CN109706957A - 一种巨型液压振动台基础振动台设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种巨型液压振动台基础振动台设计方法，包括：步骤一，确定基础初步设计方案确定：根据委托方提供的基本设计参数进行基础的初步设计，制定基础初步设计方案；步骤二，制定基础详细的设计方案，包括：在振动台基础内部增加动力间、操作间以及其它的辅助结构，然后建立有限元模型，对其进行模态分析，计算振动台基础各阶振型的固有频率和振型质量参与系数，将上一步模态分析得出的固有频率的最小值即基本频率fv，与振动台基本频率容许值[f]相比较；步骤三，确认最终方案：采用计算程序对振动台基础的隔振性能进行数值分析，计算振动台基底的最大位移量Sv，通过与规范进行比较，看其是否符合要求；步骤四，细化基础设计方案。

Description

一种巨型液压振动台基础振动台设计方法
技术领域
本发明涉及振动控制领域，特别是涉及巨型液压振动台基础振动台设计方法。
背景技术
巨型振动台运行时基础强振动对周围地面及建筑造成剧烈危害，现有技术主要为直接增大基础质量对基础进行减振，其主要技术缺陷如下：
1、单一方案，减振效果有限。通过增大基础质量进行减振的方法，需要开挖大面积土方，施工难度大，工程成本高，而且仅采用单一方法减振，减振效果有限。
2、现有规范难以解决巨型振动台运行时基础强振动对周围地面及建筑造成剧烈危害的问题。
发明内容
为了克服现有技术之不足，本发明提出了一种减振处理方法，该方法可以协调振动台基础和周边建筑基础的不均匀沉降，避免振动台基础和周边土体发生共振，同时可以减轻两者共振引起的振动传递对周边环境造成的危害。该设计工艺逻辑清晰、施工简单、性价比高。该处理工艺的发明构思在于：先根据液压振动台设计参数制定基础的初步设计方案，通过计算相同深度下振动台基础基底承载密度ρv和周围建筑基底承载密度ρs的比值，多次优化初步设计方案，避免两者产生不均匀沉降。然后制定基础详细设计方案，对基础进行模态分析，多次调整详细设计方案，改变基础的基本频率，避免振动台基础和周围土体发生共振。接着对振动台进行数值分析，计算振动台基底的最大位移，多次调整初步和详细设计方案，确保满足相关规范要求，这样可以有效减轻振动台振动强振动对周围环境的影响，最终细化设计方案，绘制工艺图和设计图、施工图。
本发明的目的在于提供一种巨型液压振动台基础振动台设计方法，包括：
步骤一，确定基础初步设计方案确定：根据委托方提供的基本设计参数进行基础的初步设计，制定基础初步设计方案；
步骤二，制定基础详细的设计方案，包括：根据实际需求，在振动台基础内部增加动力间、操作间以及其它的辅助结构，然后建立有限元模型，根据实际结构中作动器的出力指标、土体对振动台基础的作用力、振动台模拟实验荷载的极限值，钢弹簧阻尼器的承载限度，对有限元模型设置边界条件，其后对其进行模态分析，计算振动台基础各阶振型的固有频率和振型质量参与系数，将上一步模态分析得出的固有频率的最小值即基本频率fv，与振动台基本频率容许值[f]相比较，使得振动台基础频率小于其容许值；
步骤三，确认最终方案：为定性研究振动台基础振动控制是否有效，采用计算程序对振动台基础的隔振性能进行数值分析，计算振动台基底的最大位移量Sv，通过与规范进行比较，看其是否符合要求；
步骤四，细化基础设计方案：在最终方案的基础上，满足设计规范要求的前提下，进行工艺图、设计图、施工图的设计及绘制。
优选的，所述基本设计参数包括液压振动台的实验尺度、自由度维度及数量、作动器的规格和数量、振动台自重及其极限承载。
优选的，所述步骤一还包括结合《动力机器基础设计规范》、《建筑振动容许标准》、《液压设备设计规范》进行基础初步设计方案确定。
优选的，所述步骤一中初步设计方案包括振动台的尺寸、极限工况重量以及需要用到的辅助设施，所述极限工况重量包括所有的质量。
优选的，所述步骤一还包括：为了解决振动台基础因土层结构和土面施力情况不同而产生的不均匀沉降导致振动台模拟实验真实度下降和建筑墙面开裂、墙体破损的问题，计算振动台基础单位面积上的密度ρv与周边基础相同深度基底承载密度ρs的比值。如果大于等于容许值[η](1.5～2.0)，则对设计方案再次调整，否则进行步骤二。
优选的，所述步骤二还包括：若fv＜[f]，则表明通过大基础的吸能、钢弹簧阻尼器的耗能、隔振层的设置等措施，振动台传出的振动对周边建筑物的影响已被减弱到环境容许值，若fv＞[f]，则振动台基础可能会和周围土体发生共振，对周围环境的影响较大，这种情况下需要对基础详细的设计方案进行调整。
优选的，所述步骤三包括：Sv≤[S]时，则可以确定最终的控制方案，当Sv＞[S]则计算方案迭代次数Nv，确认方案总数[N]并将其作为判别上限次数，若Nv≤[N]，则对基础详细方案重新优化，若Nv＞[N]，则对基础初步设计方案重新优化。
本发明的有益效果：
(1)一种巨型液压振动台基础强振动控制处理工艺，先对振动台基础初步设计，将振动台和周围基础的基底承载密度的比值作为判断条件，多次调整初步设计方案，可以有效避免振动台基础的不均匀沉降；然后对基础详细设计，通过有限元分析计算基础基本频率，将其与容许值比较，反复调整方案，直至满足要求，可以有效避免振动台基础和周围地面发生共振；之后对振动台基础进行动力分析，多次调整基础初步和详细设计方案，直至满足环境振动允许要求，有效避免了振动台运行时对周边环境造成的振动危害；经过上述三道处理工艺之后，确认振动台基础详细设计方案，完成工艺图和设计图、施工图绘制。整个处理工艺逻辑清楚，方案操作简便，可以有效减轻巨型液压振动台基础强振动对周围建筑造成的危害。
(2)判别上限次数的设置方法。对模拟振动台进行动力分析，计算振动台基础底部的最大位移，结合相关规范，判别振动台基础的振动是否对环境造成危害。其中，引入判别上限次数，当位移值超过规范要求时，则对振动台基础的初步和详细设计方案进行调整，直至满足要求。同时，可以根据设计方案对判别上限次数进行优化，这样能够提高分析的有效性和计算效率。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本发明的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：
附图1为根据本发明实施例的巨型液压振动台结构示意图；
附图2为根据本发明实施例的巨型液压振动台基础振动台设计方法流程图。
具体实施方式
参见图1，巨型液压振动台包括固定钢架、升降钢架、振动台面和液压系统，固定钢架与地面预埋钢板焊接固定，升降钢架是台车升降的载体，与固定钢架对中装配，升降钢架与固定钢架之间安装液压系统的顶升油缸，振动台面安装在固定钢架上。振动台面上安装有夹紧装置、振动电机。固定钢架上安装有辅助升降限位和振动缓冲装置。振动缓冲装置包括钢弹簧阻尼器以及减振层，振动台四周设置钢筋混凝土制成的振动台基础，振动台基础与振动台主体通过作动器连接，振动台基础内部设置操作间、动力间以及辅助结构，振动台基础外侧填充填覆土。
参见图2，该设计方法包括：
(1)基础初步设计方案确定。根据委托方提供的关于液压振动台的实验尺度、自由度维度及数量、作动器的规格和数量、振动台自重及其极限承载等基本设计参数并结合《动力机器基础设计规范》、《建筑振动容许标准》、《液压设备设计规范》，进行基础的初步设计，包括振动台的尺寸、极限工况重量(所有的质量)以及需要用到的辅助设施，制定基础初步设计方案。为了解决振动台基础因土层结构和土面施力情况不同而产生的不均匀沉降导致振动台模拟实验真实度下降和建筑墙面开裂、墙体破损的问题，计算振动台基础单位面积上的密度ρv与周边基础相同深度基底承载密度ρs的比值。如果大于等于容许值[η](1.5～2.0)，则对设计方案再次调整，否则进行下一步。
(2)制定基础详细设计方案。根据实际需求，在振动台基础内部增加动力间、操作间以及其它的辅助结构。然后建立有限元模型，根据实际结构中作动器的出力指标、土体对振动台基础的作用力、振动台模拟实验荷载的极限值，钢弹簧阻尼器的承载限度，对有限元模型设置边界条件。之后对其进行模态分析，计算振动台基础各阶振型的固有频率和振型质量参与系数，将上一步模态分析得出的固有频率的最小值即基本频率fv，与振动台基本频率容许值[f]相比较。若fv＜[f]，则表明通过大基础的吸能、钢弹簧阻尼器的耗能、隔振层的设置等措施，振动台传出的振动对周边建筑物的影响已被减弱到环境容许值。若fv＞[f]，则振动台基础可能会和周围土体发生共振，对周围环境的影响较大，此时需要对基础详细方案调整。
(3)最终方案确认。为定性研究振动台基础振动控制是否有效，采用某种计算程序对振动台基础的隔振性能进行数值分析，计算振动台基底的最大位移量Sv，通过与规范进行比较，看其是否符合要求。Sv≤[S]时，则可以确定最终的控制方案，当Sv＞[S]，则计算方案迭代次数Nv，确认方案总数[N]并将其作为判别上限次数。若Nv≤[N]，则对基础详细方案重新优化，若Nv＞[N]，则对基础初步设计方案重新优化。
(4)基础设计方案细化：在最终方案的基础上，满足设计规范要求的前提下，进行工艺图、设计图、施工图的设计及绘制。
采用本实施例可以：
(1)有效避免振动台基础和周边基础的不均匀沉降问题。计算振动台基础和周边建筑的基底承载密度，判断两者的比值是否满足一定要求。如果不满足，则调整振动台初步设计方案，直至满足要求。这样可以协调振动台基础和周边基础均匀沉降，防止建筑物因不均匀沉降产生整体倾斜、墙体开裂等损坏。
(2)有效避免振动台基础和周围地面发生共振。对振动台初步设计后，分析振动台基础振动模态，计算基本频率，将其与振动台基本频率容许值比较，通过调整基础详细设计方案，使得振动台基础频率小于其容许值，可以有效避免振动台基础与周围土体发生共振。
(3)有效减轻了振动台运行时对周边环境造成的危害。对模拟振动台进行数值分析，将计算得到的振动台基底的最大位移量Sv与规范容许值比较。若Sv≤[S]，则可确定最终设计方案；若Sv＞[S]，则需再次迭代计算，直至满足要求。这样可以有效减小或避免振动台运行对周边环境造成的危害。
(4)处理工艺流程简单、逻辑清晰，性价比高。本处理工艺整体上由初步设计到详细设计，逻辑清晰。每步处理都采用基本操作，工程成本低，性价比高。
虽然本发明已经参考特定的说明性实施例进行了描述，但是不会受到这些实施例的限定而仅仅受到附加权利要求的限定。本领域技术人员应当理解可以在不偏离本发明的保护范围和精神的情况下对本发明的实施例能够进行改动和修改。

Claims (7)

1.一种巨型液压振动台基础振动台设计方法，其特征在于包括：
步骤一，确定基础初步设计方案确定：根据委托方提供的基本设计参数进行基础的初步设计，制定基础初步设计方案；
步骤二，制定基础详细的设计方案，包括：根据实际需求，在振动台基础内部增加动力间、操作间以及其它的辅助结构，然后建立有限元模型，根据实际结构中作动器的出力指标、土体对振动台基础的作用力、振动台模拟实验荷载的极限值，钢弹簧阻尼器的承载限度，对有限元模型设置边界条件，其后对其进行模态分析，计算振动台基础各阶振型的固有频率和振型质量参与系数，将上一步模态分析得出的固有频率的最小值即基本频率fv，与振动台基本频率容许值[f]相比较，使得振动台基础频率小于其容许值；
步骤三，确认最终方案：为定性研究振动台基础振动控制是否有效，采用计算程序对振动台基础的隔振性能进行数值分析，计算振动台基底的最大位移量Sv，通过与规范进行比较，看其是否符合要求；
步骤四，细化基础设计方案：在最终方案的基础上，满足设计规范要求的前提下，进行工艺图、设计图、施工图的设计及绘制。
2.根据权利要求1所述的一种巨型液压振动台基础振动台设计方法，其特征在于：所述基本设计参数包括液压振动台的实验尺度、自由度维度及数量、作动器的规格和数量、振动台自重及其极限承载。
3.根据权利要求2所述的一种巨型液压振动台基础振动台设计方法，其特征在于：所述步骤一还包括结合《动力机器基础设计规范》、《建筑振动容许标准》、《液压设备设计规范》进行基础初步设计方案确定。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种巨型液压振动台基础振动台设计方法，其特征在于：所述步骤一中初步设计方案包括振动台的尺寸、极限工况重量以及需要用到的辅助设施，所述极限工况重量包括所有的质量。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种巨型液压振动台基础振动台设计方法，其特征在于：所述步骤一还包括：为了解决振动台基础因土层结构和土面施力情况不同而产生的不均匀沉降导致振动台模拟实验真实度下降和建筑墙面开裂、墙体破损的问题，计算振动台基础单位面积上的密度ρv与周边基础相同深度基底承载密度ρs的比值。如果大于等于容许值[η](1.5～2.0)，则对设计方案再次调整，否则进行步骤二。
6.根据权利要求1所述的一种巨型液压振动台基础振动台设计方法，其特征在于：所述步骤二还包括：若fv＜[f]，则表明通过大基础的吸能、钢弹簧阻尼器的耗能、隔振层的设置等措施，振动台传出的振动对周边建筑物的影响已被减弱到环境容许值，若fv＞[f]，则振动台基础可能会和周围土体发生共振，对周围环境的影响较大，这种情况下需要对基础详细的设计方案进行调整。
7.根据权利要求1所述的一种巨型液压振动台基础振动台设计方法，其特征在于：所述步骤三包括：Sv≤[S]时，则可以确定最终的控制方案，当Sv＞[S]，则计算方案迭代次数Nv，确认方案总数[N]并将其作为判别上限次数，若Nv≤[N]，则对基础详细方案重新优化，若Nv＞[N]，则对基础初步设计方案重新优化。
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