地基刚度对框架式动力基础的振动影响分析

地基刚度对框架式动力基础的振动影响分析 【摘要】本文通过对框架式动力基础地基刚度的探讨，提出 了地基按刚性考虑的条件，并采用工程实例进行了动力分析。 【关键词】框架式动力基础；刚性地基 1概述 动力基础的结构型式，一般根据机组用途、制造厂的要求、地基 等不同情况，分别采用大块式、墙式和框架式基础类型。在工程设 计中，经常遇到很多框架式动力基础，根据动力机器基础设计规 范，当框架式动力基础按空间多自由体系进行振动计算时，对机 组工作转速等于3000r/min基础，地基可按刚性考虑；对机器工 作转速小于3000r/min的基础，则地基宜按弹性考虑。地基按刚性 还是按弹性考虑，存在下面两个问题。 1. 1很多框架式动力基础柱的竖向刚度大于地基的竖向刚度，包 括天然地基和人工地基，构成上部刚度大，地基柔软头重脚轻的结 构体系。由于地基柔软，基础在振动过程中易发生倾斜。所以地基 刚度需要提局。 1.2在以前的一些工程中，不管动力机器转速高低和柱刚度大小, 只要对地基进行了处理，例如对软弱土进行了换填或者采用桩基 等，地基都按刚性考虑，这是一种误解。事实上，单纯的进行换土 处理或仅采用桩基，往往地基刚度还比柱刚度要小，这样，对于低 转速机器的低转动频率，按弹性地基考虑才能计算出比较真实的基 础频率，振动计算结果才能比较符合实际。如果不符合实际的盲目 的按刚性地基考虑，计算出的偏高的自振频率与机器的频率避开了 共振，但实际上真实的自振频率可能与机器的频率发生共振，造成 振动过大，这种情况时有发生。 对于振动要求比较高的高转速机器框架式动力基础，地基按刚性 考虑时，地基刚度自然越大越符合实际，地基刚度大于柱的刚度为 好。要做到这一点，一方面柱截面不能过大，另一方面要采取有效 措施提高地基刚度。对于转速小于3000r/min的动力机器，地基一 般要按弹性考虑，如果地基按弹性考虑，由于计算方法等原因难以 实现而按刚性考虑时，一般也要采取措施提高地基刚度。建议地基 刚度至少大于1.5倍的柱刚度条件，地基可按刚性考虑时。下面结 合实例进行探讨。 2工程实例及动力分析 某制氧空压机基础为框架式动力基础，压缩机的转子重量5170kg, 转速5172r/min,电机转子重量9980kg,转速1495r/min,根据压缩 机生产厂家的要求，基础顶板允许振动速度不超过5mm/So根据地 质报告，地基第一层土为粘性土混砾砂土层，该土层厚度15m, 土 的承载力特征值fak200kpa,压缩模量es8. 0,该土层的力学性 能较好，稳定性、均匀性较好。第二层土为强风化粉砂岩，承载力 特征值fak300kpa.框架动力基础见图a。 在该工程中，压缩机的转速5170r/min按照动力基础规范条 款，地基按刚度地基考虑；而电机的转速为1495r/min,地基按弹 性地基考虑。但该工程地质情况较好，持力层为fak200kpa的粘 土混砾砂层，在以前的一些工程中，地基通常直接按刚性考虑。现 运用sap2000程序对实例进行分析，根据动规，电机的转子产 生的竖向、横向的扰力值pgiO. 16wgi0. 16x99. 816kno完成动力 基础的建模、定义荷载工况、分析工况以及函数等一系列步骤后， 进行稳态分析。在模型上选两个节点（jointl30、joint593）o 首先假定地基为刚性，对框架柱脚进行刚接模拟，节点130、593 竖向速度的稳态分析如下（横轴为频率，纵轴为竖向速度，下同） 接下来按实际的地基情况进行地基刚度计算。动力基础采用c30 混凝土，其弹性模量ec0. 3xl08kn/m2o参照动规表3. 3. 2查 得天然地基的抗压刚度cz为45000kn/m3o 计算基础埋深的抗压刚度提高系数az 运用sap2000，假定地基刚度为6. 67xl06kn/m,对框架柱脚进行弹 性模拟，节点130、593竖向速度稳态分析如下 从上面的分析来看，地基刚度按天然地基考虑时，曲线不光滑， 峰值较大，并峰值位置接近电机的额定频率25;与假定基础按刚性 考虑的分析有较大差距。故天然地基，粘性土混砾砂土层不能满足 按刚性考虑的要求，需要采取措施提高基础的刚度。 地基处理采用成孔灌注桩来提高基础的刚度，桩的直径1.1m,桩 长约15m,桩端进入强风化粉砂岩lmo桩布置见图b. 参照动规表3. 3. 14查得桩周土的当量抗剪刚度系数cpt近似 为15000kn/m3 ,查表3. 3. 15得桩尖土的当量抗压刚度系数cpz近 似为 2000000kn/m3o 桩基与天然地基共同作用后基础的竖向刚度满足了 1. 5倍的柱竖 向刚度，运用sap2000,假定地基刚度为46.96xl06kn/m,对框架柱 脚进行弹性模拟，节点130、593竖向速度的稳态分析如下 从上面分析来看，桩基与天然地基共同作用后基础的竖向刚度满 足了 1.5倍的柱竖向刚度的条件，其分析曲线与地基按刚性考虑的 曲线基本一致，曲线较光滑，峰值均小于5mm/s,并且峰值位置远 离电机的额定频率25。 2结论 总之，建议地基刚度至少大于1. 5倍的柱刚度，地基按刚性考虑是 可行的。对于软土地基而言，除对柱截面进行合理的选择外，可以 采用桩基或回填等措施提高刚度，满足地基按刚性考虑条件。这样 在运用sap2000等分析程序对框架基础建模时，减少了对地基刚度 进行弹性模拟的繁琐步骤，可直接设定框架柱脚刚接。 参考文献 [1] 动力机器基础设计规范，中国计划出版社，1997 [2] 动力机器基础设计手册，中国建筑工业出版社，1983