1、第六章 动力机器基础的振动高彦斌 同济大学土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学6.5 地基刚度系数土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学地基刚度系数S的提出,是对确定地基刚度K的进一步简化。这种简化虽然为工程设计提供了一个较为简单的确定地基刚度的方法,但应该注意到地基刚度系数不仅取决于地基土的特性,还与动荷载大小和频率、基础几何尺寸等因素有关。地基刚度系数与土力学中的基床系数一样，并不是代表地基土特性的一个常数。（2）萨维诺夫经验公式（3）动力机器基础设计规范（1）弹性理论法土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学6.5.1 弹性理论法地基
2、竖向基床系数(抗压刚度系数)-矩形基础圆形刚性基础的竖向变形（Boussinesq 解）F 为矩形基础的面积u 与地基土的特性(弹性模量 E 和泊松比)有关：与E成正比；u 与基础面积 F 有关：与面积的平方根（边长）成反比。基床系数不是固定的值：土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学动荷载作用下地基土的动刚度系数与静刚度系数相比，增加了另外一个影响因素振动频率土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学动荷载作用下地基土的动刚度系数抗剪刚度系数 Sx、抗弯刚度系数 S、抗扭刚度系数 S 与抗压刚度系数 Sz 之间的关系格式的转换与振动频率有关土动力学基础土动力学
3、基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学u 在图中给出的范围内,4 个系数随无因次频率 a0 的增大而减小。即刚度系数随频率的增大而减小。u 滑移x(a0,)和扭转 (a0,)曲线平缓,动态敏感度不大,与静态接近;u 竖向z(a0,)和摇摆 (a0,)的动态敏感度较大,应当重视工作频率对该类振动地基刚度的影响。随频率的变化规律土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学6.5.2 萨维诺夫经验公式萨维诺夫简化了振动频率对地基刚度系数的影响,提出了考虑面积和压力影响的地基刚度系数的经验公式 竖向摇摆滑移p作用在地基上的静压力(kPa)，包括设备和基础的重量;p0求S10和S20时地基上的
4、标准静压力，统一取p0=20kPa；a,b矩形基础的长和宽m；A基础底面积m2;用于调整量纲，=1m-1；S10，S20当p=p0=20kPa时，与基础底面尺寸无关的地基弹性特征常数；地基土特性 基础尺寸基底压力土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学E0 由室内试验得到的压力不大于 10 20kN/m2 情况下的土样的弹性模量。弹性特征常数多层土的弹性模量土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学工程应用要求：简单、方便、可靠（结合实践）适用于基础底面积基础底面积减小，地基刚度增大，考虑了基底面积的影响。土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学多
5、层土地基的抗压刚度系数（计算深度H=2d）根据经验关系，预估其他类型的振动的刚度系数（注意单位不同）对于有一定埋深的埋置基础的埋深提高系数埋深对地基抗剪、抗弯和抗扭刚度的影响比抗压刚度的影响大得多。回填土需要保证一定的施工质量才可考虑基础埋深的影响。土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学6.6 桩基的集总参数土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学u桩基可用来大幅度提高地基刚度,减少基础振幅。u桩基主要用来提高地基的抗压刚度和抗弯刚度。uGB 500
6、401996 动力机器基础设计规范1 桩基的刚度K 2 桩基的参振质量m 3 桩基的阻尼D土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学预制桩或打入式灌注桩的单桩抗压刚度1 桩基的刚度土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学桩基刚度桩基抗压刚度桩基抗弯刚度桩基的抗剪刚度和抗扭刚度：采用天然地基抗剪刚度和抗扭刚度的 1.4 倍np 为桩数；i 为第 i 根桩的轴线至基础底面形心回转轴的距离(m)。土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学2 桩基的参振质量lt 为桩的折算长度；b、d 为基础底面的长和宽;为地基土的密度。m为机器和机组的质量；土动力学基础土
7、动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学3 桩基的阻尼比质量比D增大摩擦桩：端承桩：承台埋深对阻尼比D的提高作用-埋深比土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学6.7 基础的滑移摇摆耦合振动土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学cx 地基抗剪阻尼系数;Kx 地基抗剪刚度;Ig 基础绕过重心 G 的水平转动轴的转动惯量;c 地基抗弯阻尼系数;K 地基抗弯刚度滑移运动摇摆运动土动力学基础土动力学基
8、础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学1 耦合振动微分方程基础滑移摇摆耦合振动微分方程基础滑移摇摆耦合振动频率方程土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学2 仅考虑弯矩作用下的振动 Prakash 和 Puri(1981,1988)土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学3 水平扰力作用于基础顶面的振动固有频率滑移振动摇摆振动土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学忽略阻尼作用下的解（适用于低频情况）土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学6.8 冲击式机器基础的振动 土动力学基
9、础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学冲击式机器的基础：（1）冲击能量的消散和吸收问题；（2）基础的振动问题.冲击荷载下双自由度系统的振动问题土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学冲击荷载下双自由度系统的振动（不考虑阻尼）（教材有误）平衡方程频率方程固有频率土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学1 和 2 与砧板和基础的运动方 式有关。振动位移初始条件忽略高频振动后的简化解土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学6.9 块体模型基础激振试验 （竖向振动）土动力学基础土动力学基础
10、高彦斌高彦斌 同济大学同济大学u 对于重型或大型振动机器，特殊的或重要的设备及特殊地基或地质变化较大的情况,应通过现场试验来确定地基刚度。地基动力参数的确定方法：（1）弹性理论法；（2）经验法（规范法）；（3）块体模型基础振动试验法。u 块体模型基础激振试验适用于测试天然地基、人工地基和桩基的动力特性,为机器基础的振动和隔振设计提供动力参数。u 方法：模型基础激振获得振动信号（位移、速度、加速度）分析获得动力参数。土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学u 振动方式：试验可以分为竖向激振试验、水平回转向试验和扭转向试验。u 激振方式：分为块体基础自由振动试验和块体基础强迫振动试
11、验。属于周期性振动的机器基础,应采用强迫振动试验。u 基础埋置方式：分为明置和埋置两种。块体模型基础激振试验的类型和参数土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学1 试验仪器和设备 块体模型基础 激振设备（瞬态、稳态）u 尺寸一般为 2.0m 1.5m1.0m,预定位置预埋螺栓，用于安装激振器。u 桩基础应采用2根桩,桩间距应取设计桩基础的间距。u 明置基础基坑坑壁至测试基础侧面的距离应大于500mm;u 坑底应保持测试土层的原状结构,坑底面应保持水平面。u 对埋置基础,其四周的回填土应分层夯实。自由振动铁球,质量宜为基础质量的1/150 1/100旋转偏心块变扰力土动力学基础土
12、动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学2 竖向强迫振动试验-现场布置由小到大改变转速，记录不同转速（激振频率）下的振动信号（加速度、速度）土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学3 竖向强迫振动试验-资料整理绘制频幅响应曲线：振幅A频率f曲线思考：如何由加速度和速度信号得到振幅A土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学4 竖向强迫振动试验-参数求解（常扰力）土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学固有频率（常扰力）竖向振动的参振总质量mz（常扰力）地基或桩基的抗压刚度 Kz和抗压刚度系数 Sz土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学土动力学基础土动力学基础 高彦斌高彦斌 同济大学同济大学
