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钢平台与连廊振动测试

钢平台和钢连廊自重轻、阻尼小,构件多、连接多,局部模态密集,很容易被设备转频或人员步行激起。现场常见的情况是:平台上的风机或水泵本身状态尚可,平台却晃得厉害,螺栓反复松动,焊缝出现裂纹;连廊有人走过时上下颤动或左右摆动。本页说明这类结构的振动特点、测试方法和整改方向。

钢平台和连廊为什么容易振

钢结构平台通常由主梁、次梁、格栅板或花纹钢板、立柱和支撑组成,构件截面小、自重轻,结构阻尼也较低。设备装上平台后,设备与平台构成一个共同振动的系统:设备的转频、叶片通过频率或往复惯性力是激励,平台的各阶模态决定响应。平台固有频率一旦接近这些激励频率,设备本身振动不大,平台响应却明显放大。

与混凝土楼板相比,钢平台的局部模态更多:一段次梁、一块格栅板、一根悬挑梁、一段栏杆或一根细长支撑,都有自己的固有频率,而且常常落在设备的运行频率范围内。整体模态决定平台是否整体晃动,局部模态决定某一处是否特别振、某一处连接是否反复损坏,两者都要测。

钢连廊连接两栋建筑或两个区域,跨度大、宽度窄,竖向和横向刚度都相对较弱。人员行走产生竖向和横向的周期力,两端建筑在风或设备作用下的振动也会经支座传入。连廊的支座形式,例如两端固定、一端滑动或采用隔震支座,对动力特性影响很大,测试前要先弄清楚。

激励来源与典型表现

现场现象可能原因怎么确认
设备一开平台整体晃动,停机即停设备转频或叶片通过频率接近平台整体模态停机锤击测平台固有频率;变频设备做调速扫频
某一段梁或某块格栅板振动特别大,其余部位不明显局部构件的固有频率被激起沿梁长度多点测量;对该构件单独锤击
设备地脚处振动明显大于平台主梁设备与平台之间连接松动,或设备底座刚度不足对比地脚、底座和主梁的幅值与相位;检查螺栓和垫板
隔振器上方振动不大,平台振动却很明显隔振器支撑在柔性平台上,平台模态落在隔振频段附近,隔振效果下降测量隔振器上下两侧振动,评估平台支撑点处的动刚度
连廊有人走过时上下颤动步行激励与连廊竖向固有频率接近控制步频行走试验;脚跟冲击或力锤测竖向频率和阻尼
连廊人多时左右摆动横向固有频率较低,与步行产生的横向力频率接近测量横向固有频率;分组行走,观察横向响应随人数的变化
螺栓反复松动、焊缝开裂长期振动产生交变应力,连接部位应力集中在该部位测量振动与动应变;检查开裂位置和走向

连接部位与疲劳

钢平台和连廊最常见的振动损伤出现在连接部位。螺栓连接在交变载荷下可能逐渐松动,连接面产生微小滑移,刚度下降,固有频率随之降低,又可能更靠近激励频率,形成越松越振、越振越松的循环。焊接连接的问题多出现在加劲肋端部、角焊缝根部、支撑与节点板相交处和截面突变处,这些位置应力集中,长期交变应力下容易萌生疲劳裂纹。

振动测试在这里的作用,是找出高响应、高应力的位置,判断振动来源和频率,并评估整改是否降低了这些部位的动应力。对已经开裂或反复松动的部位,可以在附近粘贴应变片做动应变测量,与振动同步采集,得到运行状态下应力变化的幅度和频率,为疲劳评估提供依据。

如果需要判断已断裂构件或开裂焊缝的成因,例如属于疲劳还是过载、是否存在焊接缺陷,可以把振动测试结果与失效部位的检验分析结合起来,使整改既针对振源,也针对连接本身。

测试内容与测点

测量项目目的说明
设备振动了解设备本身状态和激振频率在设备轴承座上测三个方向,记录转速和负荷
设备地脚与底座判断设备与平台之间连接是否良好在地脚螺栓附近测量,与平台主梁对比幅值和相位
平台主梁与次梁测量平台整体与局部的振动分布沿梁长度布点,跨中和悬臂端必测,支座附近作参考
立柱与支撑判断平台整体侧向晃动和支撑是否有效在柱顶和支撑两端测水平方向,比较支撑两端的振动差异
锤击测试得到平台整体和局部构件的固有频率与阻尼设备停机时进行,敲击点和测点覆盖振动最大的构件
运行变形分析直观看出平台在运行频率下如何变形,找出薄弱部位多点同步或以参考点拼接,在问题频率处绘出振动形态
动应变测试得到焊缝、支撑等关键部位的动态应力应变片贴在应力集中区域附近,与振动同步采集
连廊行走试验测量人员行走下的竖向与横向响应按不同步频和人数进行,跨中和四分点布点,竖向与横向同时测

现场工况安排

  1. 停机状态设备停机时测量背景振动并进行锤击测试,获得平台和构件的固有频率。
  2. 单台设备运行平台上有多台设备时逐台单独运行,分别记录各自引起的平台响应,找出主要贡献者。
  3. 组合运行按正常生产方式组合运行,测量实际的最不利状态。
  4. 变转速扫频变频设备在允许范围内分段调速,找出平台响应的峰值转速。
  5. 启停过程记录启停过程中经过共振转速时的响应大小,评估启停时的冲击。
  6. 连廊使用时段在通行高峰和安静时段分别测量连廊响应,再安排控制行走试验。

加强与调频的整改思路

增设支撑

增加斜撑、隅撑或柱间支撑,提高平台整体侧向刚度和局部构件刚度,是提高固有频率最直接的办法。

加强构件与连接

对振动大的梁加焊盖板或加劲肋,螺栓连接改为摩擦型高强螺栓或焊接,防止滑移造成刚度下降,具体做法需由设计方确认。

调频避开激励

通过加强或附加质量改变固有频率,使其避开设备运行转速、二倍转频和叶片通过频率;变频设备可同时设置跳频区。

设备隔振

在设备与平台之间设置隔振器时,平台在设备支撑点处的刚度要远大于隔振器刚度,否则隔振效果难以达到预期。

设备移位或独立支撑

把振动大的设备移到靠近柱或主梁节点的位置,或改为落地的独立基础,与平台脱开。

阻尼器

连廊或平台无法通过加强避开时,可在跨中设置调谐质量阻尼器或其他阻尼装置,按实测频率调谐,安装后复测。

钢平台与连廊振动测试评价的是动力响应和使用性能,加固方案应由设计方确认;对开裂或变形明显的构件,应另行进行结构检测鉴定。

现场测试怎么安排

现场测试由北京团队的工程师带仪器完成;测点方案、评价依据和报告形式在方案中与您确认。北京以外的项目按地点、测点数量和工期安排人员和仪器。需要配合材料检测或失效件分析的,可以与失效分析一并安排。

常见问题

平台上设备一开就晃,是设备的问题还是平台的问题?

要对比设备轴承座、设备地脚和平台梁的振动。设备本身振动正常而平台响应明显放大,多是平台固有频率接近设备激励频率;设备本身就大,要先处理设备。停机锤击能直接给出平台固有频率。

平台加了斜撑以后,某个转速下反而更振了,为什么?

加撑提高了固有频率,可能正好移到另一个激励频率上,例如二倍转频或另一台设备的转速。加强前应根据实测频率估算改造后的频率,改造后在全部运行工况下复测。

连廊有人走过时晃,怎么测试?

先用环境激励、脚跟冲击或力锤测竖向与横向固有频率和阻尼,再按不同步频和人数做控制行走试验,测跨中和四分点的竖向与横向加速度,按相关标准和设计要求评价舒适度。

螺栓总是松、焊缝反复开裂,振动测试能帮什么?

能找出振动来源、频率和高响应位置,配合动应变测试得到关键部位的应力变化,判断是共振放大还是激励本身偏大。整改后复测,确认这些部位的振动和应力确实下降。

给设备装上弹簧减振器就能解决平台振动吗?

不一定。隔振效果建立在支撑面足够刚的前提上,钢平台本身较柔,平台模态落在隔振频段附近时,装了减振器效果也有限。要结合平台动刚度和固有频率一起设计,必要时同时加强平台。

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