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工业设备工作引起结构振动响应问题如何解决？

发布于：2024-11-13 14:14:13 来自：建筑结构/结构新鲜事

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在我国已建成的各类建筑物中，有相当一部分建筑存在着不同程度的振动问题。

这些建筑物所遭受到的振动因素十分复杂，例如车致振动、机械设备引起的振动等。振动可以引起人体疲劳、头晕、耳鸣、心慌等不适症状，长时间会导致神经系统受损，影响工作效率；振动会加速设备的损坏、缩短使用寿命、出现故障等，从而降低生产率，增加投入的成本；振动对人体、设备和结构有不利影响。因此，在进行建筑结构设计和施工时，就需要特别重视。

对于工业建筑来说，我国城市用地面积紧张，为了合理的利用建筑使用空间， “机器上楼” 现象愈发普遍，越来越多的大型机械设备开始放置在较高楼层上，机械设备的支撑基础多为钢筋混凝土楼板，楼板属于柔性支撑基础，而且厂房的楼板跨度较大，结构刚度相对较低。当厂房楼板的固有频率与机械的工作频率相近时，很容易产生共振现象，而当结构发生共振现象时，结构的振动响应会被放大至数倍从而导致结构的局部开裂或整体破坏。 结构与机械设备的共振是工业建筑中最为常见的问题。

工业设备工作引起的结构振动响应的动力学问题属于频域分析范畴，可以借助国产通用有限元仿真分析软件 PKPM-CAE提供的谐响应分析 来完成。

何为谐响应分析？任何持续的周期荷载将在结构系统中产生持续的周期响应，该周期响应称为谐响应。谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦规律变化的荷载时的稳态响应。其目的主要有两点：

1）得到响应值（位移/速度/加速度）-频率曲线。

2）找到峰值响应频率，观察峰值频率对应的响应（位移/速度/加速度，依据相应标准或规范提取不同的响应指标）。

接下来通过几个应用案例，给大家分享下工业设备振动有限元仿真分析成果。

钢框架光点储热岛动力设备振动

某发电项目储热岛工程，分析评估设备振动下钢平台的振动响应。

CAE模型渲染效果

振动设备的位置

热盐泵作用谐响应分析任务设置

热盐泵作用谐响应分析的结果

冷盐泵作用谐响应分析的结果

调温泵作用谐响应分析的结果

制米机动力设备振动

这是一个设备上楼的案例。

制米车间二层楼面动力设备

谐响应分析的流程可以归纳如下图所示：

拾取大米抛光机1区域中心的位移-频率响应曲线

参考《GB-50040-2020动力机器基础设计标准》5.2.7条：当联合基础作为刚性基础进行动力计算时，宜符合本标准第5.2.1~5.2.5条的规定，并应对基础各台机器的一、二谐扰力和扰力矩作用下分别计算各向的振动位移和联合基础顶面控制点的总振动位移，应取各台机器在扰力和扰力矩作用下的振动位移平方和的平方根。