宝安区厂房楼面承重检测分析

在某工业厂房安装了两台大功率的电动机后，楼地面上出现了较大的振动，操作间内部设备有轻微晃动，相邻操作间也能明显感觉到振动。为了建筑物的使用安全，决定分析振动原因及采取减振措施。初步预测引起振幅较大的原因是增加了动荷载，引起了结构的共振。采用ANSYS建立结构楼面及电动机基础的模型，分析振动的原因并提出相应的减振措施。 
　　工程概况 
　　某厂房的结构形式为多层钢筋混凝土框架结构，楼板为现浇板。各构件均采用C30混凝土，主截面尺寸为500mm×1500mm ，次梁截面尺寸为400mm×700mm，板厚120 
　　mm。两台电动机位移高于楼面1.5m处，电动机重10200kg，采用8点承重方式，重心距楼地面的高度为1.5m。设备的震动频率为16.54Hz（103.9rad/s），动荷载为8.91KN。设备基础放置于主体框架上。 
　　楼面结构的受力分析 
　　有限元建模 
　　为了确定的楼板是否与电动机发生了共振，截取包含设备在内的两根柱梁之间的楼板结构进行分析。梁上或梁边的临时堆载、人群出现时的短暂质量等临时质量对楼面的实际振动有一定的影响，但它们所提供的质量阻尼相对于结构的刚度阻尼仅占很小的份额，所以在建模时将其略去。 
　　按照提供的厂房楼面板梁尺寸建立ANSYS模型。楼板、梁和电动机基础采用solid65混凝土单元模拟，电动机以及附属设备的质量采用mass21质量单元模拟。在主梁与柱的连接面处将主梁固结，并且约束了板的各个边的水平位移。模型与单元如图1所示： 
　　 
　　图1结构的有限元模型 
　　模态分析 
　　采用ANSYS的模态分析模块对结构进行模态分析。因设备的振动频率比楼板的固有频率低，与设备可能发生共振的只能是楼板较低的固有频率，利用Black-Lanes法提取模型的前十五阶固有频率来分析，其固有频率值见表1所示。 
　　表1 结构的前十五阶固有频率 
　　 
　　 
　　结构的一阶固有频率为16.847，和设备的工作频率16.4非常接近，设备的工作频率接近共振区，初步判定设备和楼板结构发生了共振。 
　　谐响应分析 
　　根据模态分析的结果对结构进行谐响应分析以确定是否是共振引起的楼面振动。在电动机位置的集中质量上施加大小为8.91KN、频率为16.54Hz简谐荷载，得到结构的谐响应曲线,如图2所示。 
　　 
　　图2 原结构中节点的位移幅值-频率关系曲线 
　　由图可见在16.4Hz处结构的位移发生了突变，Zui大的动位移为1.6cm。因此，可以判定设备和楼面发生了共振。 
　　楼面结构的优化 
　　为了将楼板的振动控制在合理的范围内，本文对楼板和次梁的尺寸进行了优化，以增加结构的固有频率，避免共振。 
　　针对楼板的优化 
　　楼板采用0.1m、0.12m、0.14m、0.16m、0.18m、0.2m五种厚度对结构进行模态分析，得到结构的前十阶固有频率，见表2所示。 
　　表2 结构的前十阶固有频率