1、 地基刚度对框架式动力基础的振动影响分析【摘 要】本文通过对框架式动力基础地基刚度的探讨，提出了地基按刚性考虑的条件，并采用工程实例进行了动力分析。【关键词】框架式动力基础；刚性地基1 概述动力基础的结构型式，一般根据机组用途、制造厂的要求、地基等不同情况，分别采用大块式、墙式和框架式基础类型。在工程设计中，经常遇到很多框架式动力基础，根据动力机器基础设计规范 ，当框架式动力基础按空间多自由体系进行振动计算时，对机组工作转速等于 3000r/min 基础，地基可按刚性考虑； 对机器工作转速小于 3000r/min 的基础，则地基宜按弹性考虑。地基按刚性还是按弹性考虑，存在下面两个问题。1.1
2、很多框架式动力基础柱的竖向刚度大于地基的竖向刚度，包括天然地基和人工地基，构成上部刚度大，地基柔软头重脚轻的结构体系。由于地基柔软，基础在振动过程中易发生倾斜。所以地基刚度需要提高。1.2 在以前的一些工程中，不管动力机器转速高低和柱刚度大小，只要对地基进行了处理，例如对软弱土进行了换填或者采用桩基等，地基都按刚性考虑，这是一种误解。事实上，单纯的进行换土处理或仅采用桩基，往往地基刚度还比柱刚度要小，这样，对于低转速机器的低转动频率，按弹性地基考虑才能计算出比较真实的基础频率，振动计算结果才能比较符合实际。如果不符合实际的盲目的按刚性地基考虑，计算出的偏高的自振频率与机器的频率避开了共振，但实
3、际上真实的自振频率可能与机器的频率发生共振，造成振动过大，这种情况时有发生。对于振动要求比较高的高转速机器框架式动力基础，地基按刚性考虑时，地基刚度自然越大越符合实际，地基刚度大于柱的刚度为好。要做到这一点，一方面柱截面不能过大，另一方面要采取有效措施提高地基刚度。对于转速小于 3000r/min 的动力机器，地基一般要按弹性考虑，如果地基按弹性考虑，由于计算方法等原因难以实现而按刚性考虑时，一般也要采取措施提高地基刚度。建议地基刚度至少大于 1.5 倍的柱刚度条件，地基可按刚性考虑时。下面结合实例进行探讨。2 工程实例及动力分析某制氧空压机基础为框架式动力基础，压缩机的转子重量5170kg，
4、转速 5172r/min，电机转子重量 9980kg，转速 1495r/min,根据压缩机生产厂家的要求，基础顶板允许振动速度不超过 5mm/s。根据地质报告，地基第一层土为粘性土混砾砂土层，该土层厚度15m，土的承载力特征值 fak=200kpa，压缩模量 es=8.0，该土层的力学性能较好，稳定性、均匀性较好。第二层土为强风化粉砂岩，承载力特征值 fak=300kpa.框架动力基础见图 a。在该工程中，压缩机的转速 5170r/min 按照动力基础规范条款，地基按刚度地基考虑； 而电机的转速为 1495r/min，地基按弹性地基考虑。但该工程地质情况较好，持力层为 fak=200kpa的粘
5、土混砾砂层，在以前的一些工程中，地基通常直接按刚性考虑。现运用 sap2000 程序对实例进行分析，根据动规 ，电机的转子产生的竖向、横向的扰力值 pgi=0.16wgi=0.16x99.8=16kn。完成动力基础的建模、定义荷载工况、分析工况以及函数等一系列步骤后，进行稳态分析。在模型上选两个节点（joint130、joint593） 。首先假定地基为刚性,对框架柱脚进行刚接模拟，节点 130、593竖向速度的稳态分析如下:（横轴为频率，纵轴为竖向速度，下同）接下来按实际的地基情况进行地基刚度计算。动力基础采用 c30混凝土，其弹性模量 ec=0.3x108kn/m2。参照动规表 3.3.2
6、 查得天然地基的抗压刚度 cz 为 45000kn/m3。计算基础埋深的抗压刚度提高系数 az运用 sap2000 ,假定地基刚度为 6.67x106kn/m,对框架柱脚进行弹性模拟，节点 130、593 竖向速度稳态分析如下:从上面的分析来看，地基刚度按天然地基考虑时，曲线不光滑，峰值较大，并峰值位置接近电机的额定频率 25;与假定基础按刚性考虑的分析有较大差距。故天然地基，粘性土混砾砂土层不能满足按刚性考虑的要求，需要采取措施提高基础的刚度。地基处理采用成孔灌注桩来提高基础的刚度，桩的直径 1.1m，桩长约 15m，桩端进入强风化粉砂岩 1m。桩布置见图 b.参照动规表 3.3.14 查得
7、桩周土的当量抗剪刚度系数 cpt 近似为 15000kn/m3 ,查表 3.3.15 得桩尖土的当量抗压刚度系数cpz 近似为 2000000kn/m3。桩基与天然地基共同作用后基础的竖向刚度满足了 1.5 倍的柱竖向刚度，运用 sap2000，假定地基刚度为 46.96x106kn/m,对框架柱脚进行弹性模拟，节点 130、593 竖向速度的稳态分析如下:从上面分析来看, 桩基与天然地基共同作用后基础的竖向刚度满足了 1.5 倍的柱竖向刚度的条件，其分析曲线与地基按刚性考虑的曲线基本一致，曲线较光滑，峰值均小于 5mm/s，并且峰值位置远离电机的额定频率 25。2 结论总之,建议地基刚度至少大于 1.5 倍的柱刚度，地基按刚性考虑是可行的。对于软土地基而言，除对柱截面进行合理的选择外，可以采用桩基或回填等措施提高刚度，满足地基按刚性考虑条件。这样在运用 sap2000 等分析程序对框架基础建模时，减少了对地基刚度进行弹性模拟的繁琐步骤，可直接设定框架柱脚刚接。参考文献1动力机器基础设计规范 ，中国计划出版社，19972动力机器基础设计手册 ，中国建筑工业出版社，1983
