筛振设备-压型钢板混凝土组合楼板耦合体系振动频率计算方法与流程

本发明涉及振动与控制结构，具体涉及一种筛振设备-压型钢板混凝土组合楼板耦合体系振动频率计算方法。

背景技术：

1、目前针对楼板竖向振动问题，国内外学者都进行了大量研究。众所周知，振源激励导致楼板出现共振现象是楼板振动问题的根源所在。国内外工程中楼板与动力设备共振时有发生，轻则不利于正常作业，让结构出现裂缝，重则毁坏主体结构，引发重大人身安全事故，不但会有经济损失，社会影响也非常恶劣。共振现象通常出现振动厂房之内，噪声常常比较大，容易引起人们情绪波动，产生焦虑、烦躁等负面情绪，并对身体产生损害。另外，振动使精密设备功能受到不同程度干扰或完全破坏，不利于保证加工精度与光洁度，成品质量下降，加快构件疲劳与磨损，设备与结构物寿命随之减短，也容易造成结构大变形破坏，影响十分严重。

2、筛振设备激励工业厂房压型钢板混凝土组合楼板出现共振情况近年来尤为突出，其原因主要是一方面是筛振设备工作频率和楼板固有振动频率比较接近：在安装筛振设备的压型钢板混凝土组合楼板体系中，多层框架压型钢板混凝土组合楼板一阶固有频率常常约为15hz左右，筛振设备运行频率多在10-20hz，两者差别较小。另一方面则是常规的振动控制方法主要是分别计算楼板固有频率和振源设备运行频率并尽可能在设备采购和设计阶段差别最大化，但筛振设备附加设备基座安装在压型钢板混凝土组合楼板体系中后，振动设备及其设备基础耦合压型钢板组合楼板导致结构局部刚度、强度发生了较大变化，楼板固有振动频率前后差异较大。常规避免共振大多是选取筛振设备工作频率尽可能远离楼板固有自振频率，一但两者频率区间差别较小且筛振设备及基座耦合压型钢板钢筋混凝土组合楼板后导致楼板固有自振频率变化，常会导致按照此常规方法设计安装的筛振设备极易与压型钢板混凝土组合楼板自振频率过于接近而发生共振。

3、目前，相关楼板振动分析的研究络绎不绝，但大部分集中在结构自振频率有限元分析或共振加固方面，对筛振设备及基座耦合压型钢板混凝土组合楼板导致耦合体系固有振动频率发生较大变化的研究较少，且缺乏比较简要明确的计算方法，有必要进一步研究和明确。

技术实现思路

1、本发明旨在克服上述现有技术方案存在的缺点，提出一种筛振设备-压型钢板混凝土组合楼板耦合体系振动频率计算方法，该方法能够比较准确的评估筛振设备及基础对楼板自振频率的影响，从而最大程度降低了筛振设备与压型钢板混凝土组合楼板结构发生共振的可能性，避免共振发生导致的人员舒适度及设备体系运行安全问题以及可能的修复加固问题，可以获得良好的环境效益及经济效益。

2、为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：

3、一种筛振设备-压型钢板混凝土组合楼板耦合体系振动频率计算方法，包括：

4、步骤1，获取压型钢板组合楼板和设备基础对楼板固有自振频率的影响系数参数ξ1h，ξ1h通过公式(1)计算得到：

5、

6、其中l为压型钢板混凝土组合楼板短跨方向宽度，h为压型钢板混凝土组合楼板总厚度，l0为设备基础平行于楼板短跨方向宽度，h0为设备基础厚度；

7、步骤2，获取筛振设备工作频率对压型钢板组合楼板固有自振频率的影响系数参数η1h，η1h通过公式(2)计算得到：

8、

9、其中若则η1h＝0(研究分析结果表明，设备基础新增单位刚度占比设备基础-压型钢板混凝土组合楼板耦合后单位宽度刚度小于1/4时，振动设备对压型钢板组合楼板固有自振频率影响较小，几乎可以忽略)；b为压型钢板混凝土组合楼板单位宽度刚度，bs为设备基础-压型钢板混凝土组合楼板耦合后单位宽度刚度；

10、步骤3，确定筛振设备工作频率fhh，确定筛振设备支座安装形式，若筛振设备基座为弹簧隔振支座，筛振设备工作频率对压型钢板组合楼板固有自振频率的影响应为负作用(即减小)，则记为-fhh；若筛振设备基座为刚性支座，筛振设备工作频率对压型钢板组合楼板固有自振频率的影响应为正作用(即增大)，则记为fhh；

11、步骤4，获取筛振设备-压型钢板混凝土组合楼板耦合自振频率f1h，f1h通过公式(3)计算得到：

12、

13、其中f11为压型钢板组合楼板固有一阶振动频率。

14、步骤2中，压型钢板混凝土组合楼板单位宽度刚度b的计算方法详见《钢结构设计标准》(gb50017-2017)14.4.2。

15、步骤2中，设备基础-压型钢板混凝土组合楼板耦合后单位宽度刚度bs的计算方法为：

16、

17、其中e为压型钢板混凝土组合楼板钢梁弹性模量，n为考虑混凝土徐变后，钢材和混凝土的弹性模量比。

18、本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

19、本发明首次提出了一种考虑筛振设备和设备基础耦合作用的筛振设备-压型钢板混凝土组合楼板自振频率计算方法，综合考虑设备基础高度、宽度、刚度，压型钢板楼板跨度、高度、刚度和筛振设备工作频率的影响，以获得筛振设备-压型钢板混凝土组合楼板耦合振动频率。本发明的计算方法还可以进一步定量计算不同参数对体系自振频率的影响；由于计算需要考虑的参数众多，因此在试验和理论分析的基础上采用了有限元数值模拟进行参数化分析，基于这些数据进行拟合得到了耦合体系自振频率计算方法。通过本发明的计算方法得到的筛振设备-压型钢板混凝土组合楼板耦合振动频率准确度高，误差较小，可避免筛振设备-压型钢板混凝土组合楼板耦合体系自振频率计算不准确导致的筛振设备设计工作频率与体系自振频率过于接近而共振的问题。与现有规范和设计手册相比，本发明的计算方法可以考虑筛振设备及设备基础对耦合体系的影响作用，基于试验和数值模拟，本发明的计算方法对筛振设备-压型钢板混凝土组合楼板耦合振动频率准确率提高20％以上。

技术特征：

1.一种筛振设备-压型钢板混凝土组合楼板耦合体系振动频率计算方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的筛振设备-压型钢板混凝土组合楼板耦合体系振动频率计算方法，其特征在于：步骤2中，设备基础-压型钢板混凝土组合楼板耦合后单位宽度刚度bs的计算方法为：

技术总结
本发明公开一种筛振设备‑压型钢板混凝土组合楼板耦合体系振动频率计算方法，包括：步骤1，获取压型钢板组合楼板和设备基础对楼板固有自振频率的影响系数参数ξ<subgt;1h</subgt;，步骤2，获取筛振设备工作频率对压型钢板组合楼板固有自振频率的影响系数参数η<subgt;1h</subgt;，步骤3，确定筛振设备工作频率f<subgt;hh</subgt;，步骤4，获取筛振设备‑压型钢板混凝土组合楼板耦合自振频率f<subgt;1h</subgt;；该方法能够比较准确的评估筛振设备及基础对楼板自振频率的影响，从而最大程度降低了筛振设备与压型钢板混凝土组合楼板结构发生共振的可能性，避免共振发生导致的人员舒适度及设备体系运行安全问题以及可能的修复加固问题，可以获得良好的环境效益及经济效益。

技术研发人员：李进,桂本,朱斌,张海涛,谭业贵,戴慧,张航,杨刚,张纯康,林凡伟,王峰
受保护的技术使用者：中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15