选煤厂房结构振动分析

2018-12-27张旭红

山西建筑 2018年35期

张旭红

(太原理工大学建筑与土木工程学院，山西太原 030024)

某选煤厂主厂房为6层钢筋混凝土框架结构，楼面采用钢筋混凝土现浇楼板，屋面采用焊接球节点网架。主厂房结构平面尺寸为79.6 m×32 m，主体结构柱网轴线尺寸横向为8 m×4，纵向为7 m×5+3.5 m+5.1 m+6 m×2+8 m×3。受选煤工艺决定，主体结构共有16个标高层，各标高层之间高差不一，存在多个错层和局部平台。受选煤工艺决定，主厂房内布置有多台振动设备，主要是振动筛和离心机，包括第二层(15.2 m标高处)的四台振动离心机(振动频率：25 Hz)、两台高频振动筛(振动频率：16 Hz)；第三层(20.8 m标高处)的两台精煤脱介筛(振动频率：16 Hz)，一台中煤脱介筛(振动频率：16 Hz)和一台矸石脱介筛(振动频率：16 Hz)。

该厂房结构建成运行之后出现了剧烈的振动反应，严重影响到了结构安全和人员健康。为科学评价该结构强迫振动反应的特性与强烈程度，分析该结构剧烈振动原因，为后续减振加固措施提供依据，本文对该厂房结构进行振动分析研究。

1 选煤厂房楼盖体系特征与振动测点布置

选煤厂因工艺要求，设备种类多，静动荷载混杂，造成选煤厂房楼盖体系主次梁体系复杂，理论上属于刚度和质量分布极不均匀的连续正交异性板，根据有限元分析结果，其平面外的振动特征主要受到第一频率密集区的影响。因此，分析振动反应时程信号的频谱特性与楼盖体系的第一频率密集区的关系，能够准确把握引起强烈振动的原因，并给结构减振加固提供可靠依据。

为此，结合楼盖结构体系中主次梁关系和设备布置情况，对振动检测点进行了科学有效的布置，其原则是要能够较准确反映振动沿结构垂直向和水平向的传递规律。典型层楼盖体系与测点布置如图1所示。

2 振动设备扰频及其动力特性参数检测

现场在振动设备空载运行状态下，采集振动设备自稳态运行至完全停机整个过程的稳态强迫振动信号及自由振动衰减信号，

通过对信号进行频谱分析得到振动设备扰频及其动力特性参数，测试结果见表1。

利用结构动力学原理，根据表1测试数据对振动设备支座体系的传导比TR进行计算，计算公式如下：

TR=[(1-β2)2+(2βξ)2]-1/2·[1+(2βξ)2]1/2。

其中，TR为传导比，该指标反映了振动设备支座体系的隔振效率；β为频率比，设备扰频与其自振频率的比值；ξ为阻尼比。

表1 振动设备扰频及其动力特性参数测试结果

从振动设备支座体系的传导比TR计算结果来看，振动筛支座体系传导比很小，表明振动筛和离心机支座弹簧(橡胶垫)隔振效果较好，振动筛的隔振系统并非引起结构强烈振动的原因。

3 结构中振动传递规律分析

振动传递包括结构振动在结构本层的水平传递和结构振动在各楼层之间的竖向传递。

结构振动在本层之间的传递主要指振源(振动设备)本身振动带动支座梁、楼板振动再由支座梁、楼板振动向四周梁、楼板传导。

结构振动在各楼层之间的传递主要指振源(振动设备)本身振动带动梁、楼板振动再由梁、楼板传导到本层梁、柱节点，最后柱子振动再向其他各层楼板和柱子传递。

检测结果显示该结构振动沿竖向的衰减很快，层间传递并不明显，表明结构的柱竖向刚度足够，并非引起结构强烈振动的原因。

测试结果显示结构楼盖体系的竖向振动沿水平方向的传递影响范围较远，尤其是沿主梁方向传递的趋势特别明显，如图2所示。进一步分析发现，该结构在结构加固设计和结构技改时主要以竖向振动为控制目标，在结构楼板处增加大量钢梁，或是增加原有梁截面尺寸，而忽略了结构水平振动的控制，随着厂房工艺改动，设备容量增大，设备水平击振力也有所增加，最终致使结构水平刚度相对不足。典型的“症状”表现为20.8 m标高层精煤脱介筛周围的测点水平振动普遍过大，同时27.8 m标高层楼板62.5%的测点水平振动偏大。这充分说明目前结构水平方向的侧移刚度不足，不能有效控制过大的振动在结构楼该体系中的传递扩散。