建筑工程評(píng)職范文工業(yè)廠房樓面動(dòng)力分析

　　摘要：根據(jù)工程實(shí)際，利用ANSYS建立廠房樓面板梁的結(jié)構(gòu)模型，針對(duì)模型進(jìn)行了模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，分析了樓面振動(dòng)過(guò)大的原因。根據(jù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性給出了減振方案，并對(duì)減振方案做了對(duì)比。

　　關(guān)鍵詞：工廠樓面,模態(tài)分析,諧響應(yīng)分析

　　引言

　　在某工業(yè)廠房安裝了兩臺(tái)大功率的電動(dòng)機(jī)后，樓地面上出現(xiàn)了較大的振動(dòng)，操作間內(nèi)部設(shè)備有輕微晃動(dòng)，相鄰操作間也能明顯感覺(jué)到振動(dòng)。為了建筑物的使用安全，決定分析振動(dòng)原因及采取減振措施。初步預(yù)測(cè)引起振幅較大的原因是增加了動(dòng)荷載，引起了結(jié)構(gòu)的共振。采用ANSYS建立結(jié)構(gòu)樓面及電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)的模型，分析振動(dòng)的原因并提出相應(yīng)的減振措施。

　　1 工程概況

　　某廠房的結(jié)構(gòu)形式為多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，樓板為現(xiàn)澆板。各構(gòu)件均采用C30混凝土，主截面尺寸為500mm×1500mm ，次梁截面尺寸為400mm×700mm，板厚120mm。兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)位移高于樓面1.5m處，電動(dòng)機(jī)重10200kg，采用8點(diǎn)承重方式，重心距樓地面的高度為1.5m。設(shè)備的震動(dòng)頻率為16.54Hz(103.9rad/s)，動(dòng)荷載為8.91KN。設(shè)備基礎(chǔ)放置于主體框架上。

　　2 樓面結(jié)構(gòu)的受力分析

　　2.1 有限元建模

　　為了確定的樓板是否與電動(dòng)機(jī)發(fā)生了共振，截取包含設(shè)備在內(nèi)的兩根柱梁之間的樓板結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。梁上或梁邊的臨時(shí)堆載、人群出現(xiàn)時(shí)的短暫質(zhì)量等臨時(shí)質(zhì)量對(duì)樓面的實(shí)際振動(dòng)有一定的影響，但它們所提供的質(zhì)量阻尼相對(duì)于結(jié)構(gòu)的剛度阻尼僅占很小的份額，所以在建模時(shí)將其略去。

　　按照提供的廠房樓面板梁尺寸建立ANSYS模型。樓板、梁和電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)采用solid65混凝土單元模擬，電動(dòng)機(jī)以及附屬設(shè)備的質(zhì)量采用mass21質(zhì)量單元模擬。在主梁與柱的連接面處將主梁固結(jié)，并且約束了板的各個(gè)邊的水平位移。模型與單元如圖1所示：

　　2.2 模態(tài)分析

　　采用ANSYS的模態(tài)分析模塊對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析。因設(shè)備的振動(dòng)頻率比樓板的固有頻率低，與設(shè)備可能發(fā)生共振的只能是樓板較低的固有頻率，利用Black-Lanes法提取模型的前十五階固有頻率來(lái)分析，其固有頻率值見表1所示。

　　結(jié)構(gòu)的一階固有頻率為16.847，和設(shè)備的工作頻率16.4非常接近，設(shè)備的工作頻率接近共振區(qū)，初步判定設(shè)備和樓板結(jié)構(gòu)發(fā)生了共振。

　　2.3 諧響應(yīng)分析

　　根據(jù)模態(tài)分析的結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行諧響應(yīng)分析以確定是否是共振引起的樓面振動(dòng)。在電動(dòng)機(jī)位置的集中質(zhì)量上施加大小為8.91KN、頻率為16.54Hz簡(jiǎn)諧荷載，得到結(jié)構(gòu)的諧響應(yīng)曲線,如圖2所示。

　　由圖可見在16.4Hz處結(jié)構(gòu)的位移發(fā)生了突變，最大的動(dòng)位移為1.6cm。因此，可以判定設(shè)備和樓面發(fā)生了共振。

　　3 樓面結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

　　為了將樓板的振動(dòng)控制在合理的范圍內(nèi)，本文對(duì)樓板和次梁的尺寸進(jìn)行了優(yōu)化，以增加結(jié)構(gòu)的固有頻率，避免共振。

　　3.1 針對(duì)樓板的優(yōu)化

　　樓板采用0.1m、0.12m、0.14m、0.16m、0.18m、0.2m五種厚度對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，得到結(jié)構(gòu)的前十階固有頻率，見表2所示。

　　由上表可見，增加樓面板的厚度可以增加結(jié)構(gòu)的固有頻率，因此，可以通過(guò)此方法來(lái)增加結(jié)構(gòu)的剛度，避免共振。

　　3.2 針對(duì)次梁的優(yōu)化

　　原結(jié)構(gòu)的次梁采用的是400mm×700mm，在此擬增加次梁的高度，采用400mm×800mm、400mm×900mm與原結(jié)構(gòu)作對(duì)比。對(duì)三種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行模態(tài)分析，得到三種結(jié)構(gòu)形式的前十階固有頻率見表3所示。

　　由上表可見，增加次梁的高度同樣可以增加結(jié)構(gòu)的固有頻率。

　　對(duì)次梁截面為400mm×900mm的結(jié)構(gòu)模型做諧響應(yīng)分析，結(jié)構(gòu)的位移幅值-頻率關(guān)系曲線如下圖3所示。

　　從上圖可見結(jié)構(gòu)在激擾力的頻率為17.2Hz時(shí)達(dá)到最大動(dòng)位移0.178mm，在電動(dòng)機(jī)工作頻率16.4Hz處最大的動(dòng)位移為0.122mm，可見樓面的振幅從1.6cm降到了0.122mm，因此，也可以通過(guò)此方法來(lái)增加結(jié)構(gòu)的剛度，以達(dá)到減震的目的。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　由于設(shè)備的振動(dòng)引起的工業(yè)廠房樓面振幅較大的問(wèn)題，主要應(yīng)該從結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性方面進(jìn)行分析。根據(jù)結(jié)構(gòu)自身的動(dòng)力特性，分析設(shè)備的振動(dòng)頻率是否位于共振區(qū)，并對(duì)結(jié)構(gòu)做諧響應(yīng)分析觀察振動(dòng)規(guī)律。根據(jù)分析得到的原因，調(diào)整結(jié)構(gòu)或者設(shè)備的相關(guān)參數(shù)，使得兩者避開共振區(qū) ，提出減震方案，利用諧響應(yīng)分析減震方案的合理性。

　　參考文獻(xiàn)：

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