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车间设备对厂房建筑结构振动的影响

 论文栏目:建筑结构论文     更新时间:2018/1/3 11:17:52   

摘要:某厂房车间各类动力机器运转过程中产生的振动较大,为防止振动过大而影响生产并危及厂房结构安全,对该厂房车间的振动速度及振动频率进行监测,以实时监测数据为依据,并根据我国现行有关规范标准,判断机器运转时产生的振动对建筑结构的影响程度。结果表明,现有工况条件下厂房车间各类动力机器的运转产生的振动符合国家相关安全规范的要求,不会对厂房车间建(构)筑物结构安全产生影响。

关键词:振动监测;结构安全;分析

前言

高伟光学电子有限公司位于东莞市寮步镇横坑工业区禾合田村高伟工业园,主要生产手机摄像头、DVD用光学镜片、各种读写磁头等产品。由于该厂区内无尘车间各类动力机器的运转产生振动,为防止振动过大而影响生产并影响结构安全,高伟光学电子有限公司委托广东省地震工程勘测中心对其厂房无尘车间各类动力机器运转时产生的振动对建筑结构造成的影响进行振动速度及振动频率的检测,通过进行振动检测对厂房车间建筑结构的受振动影响程度进行评估。

1检测仪器

本次厂房结构振动检测使用TC-4850工程爆破振动检测仪,该检测系统主要由振动拾振器(速度传感器)、TC-4850数据采集器、电脑等以及专用的分析处理软件、供电系统及其它附属设施组成,可同时测量多个分向的振动速度量及振动频率。该型仪器性能优良,灵敏度高[1],是目前工程振动检测领域中广泛使用的一款仪器,使用前经过严格标定计量。仪器系统性能指标见表1。进行现场振动检测或监测时,将仪器布置在技术方案确定的具有代表性的检测点上,设备运转过程中产生的振动以厂房的结构为介质传播到地面,振动传感器检测到振动信号后,将其转换成电信号送入数据采集器中,并完成放大、采集等一系列工作。电脑通过采集器的采集端口与采集设备进行连接,可以进行数据的导出操作、数据的实时记录情况、仪器设备的参数状况等一系列数据处理工作。

2振动布局及检测

我单位派遣技术人员查勘了该工程的现场情况及周边建(构)筑物的现状,结合国家现行有关规范、标准,拟订了检测技术方案。数据处理采用与TC-4850配套的IDTS数据分析程序。进行数据处理时,从导出的实时波形记录图上找出振幅的最大值,选定后程序可以自动计算出振动的最大速度值和主振频率[2],等价地动速度的计算公式为:(1)其中[3]:Xi为i频点的等价地动速度(um/s);Yi为i频点的最大采样幅值;Ci为i频点的速度响应灵敏度。本次振动检测的8个检测点分别检测了4个框架柱及4个框架主梁与小梁的振动数据,共计8个检测点次。厂房车间内8个检测点按照车间现场动力机器分布情况,布设于机器产生振动对建筑结构影响明显处,分别布设于车间机器下方4个框架柱及4个框架主梁与小梁上(见图1)。检测数据分析时节选各个时间段中最大的振动数据,每个检测点次包括一组振动数据,每组振动数据包括三个分向的振动速度量和主振频率,一共得到6个与设备产生振动影响有关的参数[4],振动检测数据分析结果呈现以下规律:(1)1号检测点布设于自编三号梁上,检测时间段为14:07:56至15:15:37。该检测点共计记录344检测点次机器振动数据,每组振动数据包括三个分向的振动速度量和主振频率,一共得到2064个与车间机器振动相关的参数。其中检测到的最大数据为0.0917cm/s,频率为45.45Hz。有效数据中小于0.02cm/s的有0个,0.02cm/s至0.05cm/s之间的有67个,0.05cm/s至0.1cm/s之间的有23个;主频分布范围:有效数据中小于10Hz的有0次,10Hz至20Hz之间的有79次,20Hz至30Hz之间的有6次,30Hz至50Hz之间的有4次,大于50Hz的有1次,频率以20Hz至30Hz之间最为常见。(2)2号检测点布设于自编三号柱上,检测时间段为14:14:14至15:10:11。该检测点共计记录21检测点次机器振动数据,每组振动数据包括三个分向的振动速度量和主振频率,一共得到126个与车间机器振动相关的参数。其中检测到的最大数据为0.0991cm/s,频率为33.33Hz。有效数据中小于0.02cm/s的有29个,0.02cm/s至0.05cm/s之间的有27个,0.05cm/s至0.1cm/s之间的有1个;主频分布范围:有效数据中小于10Hz的有0次,10Hz至20Hz之间的有21次,20Hz至50Hz之间的有25次,50Hz至100Hz之间的有7次,大于100Hz的有4次,频率以20Hz至50Hz之间最为常见。(3)3号检测点布设于自编一号梁上,检测时间段为14:20:06至15:04:35。该检测点共计记录195检测点次机器振动数据,每组振动数据包括三个分向的振动速度量和主振频率,一共得到1170个与车间机器振动相关的参数。其中检测到的最大数据为0.1551cm/s,频率为11.24Hz。有效数据中小于0.02cm/s的有2个,0.02cm/s至0.05cm/s之间的有64个,0.05cm/s至0.1cm/s之间的有13个,0.1cm/s至0.2cm/s之间的有20个;主频分布范围:有效数据中小于10Hz的有3次,10Hz至20Hz之间的有77次,20Hz至50Hz之间的有19次,50Hz至100Hz之间的有0次,大于100Hz的有0次,频率以10Hz至20Hz之间最为常见。(4)4号检测点布设于自编一号柱上,检测时间段为14:23:29至15:00:56。该检测点共计记录184检测点次机器振动数据,每组振动数据包括三个分向的振动速度量和主振频率,一共得到1104个与车间机器振动相关的参数。其中检测到的最大数据为0.0415cm/s,频率为24.39Hz。有效数据中小于0.02cm/s的有23个,0.02cm/s至0.05cm/s之间的有21个,0.05cm/s至0.1cm/s之间的有22个;主频分布范围:有效数据中小于10Hz的有3次,10Hz至20Hz之间的有17次,20Hz至50Hz之间的有46次,50Hz至100Hz之间的有0次,大于100Hz的有0次,频率以20Hz至50Hz之间最为常见。(5)5号检测点布设于自编四号小梁上,检测时间段为14:32:42至15:51:09。该检测点共计记录349检测点次机器振动数据,每组振动数据包括三个分向的振动速度量和主振频率,一共得到2094个与车间机器振动相关的参数。其中检测到的最大数据为0.0822cm/s,频率为42.55Hz。有效数据中小于0.02cm/s的有3个,0.02cm/s至0.05cm/s之间的有65个,0.05cm/s至0.1cm/s之间的有34个;主频分布范围:有效数据中小于10Hz的有2次,10Hz至20Hz之间的有66次,20Hz至50Hz之间的有34次,50Hz至100Hz之间的有0次,大于100Hz的有0次,频率以10Hz至20Hz之间最为常见。(6)6号检测点布设于自编四号柱上,检测时间段为14:37:22至15:44:25。该检测点共计记录144检测点次机器振动数据,每组振动数据包括三个分向的振动速度量和主振频率,一共得到864个与车间机器振动相关的参数。其中检测到的最大数据为0.0276cm/s,频率为28.57Hz。有效数据中小于0.02cm/s的有57个,0.02cm/s至0.03cm/s之间的有42个;主频分布范围:有效数据中小于10Hz的有5次,10Hz至20Hz之间的有57次,20Hz至50Hz之间的有37次,50Hz至100Hz之间的有0次,大于100Hz的有0次,频率以10Hz至20Hz之间最为常见。(7)7号检测点布设于自编二号小梁上,检测时间段为15:24:24至16:04:14。该检测点共计记录153检测点次机器振动数据,每组振动数据包括三个分向的振动速度量和主振频率,一共得到918个与车间机器振动相关的参数。其中检测到的最大数据为0.0877cm/s,频率为21.05Hz。有效数据中小于0.02cm/s的有0个,0.02cm/s至0.05cm/s之间的有42个,0.05cm/s至0.1cm/s之间的有24个;主频分布范围:有效数据中小于10Hz的有2次,10Hz至20Hz之间的有60次,20Hz至50Hz之间的有3次,50Hz至100Hz之间的有1次,大于100Hz的有0次,频率以10Hz至20Hz之间最为常见。(8)8号检测点布设于自编二号柱上,检测时间段为15:35:46至16:06:43。该检测点共计记录65检测点次机器振动数据,每组振动数据包括三个分向的振动速度量和主振频率,一共得到390个与车间机器振动相关的参数。其中检测到的最大数据为0.0248cm/s,频率为52.63Hz。有效数据中小于0.02cm/s的有58个,0.02cm/s至0.03cm/s之间的有11个;主频分布范围:有效数据中小于10Hz的有3次,10Hz至20Hz之间的有35次,20Hz至50Hz之间的有25次,50Hz至100Hz之间的有4次,大于100Hz的有2次,频率以10Hz至20Hz之间最为常见。

3检测结果分析

本次监测结果评估依据国家标准《建筑工程容许振动标准》(GB50868-2013)[5]及ISO推荐的建筑振动速度标准,振动速度超过10mm/s时有可能损坏[6]。因考虑仪器运转过程中产生的振动对厂房结构的影响因素较多,因此对厂房结构造成影响的限值也差别较大,应结合本次厂房结构实际情况分析判定。振动对厂房结构的影响与振源(仪器运转时产生的振动)的幅频特性、厂房结构特性、厂房结构部位和厂房构架老旧程度等多种实际因素有关[7],所产生的振动对厂房的影响限值也有所不同[8],故根据ISO推荐中的建筑可能受到损坏的振幅限值相关规定执行,若检测出的结果超过控制标准,则说明厂房无尘车间各类动力机器运转时产生的振动对建筑结构安全产生了影响,应对动力机器设置隔振器进行主动隔振,若检测出的结果不超过此标准,则可以认为该设备运转时所产生的振动对厂房的建筑结构不会造成影响[9]。振动控制标准的确定:本次需要进行检测的是厂区内无尘车间各类动力机器运转时产生的振动对区域周围的建筑结构影响,该区域的建筑属于工业厂区建筑的钢筋混凝土框架结构,根据《建筑工程容许振动标准》(GB50868-2013)中工业建筑的安全允许振速不超过0.6cm/s~1.5cm/s,结合ISO推荐的建筑振动速度标准得出本次检测结果的限值[10],但下列影响振动问题的特点与影响检测的因素必须加以考虑:(1)振动有共振现象,发生共振时振动要放大。对混凝土结构,振动可放大10~20倍。(2)该车间动力机器的运转是一个长期重复的使用过程,振动效应的累积叠加可能导致较小的振速产生较大的叠振效应。综合上述因素,再结合本厂房的建筑结构实际情况,按照以往的检测经验,应适当降低本次厂房车间振动允许安全振速标准,本次无尘车间各类动力机器的运转产生振动对车间建筑结构影响检测,以安全允许振速V=0.5cm/s作为本工程检测的允许安全振速是科学合理的。

4结论

根据以上标准的确定,结合检测数据处理结果,对于本次厂房无尘车间各类动力机器运转时产生的振动对建筑结构影响进行的振动检测的8个检测点,检测到的1455组与车间机器振动相关的数据均低于安全控制标准,最大的振动数据0.1551cm/s相当于安全控制标准0.5cm/s的十分之三左右,其余振动数据均小于控制标准的规定。该次检测记录到振动参数的主振频率数据区间最为频繁是出现在10Hz至50Hz之间,此主振频率普遍高于一般厂房建筑物的自振频率,只有少数几次低于10Hz与建筑物自振频率相近。可以认为,该种工况条件下厂房无尘车间各类动力机器的运转产生振动符合国家相关安全规范的要求,不会对厂房车间建(构)筑物结构安全产生影响。

参考文献

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作者:柴荣建 单位:广东省地震工程勘测中心

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