动力机器基础及地基体系分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第32卷第3期哈尔滨建筑走学学报Vol32No．31999年6月Jour~l0fHarbinUniversity0fC．E＆ArchileClU~Jun．1999动力机器基础与地基体系分析了“，王幼．青．张克绪朱腾明下7‘(太庆油田建设设计研究院)卅摘要提出了动力机械基础的振动在地基中传播的有限元分析方法及其性能评估的准则。并对一个具体的工程实倒的地基±性能进行了系统的试验测试和计算分析．论证了所提方法的适用性。关键词动力机器基础：扰力：自振主周期；界限剪应变；动剪切模量；等效阻尼

2、比分类号—而I76柱目幢0概述动力机械的振动对其本身的工作性能及周围环境有重要的影响，不当的设计不仅可能破坏其正常工作所要求的条件，甚至还可能使周围的设施和建筑物产生灾害性的后果。动力机械基础的振动及其在地基土体中的传播是一个源问题。振动的影响一方面取决于振动的特性，另一方面取决于地基的土层条件。通常，动力机械正常工作所要求的条件较高，在动力机械基础振动分析中将地基中的土体视为处于小变形状态下的弹性体。我国动力机器基础设计规范采用粘滞弹理论分析动力机械基础的振动，在该法中，地基土体的动力特性是用其刚度系数及阻尼比表示的。半空间无

3、限体理论也常被用于分析动力机械基础的振动，采用该法分析要求测定土的动剪切模量。显然，地基土体的刚度系数或土的动剪切模量应该在小变形状态下测定。土是具有明显非线性的力学介质，随着受力水平的提高，土体的刚度或剪切模量将发生降低，即在动荷作用下土的工作状态取决于其受力水平。通常土的受力水平以其动剪应变幅值表示。根据试验资料，土的变形状态可由两个界限剪应变划分。第一个是线性界限剪应变如果土所受的剪应变<，土处于线弹性状态；第二个是体积界限剪应变，如果土所受的剪应变><，土处于小变形状态，从微观上看土的结构没有明显的破坏，宏观上土只表现出

4、一定的非线性，即剪切模量将发生某种程度的降低，但不会产生累积孔隙水压力及永久体积变形。显然，当土所受的剪应变>时土将处于中到大变形状态，土中将产生累积的孔隙水压力及永久体积变形，并可自B导致破坏。动力机械基础设计要求地基土体处于小变形状态。然而，地基土体实际上是否处于小变形工作状态则是另外一个问题。有些动力机器基础在使用中不断产生附加沉降，其原因就是地基土体的工作状态超出了小变形状态。显然，在这种情况下无论是粘滞弹理论还是半空间理论，它们所提供的分析结果都是不恰当的。在动力作用下地基土体工作状态超出小变形状态或是由于动力作用较大

5、，或是由于地基土层条件不利。为了判明地基土体工作状态是否处于小变形状态应进行必要的试验和分析工作。试验工作的目的在于测定地基中各层土的界限剪应变1。分析工作的目的在于确定地基中各点土所承受的剪应变。如果1。，在该点土处于小变形状态，否则超出小变形状态。1分析方法1．1分析体系的模拟采用有限元法分析动力机器基础——地基土体体系的性能，其分析结果的合理性及可信性取决于对实际基础——地基土体体系的模拟程度。在本分析中考虑如下方面的模拟：收措日期：1999—01—18王幼青男1955年生博士生／哈尔演建筑太学建筑工程学院(150090)

6、维普资讯http://www.cqvip.com44哈尔滨建筑大学学报第32卷1．1．1动力机器及基础的模拟在分析中将动力机器及基础一起简化成为一个刚块。剐块的几何特性以底宽、质心坐标表示。刚块的质量特性以其总质量及对质心的转动惯量表示。作用于刚块质心的扰力有水平向力、竖向力及力矩。因此，在分析中假定剐块具有三个自由度，即质心的水平位移、竖向位移及绕质心的转动。·地基土体以有限元集合体来模拟。单元之间以结点相连接，相邻单元边界的变形保持连续性。在单元结点上作用有水平力及竖向力。每个结点具有两个自由度，即水平位移及竖向位移。刚块与

7、地基土连接是通过两者公共边界上的结点实现的。结点位移与刚块运动相协调。即㈩饥=tIo—qD(竹一yo)J式中：，分别为公共边界上第i结点的水平位移和竖向位移：分别为该点水平坐标及纵向坐标；‰，及∞分别为刚块质心的水平位移．竖向位移及质心的转角。在式(1)中水平位移以向右方向为正，竖向位移以向上方向为正．转角以逆时针转动为正。地基土体对刚块的反力通过两者公共边界上的结点作用于刚块之上。在各种力的作用下，刚块应满足平衡条件．即xj=o．=0，2：0(2)式中：墨为作用于刚块质心上的第，种水平力；为作用于刚块质心上的第种竖向力．尬为作

8、用于刚块质心上的第-呻力矩。1．1．2荷载作用过程的模拟第一步静力分析．目的在于确定在以自重为主的各种静力作用下机器基础——地基土体的性能，特别是静应力及产生的沉降；第二步动力分析，目的在于确定在动力作用下基础的运动、地基中土体所受的动应力水平。实际上．静力分析