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各位同学 大家好

这节课我们来学习

动力基础设计与分析

首先让我们思考一下

什么情况

桩基础会需要考虑动力响应

这类基础上出现了什么类型的荷载

通常

基础所受动载激励可以分为三类

往复振动激励

冲击激励和旋转激励

现在让我们来看看

这三类激励荷载

是有什么特征

往复振动激励会产生周期性的不平衡力

这种激励的不平衡力的变化

可表示为正弦曲线

桩顶简谐激励

通常超过600转/分钟

冲击激励

顾名思义

桩顶产生冲击载荷

例如打桩机锤击施工形成的冲击荷载

在这样的激励中

动载会在非常短的时间内累积

然后又完全消失

这类激励的运行速度是每分钟60到150次

最后是扭转激励

例如涡轮发电机

和旋转式压缩机提供的激励荷载

它们的运行速度在

1500

到10000转每分钟之间

介绍完这三种激励

我们思考一下他们的区别究竟是什么

我们看到

在往复式激励的情况下

荷载是正弦变化的

在冲击激励的情况下

它的荷载离开后会完全消失

然而

在旋转激励的情况下

运行频率最高

为了更好的描述动载

让我们先来学习几个动载相关的专有名词

首先是振动

任何与时间相关的平移

或旋转的重复运动

运动体具有质量和弹性

都被称为振动

这一定义的关键信息在于

时间相关的行为

重复运动

运动体的质量和弹性

物体的振动运动

可以是三种类型

即周期性的

随机的

或瞬态的

在随后的幻灯片中

我们将进一步解释这些定义

振幅

是从静态平衡的位置

发生的最大位移

想象你正在面对一个钟摆

初始状态你会看到

它是静止的

静态的位置是垂直的

如果它开始振动

两侧位移所获得的最大位移

称为它的振幅

循环

当运动重复自身运动时

在一个特定的时间段内循环运动完成一次

就是运动的循环

这里我们把这一特定的时间段称为一个周期

阻尼

它是由于运动界面的摩擦

或任何其他原因

产生的运动阻力

如果在自然界中没有阻尼

任何振动都会无限持续下去

这显然与我们的自然规律不符

因此阻尼是广泛存在于自然界中

当阻尼力与振动体的速度成比例时

在这种情况下

我们可以将阻尼称为粘滞阻尼

周期

在特定的时间间隔

运动将越过其平衡位置

我们再以钟摆为例

你可以发现

当它从振幅位置到达垂直平衡位置

然后到达

另一振幅位置

最后回到原来位置

这一特定时间往复的运动

被称为周期性运动

频率

描述运动的重复速率

以每秒的弧度或每秒周期表示

也称为赫兹

这是一个非常重要的术语

因此

频率是一个与周期成倒数的概念

我们将在后续介绍中反复使用这些概念

因此请大家必须明确这些术语的定义

当作为振动机器的支承结构

动力基础应满足什么标准呢

我们之前学习过在静态载荷作用下

浅基础或桩基础承受上部静载作用

然而作为振动机器基础

还要考虑额外的动态载荷

因此

它受到静态载荷和动态载荷的组合

我们必须保证

静态负载时

它是安全的

下部土体不会发生剪切破坏

基础的沉降不应超过该基础的允许值

动态载荷下应该满足什么条件呢

我们知道共振时

系统的响应或系统的振幅是最大的

因此

动力基础首先应该没有共振

也就是说

基础土体系统的固有频率

应该大于或小于机器的工作频率

以免发生共振破坏

其次

在机器的工作频率下

振动的幅度应该在允许的范围内

此外

操作机器时

附近都会有一些基础或建筑

或者有些人会在附近区域工作

从环境保护角度来看

振动不应该使人难受

或者对临近机器结构有害

总结下来

机器振动基础有三个标准

首先是不应该有任何共振

不应达到共振条件

第二个是

与机器的运行速度相关的幅度

不应该超过它允许的极限

最后

振动不应该是危害人的健康

或者对附近机器是有害的

为了描述共振的危害

请大家看这张图

横坐标为振动频率

纵坐标为振动的幅值响应

系统的振动没有阻尼存在

我们从图中可以看到

当振动达到一个特有频率时

振动幅值可以达到一个极大的数值

在数学描述中

我们可以认为这个时候系统的

刚度矩阵达到行列式为零的状态

任何微小的激励

都会导致极大的振动响应

过去就存在军队列经过桥梁

使其发生共振

最终导致结构坍塌的情况发生

因此

基础结构设计应该完全避免

共振的情况发生

然而

当这一振动存在阻尼时

又会如何呢？

这张图显示了频率比

与不同幅度的阻尼系数的

对应关系

阻尼系数用zeta表示

正如你们看到的那样

阻尼系数从1减少到0.5

慢慢过渡到0

峰值越来越大

峰值点向右移动

当阻尼为零时

振幅变为无穷大

也就是我们之前提到的共振现象发生

我国现行的动力基础指导规范

是96年版的

《动力机器基础设计标准》

编号为GB 50040-96

在2018年住建部发布新版征求意见稿

相信不久

就会有新版的《动力机器基础设计标准》出现

规范中明确按

照动力荷载的特征

将动力基础分为扭转式

往复式

冲击式等类型

为与静载设计统一

规范中提出地基承载力的

动力折减系数这一概念

其数值与地基的类型有关

规范中给出了推荐值列表

在变形控制方面

规范中采用动力机器基础的

最大振动位移

速度

或加速度作为评价标准

对动力基础的响应进行控制

随着新版规范的推出

相信在不久的将来

工程设计人员会更多的考虑

动力载荷载的影响效应

科研人员也将致力于推动

动力效应的计算方法研究

同学们

本节课我们学习了

动力基础的基本概念

以及

设计过程中的注意事项

希望我的讲解

能引导大家

更好地学习这一章节的知识

更好地将所学知识

运用工程实际中

解决工程问题

这就是本章的全部内容

谢谢观看