)過大的主要原因。樓板振動(dòng)過大如果不采取相應(yīng)的減振措施，就會(huì)對(duì)臨近樓層甚至整個(gè)樓層產(chǎn)生影響。因?yàn)殇摻罨炷吝@種結(jié)構(gòu)阻尼比較小，一旦有局部的振動(dòng)，就可能引起很大范圍的振動(dòng)。樓板的振動(dòng)幅度過大和振動(dòng)產(chǎn)生的噪音都會(huì)減低工業(yè)廠房?jī)?nèi)的舒適度，進(jìn)而影響工作人員的正常工作和休息。廠房現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)力性能檢測(cè)和制定合理的減振加固方案，對(duì)振動(dòng)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(yàn)室設(shè)備廠房振動(dòng)改造項(xiàng)目，振動(dòng)篩工作期間引起該廠房部分樓層梁板振動(dòng)，工作環(huán)境受到嚴(yán)重影響，也影響其他設(shè)備的正常工作，同時(shí)對(duì)燒結(jié)礦成品取樣檢驗(yàn)室的結(jié)構(gòu)安全帶來危害。為此，需對(duì)該廠房振動(dòng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。燒結(jié)礦成品取樣檢驗(yàn)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(dòng)測(cè)試內(nèi)容與測(cè)試分析依據(jù)
燒結(jié)礦成品取樣檢驗(yàn)室的動(dòng)力層為第三、五和六層，其它層沒有動(dòng)力機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)的觀測(cè)，第四、五層樓面振動(dòng)較為劇烈，也考慮到對(duì)生產(chǎn)和工人健康的影響，決定采用以下測(cè)試方法和內(nèi)容[8,9]。測(cè)試內(nèi)容：（1）利用脈動(dòng)法對(duì)燒結(jié)礦成品取樣檢驗(yàn)室的水平和豎向的自振頻率進(jìn)行測(cè)試；（2）測(cè)試全部機(jī)器同時(shí)運(yùn)行、第五層?xùn)|側(cè)振動(dòng)篩運(yùn)行、第五層西側(cè)振動(dòng)篩運(yùn)行和第五層?xùn)|西側(cè)振動(dòng)篩同時(shí)運(yùn)行這四種工況下的強(qiáng)迫振動(dòng)頻率和加速度；利用DASP軟件積分得出各向的振動(dòng)位移幅值，對(duì)照相關(guān)規(guī)范，對(duì)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。測(cè)試分析依據(jù)：《動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50040-96），《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）、《機(jī)器動(dòng)荷載作用下建筑物承重結(jié)構(gòu)的振動(dòng)計(jì)算和隔振設(shè)計(jì)規(guī)程》（YBJ55-90YSJ009-90）和現(xiàn)行國(guó)家有關(guān)規(guī)范的要求、燒結(jié)礦成品取樣檢驗(yàn)室建筑施工圖、結(jié)構(gòu)施工圖、工藝設(shè)備相關(guān)圖紙。
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3結(jié)構(gòu)動(dòng)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(yīng)分析........25
3.5時(shí)程分析....30
3.6本章小結(jié)....33
4加固方案對(duì)比及案例分析.......34
4.1加固方法概述....34
4.2運(yùn)用SAP2000進(jìn)行方案對(duì)比分析...........35
4.2.1設(shè)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(duì)比......40
4.3案例分析....40
4.4本章小結(jié)....44

4加固方案對(duì)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(dòng)力機(jī)器設(shè)備運(yùn)行的情況下，廠房結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)過大的原因主要有兩種：一是由于機(jī)器設(shè)備的激振力頻率與廠房樓板的固有頻率接近，導(dǎo)致共振；一是由于結(jié)構(gòu)本身的剛度不足，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在強(qiáng)迫振動(dòng)的情況下振動(dòng)線位移較大[46~48]。調(diào)整機(jī)器設(shè)備中電機(jī)的轉(zhuǎn)速，避開與樓板的共振區(qū)域。調(diào)整電機(jī)的途徑主要有：更換低轉(zhuǎn)速電機(jī)或增加現(xiàn)有電機(jī)耦合器的充油量來降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速；更換高速電機(jī)提高轉(zhuǎn)速；在現(xiàn)有的電機(jī)上加裝與之相匹配的變頻器，電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整幅度較大。優(yōu)點(diǎn)：花費(fèi)適中，，施工速度快，不影響其它機(jī)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(diǎn)：降低或升高轉(zhuǎn)速對(duì)機(jī)器設(shè)備的生產(chǎn)率有影響等。在減速系統(tǒng)上加裝與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相同的對(duì)稱振子，其施加給減速機(jī)一個(gè)與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)激振力反向的激振力，從而達(dá)到減振的目的。優(yōu)點(diǎn)：花費(fèi)適中，施工過程中不影響其它機(jī)器設(shè)備的運(yùn)行，不破壞原結(jié)構(gòu)等；缺點(diǎn)：需要精確的計(jì)算，安裝振子比較多，對(duì)設(shè)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(dòng)過大主要是因?yàn)楣舱窈徒Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足引起的。樓面振動(dòng)位移幅值過大，影響結(jié)構(gòu)的安全和機(jī)器設(shè)備的運(yùn)行，進(jìn)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(yàn)室振動(dòng)問題展開研究，運(yùn)用DASP軟件收集現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)資料，然后對(duì)其進(jìn)行處理；建立有限元模型，對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和加固效果進(jìn)行分析。得出相關(guān)結(jié)論如下：
（1）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)得到檢驗(yàn)室水平最大位移為0.046mm、放置振源設(shè)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(duì)模型進(jìn)行模態(tài)分析，得出結(jié)構(gòu)的自振頻率，并與實(shí)測(cè)值相比較，一階自振頻率相差在5%之內(nèi)；對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行諧響應(yīng)分析，得到相關(guān)“頻率-位移”關(guān)系曲線，振動(dòng)線位移幅值與實(shí)測(cè)值在同一量級(jí)，說明此模型建立方法可適用于同類結(jié)構(gòu)。通過時(shí)程分析得出樓面的動(dòng)位移幅值云圖和主梁的動(dòng)內(nèi)力，第五層樓面的動(dòng)位移幅值和主梁動(dòng)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(shè)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(dòng)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(duì)檢驗(yàn)室實(shí)際運(yùn)用的加固方案進(jìn)行諧響應(yīng)分析，得出各層動(dòng)位移降低率大于75%且振動(dòng)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(xiàn)(略)

本文編號(hào)：37980