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。
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。
| 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 |
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 |
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。