工程振动（共12篇）
工程振动 篇1
1 引言
随着社会文明和工业技术的发展, 工程振动问题日益凸显, 过大的振动会危害社会环境, 甚至危及建筑工程的安全。为了控制振动不利影响, 制定了国家标准《建筑工程容许振动标准》 (GB50868—2013) 。该标准给出了工程振动的目标值, 如何设计结构的减隔振系统[1], 还需要了解振动体系的输入条件, 亦即需要确定振源及多振源的振动叠加问题。
在许多工业建筑中, 布置了许多振动设备, 这就意味着, 场地条件是一种多振源的振动环境。就人为振动而言, 包括稳态振动、随机振动、冲击振动等。本文以稳态周期振动为例, 探讨多振源激励的振动叠加问题。多振源振动叠加如图1所示。
当一个场地内有n个振动设备, 如果振源激励均为简谐振动, 那么第i个振源简谐振动的数学表达式为:
式中, Dr i为第i个振源经过距离ri后的振幅;ωi为第i个振源的圆频率;φri为第i个振源经过距离ri后的相位。
对于上述n个振源的振动合成可以表示如下:
对于多振源振动信号叠加时, 通常频率ωi变化较小, 相对而言, 可以认为频率是个不变化的常量。而振幅Dri和相位φri则是不确定的, 应该具有随机性特征, 因此, 多振源叠加后的振动信号也具有随机性。
作为多振源振动合成图形的一个例子, 如图2所示。从图中可以看出, 即使振源的振动都是稳态简谐振动, 当经过一段距离的传播后, 到达某处振动叠加起来, 合成后的振动就具有一些随机性。对于这样的多振源振动叠加后的随机数据分析, 不能简单地采用一般确定性数学表达式来描述, 而是需要采用统计分析方法来解决。
2 统计分析
建筑结构设计中, 无论是材料强度, 结构构件承载力, 还是荷载效应都存在许多随机现象, 有大量不确定因素, 因此, 运用确定的计算方法无法获得非常准确数据结果, 这就需要运用一些数理统计的方法来计算分析。
在《建筑结构可靠度设计统一标准》[2] (GB50068—2001) 中, 对于建筑结构的荷载效应和结构构件的抗力, 以及建筑结构可靠度指标和结构构件的失效概率等分析时均采用正态分布函数。
考虑多振源振动相遇具有相似的随机分布特性, 符合正态分布。若随机变量X服从一个数学期望为μ、方差为σ2的高斯分布, 记为N (μ, σ2) 。其概率密度函数为:
正态分布的概率密度函数曲线呈钟形。正态曲线的高峰位于正中央, 即均数所在的位置。正态曲线以均数为中心, 左右对称, 曲线两端永远不与横轴相交。如图3所示。
正态分布一个重要特性3σ原则:可以用均方根值区间来表示数据的分布概率。
有了这样的概率分布概念, 就可以描述数据的分布概率和小概率事件。通常指发生的概率小于5%的事件, 认为在一次试验中该事件是几乎不可能发生的。关于这一点有以下两个方面的概念: (1) 这里的“几乎不可能发生”是针对“一次试验”来说的, 如果试验次数多了, 该事件就有可能发生; (2) 在运用“小概率事件几乎不可能发生的原理”进行推断时, 也会有5%犯错误的可能。
3 振动组合
多振源振动的均方根值叠加最常用计算公式为:
式中, σri为第i个振源在距离ri处的均方根值;σr为多振源在r点处振动叠加的均方根值。对于第i个振源的稳态正弦振动, 振动幅值与均方根值的关系可以为:
所以, 多振源振动叠加后的等效振幅可以表示为:
式中, Dkr为在r点处叠加后的振幅控制值;k为根据3σ原则带有概率保证率的多振源振动叠加系数, 可取1.0~3.0。
考虑正态分布的3σ原则, 有:
对于分布在 (μ-1σ, μ+1σ) 区间的等效振幅为:
对于分布在 (μ-2σ, μ+2σ) 区间的等效振幅为:
对于分布在 (μ-3σ, μ+3σ) 区间的等效振幅为:
于是, 可以得到多振源稳态正弦振动等效幅值计算公式:
式 (1) 适用于稳态正弦。而对于稳态随机振动的荷载组合, 可以采用更加广义的方法, 即:
按照以上推导可以看出, 式 (2) 为带有概率分布保证率的等效幅值计算公式。如果取k=2.0即可确保振动幅值分布的超越概率小于5%, 为小概率事件。这里的Dkr应该是具有概率保证率的等效幅值, 也是一个振动控制指标。当k=2时, 即为2σ, 保证概率为95.4%。
4 茅氏公式
关于多振源振动叠加问题, 有许多经验公式, 较为著名的振动合成计算方法是茅玉泉先生在大量试验基础上, 于2011年提出的半经验公式[3]。按照振源数量的不同, 有以下3个振动荷载组合公式。
2个稳态振源:
3个稳态振源:
n个稳态振源:
式中, Dr为多台振源传递到r1处叠加响应;Dri为第i台振源传递到ri处的振动响应;Dr1为两台稳态振源传递到r1处的振动响应;Dr2为两台稳态振源传递到r2处的振动响应。
整理一组数据用“茅氏公式”和“等效幅值公式”的计算结果做一个比较, 如图4所示。对于等效幅值计算公式, 当k=2时, 结果就与2σ曲线重合, 调整k值就可以调整振动组合的保证概率。分析表明:等效幅值方法更加简洁合理, 适用性更广。
用曲线来描述上述数据, 如图4所示, 可以看出“茅氏公式”在2σ曲线附近变化, 这些公式计算的振动幅值保证概率约为70%以上。当确定振动幅值分布的保证概率时, 3个公式与2σ曲线的偏差约为-8%~29%, 其中2个振源公式误差较大, N个振源公式误差较小, 3个振源公式与2σ曲线平行, 总的来看, “茅氏公式”具一定的合理性。
5 结论
1) 稳态振动的多振源振动叠加现象较为普遍, 也是振动荷载效应分析过程的一个重要环节, 建立稳态多振源振动叠加的系统分析方法是非常必要的。
2) 分析表明:稳态正弦振动多振源叠加计算的3个“茅氏公式”与2σ曲线较为吻合。作为经验公式, “茅氏公式”具有一定的合理性, 体现了茅玉泉先生对工程振动的贡献。
3) 本文提出的“等效幅值公式”可以替代“茅氏公式”, 而且该公式简洁明了, 物理意义明确, 从统计分析角度来看, 具有保证概率, 方法更加科学, 适用性更广。
4) 运用稳态多振源振动叠加的“等效幅值公式”计算时, 取k=2, 可满足2σ条件, 分布概率在95%以上;对于可靠度要求较高的工程, 可取k=3, 保证概率能在99%以上, 此时工程造价就要增加。
5) “等效幅值公式”能够确保分析结果的更加准确、可靠。因此, 工程设计人员应当根据相应的技术要求, 合理选择k值, 就能在满足使用要求的前提下, 有效节省工程造价。
摘要：为了解决工业建筑中的振动影响, 有必要清楚地了解振动荷载条件。特别是对于多振源振动荷载叠加问题, 需要建立合理的振动合成方法。考虑多振源振动相遇时具有的随机特性, 依据《建筑结构可靠度设计统一标准》对荷载效应的技术要求, 提出一种简单、合理、有效的“等效幅值公式”, 并与“茅氏公式”进行比较。论文提出的等效幅值公式对工程应用具有更广泛的指导意义。
关键词：振动荷载,正态分布,均值,均方根值,分布概率,统计方法
参考文献
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工程振动 篇2
对住宅楼打桩振动效应进行了测试,测试由打桩因素引起地面质点的振动速度(或加速度)及其振动关系随震源距加大的`衰减关系,进而评价打桩振动效应对周边建筑物的影响情况,以便给今后在类似施工方式、类似场地条件下工程施工提供参考.
作 者：李文巧 邹海宁 陈有顺 李世中 LI Wenqiao ZOU Haining CHEN Youshun LI Shizhong 作者单位：李文巧,邹海宁,陈有顺,LI Wenqiao,ZOU Haining,CHEN Youshun(青海省地震局,青海,西宁,810001)
李世中,LI Shizhong(宁夏回族自治区地震局,宁夏,银川,750001)
工程振动 篇3
摘要：国内外有研究表明，全身振动训练法（WBV）对增加皮肤血流量（ SBF）有影响 。但特定频率振动或不同振动持续时间对皮肤血流量的影响相关研究并不清楚，本研究目的：探讨不同振动频率下，前臂血流量变化是否存在差异，不同振动持续时间对皮肤血流量的影响变化。方法：选取22名普通高校学校生随机分入两组分别为30 Hz组与50 Hz组，每名受试者前臂被动振动10 min，观察振动期间及振动后恢复阶段10 min皮肤血流量变化情况。结果：1）30 Hz组和50 Hz组在振动训练开始的前4 min内前臂皮肤血流量均有显著性变化（P<0.05)。2）30 Hz组和50 Hz组SBF均在振动训练开始后5 min达到峰值，在振动的5～10 min中，两组皮肤血流量均保持较高值。3）在恢复期，30 Hz组皮肤血流量低于初始基线值，而50 Hz组皮肤血流量保持高于初始基线值。结论：30 Hz组与50 Hz组皮肤血流量在5 min内均有显著性升高，50 Hz组升高更加明显，并且在振动结束后恢复阶段血管收缩速度减慢，皮肤血流量加速现象保持持久，50 Hz振动可能对于加强训练者循环功能有更好的作用。
关键词：振动训练；频率；皮肤血流量
中图分类号：G804.2文献标识码：A文章编号：1007-3612(2008)07-0929-03
全身振动训练法（WBV）作为一种新兴的训练方法正被越来越广泛的运用。全身振动训练法是通过对人体全身或局部施加低频振动的方法激活肌梭特别是初级Ia传入神经纤维兴奋性反射性引起梭外肌纤维收缩在肌肉主动收缩的前提下，最大限度募集运动神经单位活动。全身振动训练法是一种动态的训练方法，能以相对较小的负荷达到训练的效果。国内外近十年有许多学者从不同角度对振动训练法进行了研究，研究方向主要包括训练振动对肌肉力量和爆发力、纵跳高度、代谢变化、激素水平和身体成分等。除了研究健康和运动人群以外，振动训练目前还应用在多发性硬化症，帕金森氏等疾病康复领域。
目前国内外关于全身振动训练法对于循环系统的研究比较少，仅有少数对血压及心率变化的报道，而全身振动训练法对皮肤血流量影响的文章寥寥可数。目前还不清楚全身振动训练法对皮肤血流量变化的影响机理，特定频率振动或不同振动持续时间对皮肤血流量的影响情况也不清楚，本研究通过实验的方法测定振动10 min以及恢复期15 min30 Hz与50 Hz频率受试者前臂皮肤血流量的变化影响，了解振动训练频率与持续时间与皮肤血流量变化的关系，并进一步探讨导致不同频率振动训练导致皮肤血流量变化可能性机制。
1研究对象与方法
1.1研究对象
本研究选取22名普通高校健康学生志愿者，包括男性受试者13名，平均年龄（20.4±2.6）岁女性受试者9名，平均年龄（20.1±1.9）岁，通过问卷调查的方式要求参与实验的受试者无中枢神经问题，无参与神经肌肉类治疗，无心血管等慢性疾病，所有受试者均自愿参与本次研究。
1.2研究方法
1.2.1实验法把受试者随机均分入两组，30 Hz振动训练试验组与50 Hz振动训练试验组。
1.2.2测试方法
1.2.2.1振动训练试验采用Power Plate pro5 HP（Best Alliance Trading Co.Ltd）进行振动训练，该训练仪可以进行30～60 Hz的振动训练，本实验选择高频50 Hz与低频30 Hz分别对受试者前臂进行10 min振动训练，每一分钟结束后振动停止10 s进行皮肤血流量测定。选择10 s振动间歇进行测试是因为多普勒激光仪是根据光纤光学原理对皮肤血流量进行测定，无法在振动期对皮肤血流量进行准确测定。为了防止实验过程中测试部位重量导致X、Y、Z轴的振动位置偏离或测试部位放置于振动板不同部位影响实验结果。首先使用加速感应器进行了振动试验的预实验，使用5～90 kg重物在振动板上进行振动试验，通过加速感应器记录振动过程中重物的位移情况，结果发现在X、Y、Z轴上重物振动范围很小，30 Hz实验（偏离度：X=1.1%, Y=1.5% Z=1.3%），50 Hz实验（偏离度：X=1.8%, Y=1.4% Z=2.7%），重物放置在振动板不同位置实验发现，30 Hz实验（偏离度：X=1.6%, Y=1.3% Z=0.8%），50 Hz实验（偏离度：X=1.7%,Y=1.4% Z=0．5%）。预实验证明测试部位重量与放置位置对实验过程不会造成影响。
1.2.2.2皮肤血流量测试采用激光多普勒血流图像仪进行所有血流量的测试。试验前30 min对图像仪预热，对感应器与放大器进行相关调试校正。由于人体上肢组织的个体差异可能会影响到测试结果，通过预实验我们将测试位置选定在距离肘横纹2.5 cm，肘内测距离尺骨3.5 cm处，每个受试者在该位置进行无创伤标记。
1.2.3测试过程22名受试者被随机均分入两组，实验前两小时内要求不得进食，受试者要求身着轻松舒适的服装，测试房间温度22～25℃,每名测试者测试前休息10 min,测试时站立于振动仪前右前臂置于振动仪上,手掌向下,肘曲大概120°。
实验组分为30 Hz组与50 Hz组,两组受试者分别进行10 min振动训练,频率30 Hz与50 Hz,在每一分钟间隔10 s,使用激光多普勒血流图像仪测试血流量,振动结束后测试恢复期15 min内血流量变化。
1.2.4数据处理以测试第一分钟平均血流量作为基线值,每分钟测得数据均转化为对基线值百分比进行比较，所有数据均以“均数±标准差"表示。统计分析使用SPSS for windows12.0版统计分析软件完成,组间两两比较使用双因素方差分析,使用独立方差T检验比较性别间血流量变化差异,显著性差异水平P<0.05。
2结果
2.1振动期各时间阶段血流量通过了解不同频率振动训练训练期间血流量的变化情况对比，可以发现振动训练对于人体血流量变化影响的时间变化规律，对比不同频率对血流量影响的效果，有助于不同项目运动项目专项化训练及不同康复计划的制订与监控。
实验结果发现在振动训练期间及恢复期间,虽然50 Hz组皮肤血流量增幅明显大于30 Hz组，但两组之间血流量并无统计学差异(P>0.05)。在振动训练的第2和3 min，30 Hz组的血流量分别是基线值的206%和218%，50 Hz组为基线值的323%和445%。
振动训练的第4 min，30 Hz组与50 Hz组相对于基线值均有显著性增加30 Hz组为256%，50 Hz为428%（P=0.03）。从第4 min持续到第10 min训练结束，皮肤血流量均保持显著性增加（P<0.05）。皮肤血流量在训练第5 min达到峰值，30 Hz组为392%，50 Hz组为539%。两实验组血流量的第二次峰值出现在第8 min。在训练的第9～10 min，皮肤血流量显著性下降(P<0.01)（表2）。
2.2恢复期各时间阶段血流量在以往的研究中，尚无对于不同频率振动下恢复不同时间阶段血流量的研究，而了解恢复阶段不同时间阶段血流量的变化阶段有利于更清楚的了解频率对于血流量变化的影响关系以及振动训练时间强度的监控都有指导作用。
在振动训练结束后的恢复阶段,30 Hz组血流量在第8 min恢复到基线值,从第9 min后血流量开始低于基线值，并在15 min时达到最低点78%。而50 Hz组在恢复阶段的15 min内始终保持高于基线值。恢复阶段测试结束的第15 min为135%。
3分析与讨论
振动训练能激活肌肉的本体感受器，反射的引起不随意收缩的肌肉产生收缩，在电生理学上把这种反射定义为张力性振动反射。
在国际上目前被广泛运用于神经生理学与电生理治疗当中，国外学者利用肌电图对外周神经冲动进行研究，发现在适宜的振动频率下，神经冲动的发放频率加快同步性增强，肌肉出现共振现象，附加振动组的肌点活性平均比对照组高25%左右。在柔韧性反应研究方面振动训练可以提高痛觉阈，肌肉激活，本体感受器兴奋，肌肉温度及血流加速提高柔韧性素质。在国外的研究中，还有的学者通过振动实验反县可以振动训练可以有效的改善平衡控制能力和预防跌倒的风险。在康复医疗领域发现对偏瘫患者的康复具有比较好的效果，并且可以通过振动训练改进中老年妇女骨质疏松和骨矿结构。而对于代谢系统，从最大摄氧量、血流量、体成分、内分泌等领域的研究发现，振动训练对于提高最大摄氧量的值、增加血液循环，提高睾酮水平等均有一定效果，而国内的研究主要集中在振动训练法对于力量训练的训练效果行，而对于其它相关领域的研究还非常少。
振动训练主要受振动强度、振动频率、振动方向等因素的影响，在实际训练中，要注意振动强度的控制，加速度太小，对人体影响效果不明显，而振动时间过长会导致人体不适应反应产生。一般以50 Hz作为界定高频与低频的界限，50 Hz以上的振动，大部分振动能量以波的形式通过组织传播，而60 Hz以上的振动，会引起眼球共振，人体会出现神经失调，内分泌紊乱等症状。所以在设置振动训练计划时需要充分考虑到影响到振动训练结果的限制性因素。
根据文献报道，在以往的振动试验研究中，有学者发现高频对血流速度和肌力都有负面作用，低频对肌力量有增加作用，振动训练后，可以提高大小腿血流量显著性提高，平均血流速增加，阻力因素明显减小。本实验结果发现30 Hz与50 Hz振动训练均可以显著改变前臂血流量，与文献报道结果相符合。在振动训练过程中，30 Hz与50 Hz训练对与血流量的影响没有显著性差异，说明不同频率的振动训练均可作为提高血流量的运动方式。从运动医学角度，通过改善局部受伤的部位的血液循环状况可以促进由神经系统损伤导致的循环系统障碍溃疡症状的恢复。本次研究发现了振动训练对于血流量影响的变化规律，在振动训练开始的前5 min，血流量有显著性变化并在第5 min到达峰值，在5～10 min的过程中，血流量持续保持高于基线值，但始终没有超过5 min的峰值，说明5 min的振动训练可以引起最大限度的血流量变化。长期振动训练对于血流量变化的影响目前还不清楚，可以在今后的研究中继续探讨。
目前有许多促进血流量的运动康复方式，但都有其不同的弱点，如热疗可能会导致皮肤烫伤，药物疗法会有副作用，许多人无法进行日常的运动训练。振动训练法具有适用人群范围广，训练方式简便等特点。参与实验的所有受试者在实验过程中均没有任何不适的症状。而且本次实验发现仅需要5 min的振动训练，血流量的改变即可达到峰值，适合于很多没有时间专门进行体育锻炼人群进行健身活动。
4结论
30 Hz与50 Hz振动训练均可以显著性提高皮肤血流量，振动训练的效果至少可以持续9 min以内。30 Hz与50 Hz振动训练对血流量变化影响无显著性差异，但50 Hz振动训练对血流量影响速度更快。在恢复阶段15 min内，50 Hz血流量始终高于基线者，而30 Hz在恢复阶段很快就下降到基线值以下，说明50 Hz的振动训练对于提高训练者的血流量可能更为持久有效。振动训练法可能是一种较好的促进局部血液循环，提高血流量的康复手段。振动训练法对于循环系统如最大摄氧量，体成分，内分泌等方便的研究有待进一步开展。
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工程振动监测方法及实例 篇4
1 振动监测
1.1 振动监测方法
进行振动监测时, 将仪器架设在监测点上, 周边环境引起的振动由振动源经过地下介质传播到地面 (见振动监测示意图1) , 振动传感器监测到振动信号后, 将其转换成电信号送入数据采集系统中完成放大、采集等一系列工作;G P S天线接收卫星信号以提供准确的记录时间;笔记本电脑通过通讯接口与仪器相连接, 通过专用软件可监控仪器的工作状况, 并记录实时监测数据。
1.2 振动监测方案
对振动源附近的监测对象进行详细的调查后, 确定监测对象, 然后在振动前对监测系统进行检查、检测和标定, 同时根据监测对象与振动源相对位置关系, 确定测点位置及布置方法, 提前进入现场进行安置, 根据振动时间进行监测。
1.2.1 测点布置
根据振动源与监测对象位置的关系应合理布置监测点, 其中一监测点应选取离振动源最近的点, 测试振动源引起地表振动的速度, 监测对象离振动源最近和最远的地方也应布置监测点, 其他的监测点可按实际情况或要求布置, 但测点的数目要足够多, 以便有足够的数据分析地面振动的速度、主频率以及振动源与测点之间的关系。
1.2.2 传感器的安装
传感器安装时, 若测点表面为坚硬的岩石, 可直接在岩石表面修整平台。若岩石风化, 则可将风化层清除, 再浇筑混凝土墩。测点表面为土质时, 一般将表面松土夯实, 铺以砂或碎石, 再浇筑混凝土墩, 然后再将传感器调水平后固定在平台或混凝土墩子上。传感器安装时, 常采用生石粉粘结, 取适量生石膏粉加水调制成浆糊状, 将传感器粘结在测点上, 约10min后石膏凝固后即可进行测试 (图2) 。
1.3 振动监测数据处理
数据处理时, 对监测期间的振动数据做进行波形分析、频率分析, 同时还需要进行三分向振动的矢量处理, 给出监测期间的振动最大速度、主频率。
1.4 振动监测结果分析评估
根据数据处理结果对各测点与振动源之间关系进行分析, 分析施工参数与地面振动效应的关系, 然后依据国家标准《中国地震烈度表》 (G B/T 17742-1999) [1]和《爆破安全规程》 (G B 6722-2003) [2]对振动监测结果进行分析评估并提出合理施工参数该进和减振措施建议。
2 振动监测应用实例
2.1 汕梅高速公路路面工程施工振动监测
为了评估汕梅高速公路路面工程施工引起的振动对周边房屋结构的安全影响程度和改进施工参数, 按委托单位要求对该工程路面施工产生的振动效应进行了现场监测。
汕梅高速公路路面工程施工产生的振动主要是由振动压路机作业时产生, 对振动源附近的监测对象进行详细的调查和监测对象与振动源相对位置关系分析后, 布设了四个监测点, 监测点位置图如图2所示
这次振动监测结果虽然未超出国家标准《中国地震烈度表》 (G B/T 17742-1999) 和《爆破安全规程》 (G B 6722-2003) 的安全规定, 但工程施工现场离居民房屋区比较近, 几台振动压路机一起作业产生的振动叠加效果不可忽视, 因尽量避免几台振动压路机同时启动和控制各台振动压路机的速度, 减少共振效果叠加, 必要时可以做相关减振措施。
2.2 四会市某宿舍楼振动监测
为评估周边环境产生的振动对四会市某宿舍楼的影响程度, 按委托单位要求对该宿舍楼进行了现场监测。
宿舍楼的振动源主要为周边公路车辆经过产生的振动和周边工程施工产生的振动, 对监测对象周边环境做了详细调查和监测对象与振动源相对位置关系分析后, 布设了三个监测点, 监测对象周边环境图如图3所示, 监测点位置图如图4所示, 现场监测数据处理结果如表1所示。
从振动监测数据结果来看, 宿舍楼南北向振动干扰源明显较多, 一是主要公路干线, 二是施工工地;三个分向测量结果表明振动水平南北向大于东西向, 与振动干扰源方向有关, 地面测量三分向结果相差不大, 而楼上振动水平向明显大于垂直向, 地面振动传播到六楼后两个水平方向上有明显的放大作用。
这次振动监测结果虽然未超出国家标准《中国地震烈度表》 (G B/T 17742-1999) 和《爆破安全规程》 (G B 6722-2003) 的安全规定, 但从振动监测数据来看建议对这个宿舍楼做相关减振措施, 特别是南北方向。
3 结语
随着社会经济的发展, 各种建设项目越来越多, 工程施工引起的振动在所难免, 同时其他振动干扰源也相继出现, 对建筑物和周围环境将会产生不同程度的影响甚至危害, 通过工程振动监测方法可以对这些振动源进行定量分析, 进而为施工参数改进、减振抗震措施提供技术依据和重要数据。
摘要：为了详细了解不同频率的振动源对建筑物的影响程度, 采用工程振动监测方法对工程施工及周围环境的振动进行监测, 得出建筑物不同方向的振动主频率及峰值速度, 为减振措施的选取提供技术支持。主要介绍监测方法及应用实例。
关键词：工程振动,监测,振动源
参考文献
[1]中华人民共和国国家标准.GB/T17742-1999, 中国地震烈度表[S].
工程振动 篇5
随机振动载荷动力学等效的一种工程实现方法
利用实验室振动加载技术来等效模拟实际工况的随机振动载荷,以研究结构的振动环境适应性,是工程界通用的做法.文中讨论了随机振动载荷动力学等效的过程与方法,针对小阻尼稀疏模态结构,给出了基于结构振动响应等效的随机振动载荷等效关系的工程应用表达式和评价等效载荷对疲劳损伤影响的`方法.简支梁数值模拟表明,通过文中方法设计的等效随机振动载荷,不仅可以获得变化不大的结构响应,而且疲劳损伤等效结果也可以满足工程应用精度要求.
作 者：朱学旺 刘青林 ZHU Xue-wang LIU Qing-lin 作者单位：中国工程物理研究院总体工程研究所,四川绵阳,621900刊 名：实验力学 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF EXPERIMENTAL MECHANICS年，卷(期)：22(6)分类号：O324 O346.2关键词：随机振动 振动载荷 动力学等效 振动响应 小阻尼结构 稀疏模态
定时振动枕头 让闹钟下岗 篇6
有一次，她在玩电动玩具时，发现只要按下玩具的开关，玩具就动起来，好奇的她就把玩具拆开，发现里面有一个振动器，她想如果用振动器的振动来代替闹钟扬声器的声音，不就克服了闹钟吵醒别人的缺点了吗？在学校辅导老师和校长的支持下，她经过一遍又一遍的实验，终于发明了一种“四能枕”。
这种新型定时振动枕头的工作原理是由外接时钟控制设定的时间，在到达设定时间时提醒振动芯片启动，带动振动型机械装置产生机械振动波，达到将人从睡眠状态唤醒的原理。振动波来自机械运动产生，对人体无任何害处并具备有按摩保健功能，可以让人在被唤醒的同时享受对头部轻轻的按摩，有益于头部及头部皮肤血液的循环。
之所以取名叫“四能枕”，是因为枕头具有四种功能。让振动器的振动代替闹钟扬声器的声音，能定时提醒人起床，这是第一个功能：定时提醒；振动器的声音很小，一般人听不到，这是第二个功能：无干扰；闹钟放在枕头旁边，可以随时查时，这是第三个功能：随时查时；振动器的振动可以按摩头部，促进脑部血液循环，这是第四个功能：按摩头部。
枕头的清洗非常简单，只要将枕芯和振动装置一同取出，单独清洗枕套就可以。而且枕套也可以按枕芯尺寸进行量身更换。使用时只要装入电池，校正好时间，按要求设定需要振动的时间即可。
工程机械电气系统的振动测试 篇7
工程机械作业环境恶劣、作业工况多变,其电气系统故障比较频繁。以全液压振动压路机故障统计为例,与振动有直接联系的电气元器件故障概率在10%左右。所以在进行工程机械电气系统设计和电气配件选型时,必须通过振动可靠性试验来优化电气系统设计,以提高整机的操纵性、可靠性和安全性。
2. 电气系统振动测试平台的选型
目前振动试验设备按其激振方式可分为3类:即机械式、电液式和电动式振动台。
(1)机械式振动台
机械式振动台可分为不平衡重块式和凸轮式两类。不平衡重块式是以不平衡重块旋转时产生的离心力来激振振动台台面,其结构简单,成本低,但只能在5-100 Hz频率范围内工作,最大位移为6 mm,最大加速度约10 g,且不能进行随机振动。凸轮式振动台的工作频率仅限于低频,上限频率为20 Hz左右,最大加速度为3 g左右,加速度波形失真很大。总体来看,机械式振动台整体复杂,价格较贵,随机振动困难。
(2)电液式振动台
电液式振动台是用小电动振动台驱动可控制的伺服阀,通过油压使传动装置产生振动。这种振动台产生的激振力可高达104 kN,位移可达2.5 m,工作频率在0.1-200 Hz,而且在很低的频率下可得到很大的激振力。其局限性在于高频性能较差,上限工作频率低,波形失真较大。电液式振动台结构和组成更加复杂,对场地也有一定的要求,价格十分昂贵,适合于大型结构件以及整机振动测试。
(3)电动式振动台
电动式振动台是以激振器为原型开发出来的一种现代振动设备,也是我国目前使用最广泛的一种振动测试设备。它的频率范围宽,小型振动台频率范围为0～10 kHz,大型振动台频率范围为0-2 kHz;动态范围宽,易于实现自动或手动控制;加速度波形良好,适合产生随机波,可得到很大的加速度;价格适中,应用范围广。
根据工程机械振动响应特性,选用电动振动台作为电气系统振动测试平台,下面主要介绍电动式振动测试平台的选型和测试方法。
3. 电动式振动台的结构和工作原理
电动式振动台主要由控制仪、功率放大装置、振动台体、冷却系统、信号反馈系统以及其他辅助设备等组成。如图1所示。在各种工况下,测试人员用数据采集仪采集工程机械上待测部件(例如电控柜)的路谱数据,将路谱数据经过傅立叶变换转化成相应的能量谱数据,再通过等效加速试验处理方法,将处理过的数据转化为控制仪可以识别的试验参考谱,直接导入控制仪;控制仪根据参考谱生成相应的控制电流信号,经过功率放大器放大后直接驱动振动台动作;反馈系统采集振动台的运动信号反馈给控制仪,控制仪对控制电流进行修正,使振动台的运动参数与参考谱基本一致,使待测部件始终按照参考谱的要求进行振动测试。
4. 电动式振动台选型方案
电动振动台的选型应考虑以下几个方面:
(1)激振力和工作频率等参数
激振力是振动台的核心参数,必须首先确定,它由以下公式确定,再增加30%冗余量。
式中:
m1为垂直扩展台面或水平滑台台面质量;
m2为动圈质量;
m3为气候试验箱连接轴质量;
m4为夹具质量:
m5为待测部件质量;
a为测试部件的等效加速度。
其次,根据试验规范的频率范围,选择所需振动台工作频率的上限和下限、最大加速度以及最大位移等,以此确定所需振动台型号,如附表所示。
(2)振动方式与振动台配置
振动台必须能满足X、Y、Z 3个方向的振动测试。因此电动式振动台配备了垂直台和水平滑台,由垂直台完成垂直方向的振动,而水平滑台则完成水平面2个方向的往复位移。另外,应按垂直台尺寸配置水平滑台,其选型应考虑承载能力要求。
(3)振动控制仪
由于振动台必须满足正弦和随机振动测试要求,因此振动控制仪应选择集正弦振动和随机振动控制于—体的随机振动控制仪,并且具备反馈控制功能。
结合上述几个方面内容综合考虑,即可以确定电动振动台的具体型号。
5. 振动测试
以某型号振动压路机的电控柜为测试对象,采集其在多种工况下的振动加速度数据并进行数据处理。完成数据处理并得到最终的参考谱数据后,导入振动台控制仪。
测试前,先将该型号振动压路机的电控柜按原安装方式安装到振动台的辅助夹具上,再将辅助夹具与电控柜一起安装在振动台上,分X、Y、Z 3个方向进行试验。Z方向的振动测试在振动台的台体上完成;X、Y 2个方向的振动测试分别在振动台的水平滑台上完成,测试前需将台体向水平滑台一侧旋转90°角,与水平滑台连接,驱动水平滑台动作。每个方向分别进行12 h的连续振动测试。其测试现场和监控画面如图2和图3所示。
6. 测试结果
浅谈土木工程结构振动控制技术 篇8
1 被动控制
被动控制是一种不需要外部能源的结构控制技术, 一般是指在结构的某个部位附加一个子系统, 或对结构自身的某些构件做构造上的处理以改变结构体系的动力特性。被动控制因其构造简单、造价低、易于维护且无需外部能源支持等优点而引起了广泛的关注, 并成为目前应用开发的热点, 许多被动控制技术已日趋成熟, 并已在实际工程中得到应用。被动控制从控制机理上可分为基础隔振和耗能吸能减振两大类。
1.1 基础隔振
基础隔振是在上部结构与基础之间设置某种隔振消能装置, 以减小地震能量向上部的传输, 从而达到减小上部结构振动的目的。基础隔振能显著降低结构的自振频率, 适用于短周期的中低层建筑和刚性结构, 由于隔振仅对高频地震波有效, 因此对高层建筑不太适用。
1.2 耗能吸能减振
耗能吸能减振装置主要有:金属屈服阻尼器、摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器、粘性液体阻尼器、调谐质量阻尼器、调谐液体阻尼器、液压质量控制系统和质量泵等。
2 主动控制
主动控制是一种需要外部能源的结构控制技术, 它是通过施加与振动方向相反的控制力来实现结构控制的, 其工作原理如下:传感器监测结构的动力响应和外部激励, 将监测的信息送入计算机内, 计算机根据给定的算法给出应施加的力的大小, 最后, 由外部能源驱动, 控制系统产生所需的力。如果传感器仅测量结构响应的信号, 称控制系统为闭环控制;如果传感器仅测量外部激励的信号, 称控制系统为开环控制;如果传感器同时测量结构响应和外部激励的信号, 则称控制系统为闭-开环控制。主动控制可分为控制力型和结构性能可变型 (半主动控制) 两类。
2.1 控制力型
它的特点是采用能检测结构及外干扰振动的传感器, 将传感器获得的信号作为控制振动的控制信号, 通过作动器随时向结构施加控制力, 以便及时控制结构的动力反应。控制装置大体上由仪器测量系统 (传感器) 、控制系统 (计算机) 、动力驱动系统 (作动器) 等组成。目前研究开发的控制力型主动控制装置主要有:主动质量阻尼系统、主动拉索系统、主动支撑系统、主动空气动力挡风板系统、气体脉冲发生器系统等。
2.2 结构性能可变型 (半主动控制)
它是利用控制机构来主动调节结构内部的参数, 使结构参数处于最优状态, 所需的外部能量比控制力型小得多。比起控制力型主动控制, 结构性能可变型主动控制更容易实施而且也更为经济, 而控制效果又与前者相近, 因此结构性能可变型主动控制目前具有更大的研究和应用价值。结构性能可变型主动控制往往采用开关控制或称为"0-1"控制, 通过开关改变控制器的工作状态, 从而改变结构的动力特性。目前, 较为典型的结构性能可变型主动控制装置有:可变刚度系统、可变阻尼系统、主动调谐参数质量阻尼系统、可控 (电流变或磁流变) 液体阻尼器、可控摩擦式隔振系统等。
3 混合控制
混合控制是主动控制和被动控制的联合应用, 使其协调起来共同工作。这种控制系统充分利用了被动控制与主动控制各自的优点, 它既可以通过被动控制系统大量耗散振动能量, 又可以利用主动控制系统来保证控制效果, 比单纯的主动控制能节省大量的能量, 因此有着良好的工程应用价值。目前混合控制装置主要
以下几种: (1) 主动质量阻尼系统 (AMD) 与调谐质量阻尼系统 (TMD) 或调谐液体阻尼系统 (TLD) 相结合的混合控制; (2) 主动控制与阻尼耗能相结合的混合控制; (3) 主动控制与基础隔振相结合的混合控制等。
4 有待研究的控制问题
结构控制这一课题, 近年来, 受到了多个领域的学者与专家的高度重视, 越来越多的控制专家投身于该研究中, 在理论上取得了不少新结果, 在应用上成功的例子也很多, 但仍有一些问题有待进一步深入探讨。
4.1 从控制器设计角度的建模与模型简化
由于结构系统维数高, 含有未建模动态特性及参数不确定性等, 研究面向低阶鲁棒控制器设计的辨识方法及模型简化技术等问题是具有实际意义的, 同时对于含智能材料的结构, 由于材料的强非线性, 对材料与结构间的非线性相互作用的辨识也需进一步研究。
4.2 结构控制中的非线性控制
研究带有滞回环及饱和的非线性控制问题, 这类问题本身在控制界有着广泛的兴趣, 另外智能控制如模糊控制等在非线性结构控制中会有很好的应用前景, 也值得深入探讨。
4.3 结构控制中的混合控制
不同类型的控制算法集成的研究即混合 (hybrid) 控制方式目前是控制界极受关注的问题, 在结构控制中研究主动与被动控制间的最优混合, 是具有实际意义的方向.此外, 利用一些主动控制算法进行结构设计参数的优化问题也值得进一步研究。
4.4 结构控制中的可靠性要求
许多结构控制问题对于可靠性要求很高, 而在正常条件下又无法对整个闭环系统进行实现证实控制方案的正确性, 如为提高建筑物的抗震能力而设计的结构控制器.这样, 探讨结构控制的实验证实方案是十分重要的问题。
5 结构控制技术的发展展望
经过诸多学者长期不懈的努力, 特别是在近十几年的时间里, 土木工程结构控制技术得到了全面迅速的发展, 呈现出一派生机勃勃的发展势头。展望今后一个时期内, 结构控制技术的发展趋势将是:
5.1 被动控制技术规范化实用化。将目前一些较为成熟并且已得到实际工程
证实的被动控制技术, 如基础隔振、耗能吸能减振等, 进行系统整理, 使之逐步规范化、实用化, 并编入新制订的结构设计规范中, 以推动其在工程实践中的广泛应用。目前在国内外这方面的工作已经有了一些进展。
5.2 加强对半主动控制和混合控制技术的实验研究以及试点工程的研究
半主动控制和混合控制技术是今后土木工程结构控制的重要发展方向, 因此应进一步加强对它们的实验研究以及试点工程的研究, 以验证其实际控制效果及可靠性, 并不断总结、完善, 以期尽快达到实用化的要求。虽然目前结构控制技术尚未在土木工程中得到广泛应用, 但由于其自身所具有的明显优势--“智能型”, 其良好的应用前景是毋须置疑的。结构振动控制在高层建筑和高耸结构还有较为广泛的发展前景。虽然, 在我国结构振动控制目前多数仅应用于高耸结构中, 但随着我国高层建筑特别是超高层建筑的发展, 必将给结构振动控制带来更为广阔发展空间因此有理由相信, 采用结构控制技术的智能型隔振减振结构将会是不久的将来人们的现实追求。
摘要：结构振动控制 (简称为结构控制) 技术, 就是指通过采取一定的控制措施以减轻或抑制结构由于动力荷载所引起的反应。本文简述土木工程结构振动控制技术, 并提出需要解决的问题和对今后的发展趋势做了展望。
关键词：结构控制,发展趋势
参考文献
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工程振动 篇9
旋转机械振动诊断是故障诊断技术中非常重要的一个方面。在诊断中采用振动信号, 无论在信号的采集、数据的处理和故障的识别上都简便可靠, 尤其适用于不停机在线监测和诊断报警。
1 振动监测系统与组成
采用美国EN-TEK公司的PM (预测维修) 系统, 建立关键特护机组数据库, 包括机组基本参数、监测部位、监测参数、分析诊断基本参数等。预测维修 (也称为预知维修或特态维修) 是指对设备的维修依赖于设备的状态, 通过对设备的不断监测, 掌握设备当前的工作状态并预报可能的变化趋势。当发现设备异常时, 借助于有效的手段对故障进行诊断, 用诊断的结果来指导维修工作, 这不仅使维修工作有计划地进行, 而且使维修工作在尽可能小的范固内进行。
典型的PM系统由传感器、数据采集器、PM软件和计算机系统组成。数据采集器是集测试、记录、分析为一体的集成式便携测试仪器, 可配接振动、相位, 温度等传感器, 或直接接收电压信号。PM系统软件提供了对测点数据库的管理和巡检路径的设置, 将巡检路径装入数据采集器 (Load) , 由数据采集器将实测数据反馈给计算机 (Unload) , 依据实测数据对设备的状态进行趋势分析和预报及对故障设备进行诊断等全部功能。
利用该预测维修系统的数据采集/频谱分析仪IRD-885进行定期巡回检测, 全部检测数据由系统软件自动生成趋势分析图、颇谱分析图, 随时掌握机组状态, 分析其变化趋势, 及时发现故障隐患, 针对性地采取有效措施, 确保机组保持良好的运行状态。振动监测系统结构如下:
转子→振动传感器→72000r3600仪表系列→lRD-885数据采集颇谱分析仪→计算机PM系统。
2 系统应用
振动诊断技术是利用机器或机构的动态性 (如固有频率、振型号、传递函数等) 与异常机器或结构的动态特性的不同, 来判断机器或结构是否存在故障的技术。振动信号是设备状态信息的载体, 它蕴含了丰富的设备异常或故障的信息, 而振动特征是设备运行状态好坏的重要标志[3,4,5,6]。对于在生产中连续运转的机器设备, 可以根据它在运转中代表其动态特性的振动信号, 采用振动诊断技术在不停机的条件下实现在线监测和故障诊断;对于静态设备和工程结构, 可以对它施加人工激励, 然后根据反映其动态特征的响应, 采用振动诊断技术判断是否存在损伤和裂纹, 从而达到故障检测的目的。
该系统对某公司内部几套催化裂化装置的主风机组、气压机组建立了完整的机组振动数据库并定期巡检, 对运行状态异常的机组增加测试密度, 以确保机组安全运行, 并取得了一定的经济效益。此外, 该系统具有综合的现场工作性能, 对于一些未列入巡检内容的机组能够进行现场分析, 解决实际问题。下面仅列举几个实际问题, 说明该振动监测系统的应用。
某厂重整车间往复氢压机组运行出现异常振动, 相关管线发生强烈振动, 随采用IRD-885频谱分析仪进行振动测试, 以分析机组及管线产生振动的原因。分别对机组在未带负荷和带负荷状况下, 测试其轴承、压缩机气缸、压缩机传递动力部分的振值。机组结构如图1所示, 各测点的通频值如表1所示。
由所测各点振值可以看出, 在带负荷状况下, 机组振值降低, 原因是在现场增加了管线约束, 管线产生很强烈的振动, 认为是由机械共振引起, 采用增加支承、加固支承条件或在管路上附加质量的办法改变管线的自振频率, 使之远离激振频率, 从而使振动降低。
某厂螺杆氨压机振动异常, 采用IRD-885频谱分析仪进行测试, 测试频谱为典型的工频振动, 由于转子存在动不平衡导致机组振动异常, 其结构如图2所示。于是用IRD-885对转子做现场动平衡, 使机组振动值明显下降。氨压机几个主要测点在现场动平衡前后的测试结果如表2所示。
注:前为做现场动平衡之前的测试结果;后为做现场动平衡之后的测试结募。
3 结束语
目前在旋转机械故障诊断技术中应用最多的是转机的振动信号, 其原因是异常振动引起的机械损坏比重很高, 据统计, 因振动产生的机械故障率达60%。采用PM (预测维修) 系统对大型关键特护机组进行振动监测及故障分析, 便于实时诊断, 且诊断结果准确可靠, 可节省大量的维修费用, 创造可观的经济效益, 在旋转机械故障诊断领域具有较好的应用前景。
摘要：在旋转机械故障监测和诊断中, 振动诊断技术具有较强的识别能力, 可及时地进行早期诊断, 发现造成故障的原因, 从而实现预测维修。实践表明, 以振动监测与故障诊断技术为基础的设备预知维修能节省大量的维修费用, 便于实时诊断, 诊断结果准确可靠, 可取得显著的经济效益。
关键词：旋转机械,故障,诊断
参考文献
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工程振动 篇10
土木工程伴随着人类社会的发展而发展。随着科学技术的不断进步, 人类在抵抗各种自然灾害的问题上也取得了一定的进步。然而在伟大的自然面前, 人类仍旧渺小。我们需要更加先进的技术和更加完备的设施来抵抗灾害的侵袭。传统的防震技术的作用效果和安全性能十分有限, 如果地震发生, 结构无法支持, 很有可能破坏严重, 甚至带来极为严重的生命财产损失。因此, 土木工程结构振动控制技术的研究发展十分重要。
1 土木工程结构的减振工作原理
对于消耗能量的减振结构而言, 具体是指土木工程结构的抗侧力装置, 在该装置内部安装有效能量消耗零部件, 进而实现减振目的。如果土木工程结构遭遇地震并受到能量侵蚀, 能量消耗零部件及其装置会产生弹塑性, 滞回变形, 以此来吸收和消耗因地震所带来的能量, 并减小对土木工程结构主体结构的影响程度, 进而实现减振和震动控制的目的。由此可知, 减振工作原理与传统正好相反, 这也是技术领域中的突破性成就。其主要的工程结构振动控制原理如图1所示。
2 结构振动控制技术的研究现状
2.1 被动控制
被动控制是通过改变建筑结构自身一些构件的构造和结构体系的动力学特征, 或者在结构的某个部位附加一个子系统, 来实现减振的目的一种不需要外部能源的结构控制技术。由于其结构简单、造价低廉、易于维护且无需外部能源支持, 目前已成为建筑与结构设计的热点, 许多实际工程中也已经广泛应用。被动技术主要包括基础隔振技术和耗能吸能减振技术。
基础隔振是在结构的上部与基部之间设置一种隔振消能装置的控制技术, 是被动控制的一种, 它主要通过减小地震时向地表传输的能量, 来减小结构的振动。基础隔振能明显降低结构的自身振动频率, 非常适用于中低层建筑, 但由于隔振只对高频率的地震波有效用, 所以对高层建筑并不适用。
吸能减振是通过附加子结构, 使结构的振动位移, 能量重新分配, 从而减小结构振动。耗能减振是在结构体的某些部位, 如节点和支撑部等设置耗能阻尼机构。继而通过这种机构对结构施加控制力, 快速减小结构振动。耗能减振和吸能减振的装置主要有摩擦阻尼器、粘性液体阻器、调谐质量阻尼器、金属屈服阻尼器、质量泵和液压质量控制系统等。
2.2 主动控制
主动控制是一种需要外部能量供给的控制技术。是否具有能量耗损和完整的反馈控制回路是其与被动控制技术的主要区别。尽管主动控制技术更为复杂、造价昂贵并且难以维护, 但对于高层建筑建筑而言, 主动控制具有更好的防震效果。主动控制应用了现代尖端的结构控制技术, 对结构振动情况实施实时追踪和预测, 令结构设计与系统性能达到最佳。主动控制技术分为控制力型和半主动控制型两种。
结构主动控制是利用外部能源在结构振动时对结构施加一个较强的控制力, 此时通过传感器将监测得到的信息导入计算机内, 由计算机根据设定好的计算公式算出应施加的力的具体信息, 最后, 由外部能源提供能量, 施加给结构其所需控制力, 进而快速起到减小结构振动的效果。由于主动控制的实时控制力完全自主可控, 因此其对比于被动控制, 防振效果十分明显。控制力型的主动控制装置主要有主动拉索系统、主动支撑系统、主动质量阻尼系统和主动空气动力挡风板系统等。
半主动控制属于参数控制, 其作用机理和优缺点均介于被动控制和控制力型之间。半主动控制过程依赖于结构的反应情况和外部的激励信息, 通过用小功率能源调整结构的动力参数来减少结构的振动, 与控制力型相比, 半主动控制具有所需外部能量较小、维护要求不太高、更为经济等优势, 而且作用效果又与前者很接近, 因此半主动控制具有较大的研究和应用开发价值。磁流变液态阻尼器和电流变液态阻尼器是半主动控制系统未来研究发展的方向。
2.3 混合控制
混合控制是相对于被动控制和主动控制而言的研究新突破。它将被动控制和主动控制有机结合到同一建筑工程中, 使二者协调起来共同工作。将二者结合起来看似简单, 实则需要无数次的尝试与磨合。此系统充分融合了被动控制系统与主动控制系统的优点, 既可以通过被动控制系统卸掉震动能, 又可以利用主动控制系统来增强控制效果, 因此有很好的建筑工程应用价值。目前混合控制所用的控制装置已有许多种类, 其迅猛发展的势头锐不可当。
2.4 结构控制研究中的待解决问题
经过多年以来的刻苦研究和辛勤实践, 结构的抗震、减振设计研究取得了飞跃性的成就, 也受到了更多各领域科研工作者们的关注与重视。然而科学研究不能一蹴而就, 科技发展也并非是朝夕之事。在看似成果斐然的土木工程结构振动控制领域取得的成就背后, 仍有许多技术不成熟之处, 这些问题犹待解决。如从控制器设计角度的建模工程与模型的简化;如何降低能耗和造价, 使工程简便且不失可靠性和安全性;综合考量各项外界因素, 增强控制的持久力和安全性;完善抗震防护体系作用力的具体计算方式;与其他学科的新技术和新成果有机结合, 促进土木工程结构振动控制技术向智能化发展。结构控制技术是一项复杂严密且与人民生命财产安全息息相关的细致研究, 因此相关科研技术人员和机构要做好研究工作。
3 振动控制技术简析
3.1 隔震的相关地基的建筑材料
在土木工程建设的过程中, 地基材料所使用的材质不一样, 因此, 在地震过程中的地震波的反应也不尽相同。因此, 在土木工程建设的过程总, 要使用特殊的材料对其地基进行相应的处理, 这样才能减少震波的反应, 进而减少相关的建筑物在地震过程中的震感。相对于传统的土木工程来说, 其地基经常使用粘土以及砂子进行相应的垫层施工, 随后, 也有相关的建设工作人员使用糯米进行垫层来对抗震进行相应的研究。经过大量的研究之后, 各种实验数据分析得出以沥青为其原料的材料进行相应土木工程隔震设置的效果非常好。
3.2 基础隔震
隔震的相关结构。在减少地震波的时候, 其主要的部分就是建筑的最基础的部分, 从土木工程最基础的部分设置相应的隔震, 阻止其震波由底层传至建筑的上部分结构, 这样在相应的程度上能够减少地震对整个土木工程结构的伤害, 甚至消除其对工程的结构威胁。在土木工程建设的过程中, 将其基础以及上部的结构设置相应的隔震部分, 对于整个工程来说, 在其投入使用的过程中, 在底层使用隔震的装置效果相对较好, 出现这一现象的原因在于高层建筑结构设置隔震装置过程会延长建筑结构的自振周期, 从而出现隔震效果弱化的现象。现阶段关于基础隔震的进步与发展日益趋于多样化与完善。
3.3 耗能减震
耗能减震具体是在建筑结构的空间, 层间等部位装设消能装置, 如果地震等级较低, 建筑结构自身会协同各个部位的消能装置, 维持建筑结构的弹性状态规避地震的影响, 减小地震的危害程度。如果地震的等级较高, 增加建筑结构自身的形变程度, 并协同消防装置内部的大阻尼, 有效吸收和消耗地震能量, 并将其转换成热能的形式传输至外界, 这能够显著降低地震对建筑结构的影响, 维持建筑结构的弹性形态, 此种技术主要具有以下特点:
安全性和可靠性较高, 借助耗能装置有效吸收和消耗地震能量, 进而保护建筑物的主体结构;经济且环保。这主要是因为此装置中采用了柔性性能, 可缩减剪力墙数量和配筋断面;应用范围广泛, 此种装置可应用在工厂、办公大楼中;维护经费较低。如果装设耗能减振装置, 需要定期维护, 进而保障其正常运行。该装置和其余减振装置相比, 维护经费相对较低。
例如在我国某市地区内的一个重点建筑, 其主楼高57.8m, 地上13层 (两侧的塔楼为16层) , 地下一层, 建筑面积为1418815平方米, 采用中央空调系统。该建筑采用钢筋混凝土筒体-框架结构, 抗震设防烈度为9度, 结构安全等级为二级, 抗震设防分类标准为二级。原结构采用筒壁厚450mm, 底层框架柱截面为800mm*800mm, 框架梁高800mm。抗震计算表明, 原结构在多遇、罕遇水平地震作用下都不能满足要求, 且梁、柱的配筋率很高, 施工困难。
经技术经济比较, 决定采用粘弹性阻尼器的耗能职称, 结构的自振基本频率由原来的1.1Hz提高到1.16Hz, 即结构的抗侧刚度比原来的稍小。
3.4 悬挂隔震
悬挂隔震的原理是阻止地面的地震波传递至建筑主体结构, 防止主体结构受到损坏。可见悬挂隔震装置结构很大部分的质量甚至是全部质量均悬挂在地面上, 地震到来时, 建筑结构上层的分离导致无惯性力产生, 从而达到显著隔震的目的。悬挂隔震技术适用范围没有其他技术的应用范围广泛, 钢结构, 大型钢结构是其主要的使用结构, 又分为主框架和子结构两部分, 悬挂子结构, 主框架结构便与子结构分离。当地震波到达悬挂部位时, 地震能量大大减少, 有效控制了地震的传递, 减少建筑在地震中的损害。
3.5 混合控制
混合控制, 可以将其简单地理解为主动控制和被动控制的融合, 这种控制技术具有设计繁琐的特点, 这种振动控制技术被广泛地应用在日本建筑结构设计中。在具体的设计过程中, 应多次深入调查建筑物所处地区的地震情况并全面勘查地质条件, 掌握各种信息, 优化调整控制系统, 进而实现防震抗震的目的。这种控制技术有效融合了主动控制和被动控制中的优点, 然而其工程造价较高, 在我国很少应用。
4 振动控制技术的展望
在近十几年的时间里, 经过诸多专家学者们长期不懈的艰苦努力, 土木工程结构振动控制技术得到了全面迅猛的发展, 呈现出一派生机勃勃的发展势头, 在今后一段时期内, 结构控制技术的发展趋势将是被动控制技术规范化与实用化和加强对半主动控制和混合控制技术的实验研究以及试点工程的研究。尽管在我国目前的土木建筑工程领域中, 结构控制技术基本上还仅仅应用于高层建筑结构设计之中, 但随着我国高层建筑特别是超高层建筑的飞速发展, 必将给结构振动控制技术带来更为广阔的发展空间。因此, 由于土木工程结构振动控制技术自身所具有极为明显的优势, 其未来拥有良好的应用前景是毋须置疑。
5 结语
土木工程结构振动控制的研究与应用有着十分广阔的广泛的发展与应用前景, 它的研究和发展将会给土木工程结构领域的抗震、抗风等抵抗不可抗力灾害的建筑设计带来一场前所未有的历史性革命。近年来土木工程结构振动控制技术的研究与应用已取得了长足的发展与进步。由此看来, 在对抗地震、强风等自然灾害的问题上, 土木工程结构控制起着至关重要的作用。因此, 我们对土木工程结构振动控制技术未来的成就十分期待。
参考文献
[1]邱敏, 张学文, 陆中玏, 杨世浩.土木工程结构振动控制的研究现状与展望[J].安全与环境工程, 2013, 03:14-18.
[2]邢冠群.土木工程结构振动控制的研究现状与展望[J].科技展望, 2014, 15:38.
便捷振动吹气衣架 篇11
为了解决这个问题，加速衣服的干燥，我想了很久。根据学过的物理知识，液体温度越高，其表面气流速度越大，液体蒸发也就越快，因此要让衣服里的水分快速蒸发，可以通过让衣服表面的气流速度增大来实现。我想，如果给晾晒衣服的衣架增加一个风扇的装置，让每一个衣架都能给湿衣服持续吹风，这不就解决问题了吗？没错，让衣服快速变干的关键是通过气动风干，均匀地加速水分蒸发。
一开始我选择用电风扇作为气源，但真正实施起来却发现难度很大，而且非常不节能。为了让这款衣架能更普及，我必须选择低能耗、安全性更高的零部件。在老师的提醒下，我改用家用电脑风扇作为气源和振动源，这样一来，耗能变少，且更安全，也能达到速干的目的，更重要的是没有噪音。
于是我设计的便捷振动吹气衣架就制作完成了。这款管状衣架，用直流电驱动小功率电动机振荡，引起湿水衣物高频抖动，加速蒸发，并将气流吹向衣服，效果还不错。我做了对比：晾晒一条用一般手力拧干的成人长裤，在相同条件下，用这一发明可缩短50%左右的晾晒时间，且只消耗1W的功率，特别适合外出者住宿宾馆时使用。
对于这个作品，未来我还想把气源微型化，动力光电池化，使衣架更轻巧美观，更节能环保。
（本发明荣获2015年广西青少年科技创新大赛三等奖 指导老师：韦明肯黄来武 覃世红 覃冠成）
工程振动 篇12
关键词：噪音和振动控制,噪音标准,隔声缝
0 引言
济南省会文化艺术中心大剧院工程由法国保罗·安德路建筑事务所和北京市建筑设计研究院联合设计, 大剧院包括1800座席的歌剧厅、1500坐席音乐厅、500座位的多功能厅及附属工程, 地上建筑面积约7.5万m2。它是为满足承办2013年第10届中国艺术节的需要, 并使济南市具备承办国际国内顶级艺术盛会和各类大型文化活动的条件。
从项目一开始就要考虑声学问题, 例如, 设备机房和冷却塔的位置设置、配风系统设计、以及噪音关键区域的隔声设计等, 这些对于整个设计成果的完成都非常重要。工程设计前期由委托专业声学顾问团队, 通过对剧院工程声学分析制定报告。对设备和电气系统噪音和振动控制的综合指导和建议, 具体说明整个项目构思中需要遵循的噪音和振动控制原则。主要着重于设备 (采暖、通风、空调) 和电气系统方面的问题。有关建筑隔声系统的说明将并行交付设计师。
1 背景噪音控制水平分析
对于所有演出区域和排练室来说, 低背景噪音水平是声学质量中不可或缺且极其重要的一部分。主要有两大类噪音需要进行缓解:连续性噪音和间歇性噪音。连续性噪音无处不在, 主要来自于变电系统和空调系统等。间歇性噪音不仅来自室外的道路交通、飞机和雷电, 也来自室内例如隔壁房间、卫生间、门扇、人为噪音、维修噪音、电梯运行噪音等。解决方式是平衡连续性噪音控制 (控制技术安装和空调系统设计) 和间歇性噪音控制 (通过隔声手段, 包括大型墙体和地板、浮隔地板和吊顶) 。
1.1 噪音临界区
“噪音临界区”指的是需要低背景噪音水平的区域。在这些区域中, 必须特别注意空调、设备、结构和电气系统工程, 以满足预定的背景噪音设计目的。
1.2 噪音标准
所有噪音临界区的允许噪音水平在下表中以噪声额定值 (NR) 的方式表示, 允许噪音标准应作为设备和电气系统的指导原则, 噪音和振动控制, 如隔振、管道消声和增压 (膨胀室) 需要达到设计噪音目标值。
除特殊情况外, 表1中未列占用区域的噪音水平应低于NR-35。
2 噪音控制规划
由设计师和剧院规划师来处理建筑要求。声学顾问团队将审查建筑和工程图纸, 看是否满足基本声学空间的规划要求。
2.1 设施规划和隔声设计
噪音临界区的隔声通用原则包括: (1) 尽量围绕演出区域, 垂直和水平, 形成安静区域, 减少暴露在外界噪音中; (2) 将噪音最大区域设置在离最多噪音临界区最远的地方; (3) 机械设备不设置在噪音临界区附近; (4) 给排水设施和相关管道不设置在噪音临界区的墙体、地板或吊顶上; (5) 利用围绕1800座歌剧厅、1500座音乐厅、500座多功能厅的“隔声缝”; (6) 将所有主要产生噪音和振动的设备设置在隔声缝的另一边; (7) 穿过噪音临界墙必须密封不透气, 以防止噪音泄漏。
2.2 穿洞线缆
视听录音和广播通常要求更多地使用到缆线。应为整个项目中的临时线缆提供线缆穿洞系统。线缆穿洞的位置和细部必须保持噪音临界墙和板的声学完整性。不好的线缆穿洞设计将导致声学短路, 会穿过隔声构造的门和墙。这种声学短路在施工完成后很难进行修补。
2.3 卫生间位置
冲水马桶水流所产生的噪音会传到演出或排练区域。为避免给排水噪音, 将卫生间设置在远离噪音临界区的位置 (中间穿过大厅或走廊) 。避免将卫生间设置在靠近主要演出区域的位置, 同时不要将带整体制冷设备的饮水装置设置在与噪音临界区共用的墙体上。
2.4 电梯位置
不能将电梯设置在噪音临界区 (包括演出区域和排练厅) 。
2.5 隔声隔光前室 (SLL)
隔声隔光前室主要由两扇门构成, 约2米的分隔距离, 形成一个小前室。在隔声隔光前室中至少有三个面 (吊顶/地板和两面墙) 必须是吸声和吸光的:通常, 吊顶为黑色隔音板或玻璃纤维, 墙上为地毯或玻璃纤维, 和/或地板为地毯。一些舞台后隔声隔光前室的墙体材料 (特别是设备要穿过的部分) 必须更牢固。在玻璃纤维上使用穿孔金属板 (至少25%的开孔面积) 。隔声隔光前室的墙体必须从楼板延伸至吊顶板。墙顶应进行隔声密封 (用矿棉和非硬化胶合铺料填充的密封缝) , 一直到板上。
2.6 隔声隔光前室的门
在很多情况下, 隔声隔光前室可以提供有效的噪音隔离, 即使在单扇前室门没有特别高隔声等级的情况下。其中一扇门应为至少50mm厚实木或空心钢门, 带大密度的玻璃纤维填充;另一扇门应为至少40mm厚实木或填充金属门。所有门都需要在门整个四周设置完整的隔声密封 (包括门槛密封) , 需要合适定位尺寸以满足门框的要求, 并将隔声密封考虑在内。在演出和排练的任何区域, 隔声隔光前室的内门 (即离开前室的第一扇门) 必须使通过的人能够安静地离开。因此, 内门不能有任何应急五金件或可操作的闩锁, 在演出和排练期间使用时不回产生干扰噪音。内门应设置推门板/拉手和闭门器 (与隔声密封配合) 。将任何应急五金件或闩锁设置在外门上 (消防规范中特别要求) 。这就表明当隔声隔光前室穿过防火墙时, 防火线应沿外门行走。如图1所示。
3 隔声缝降噪实现途径
为避免演出区域之间振动的传输, 在各主要演出厅之间获得所要求的隔声效果 (不论是空气中和结构中的声响) , 要求从结构上来分隔单独的房间。从声学上来说, 连续型基础底板是可接受的, 即如果厚度足够的话, 基础底板不间断。在这种情况下基础底板的厚度需要为一个至少900mm的全重混凝土。
基础底板上的所有墙体需要由一个至少50mm厚的隔声缝来隔断。为进一步防止所有演出区域受到地铁和广场所有活动噪音的影响 (以及附近施工作业的影响, 例如商业中心建筑场地的施工) , 入口大厅和休息室应形成一个第四个单独的建筑, 从结构上与演出区域墙体分隔开来。图2中隔声缝的线路用粗黑线表示。
隔声缝线路应在所有建筑和各专业平面和剖面中表示声缝线路, 使所有项目参与人员均了解隔声缝的确切位置。
3.1 穿过隔声缝的剖面
图3表示出两种可能会穿过隔声缝的剖面, 过不连续型 (左图) 和连续型 (右图) 基础底板。在不连续型基础底板中, 隔声缝需要在底部通过弹性防水和防震衬垫隔开。在连续型基础底板中, 基础底板需为至少900mm厚全重混凝土, 使其足够坚固来阻止穿过隔声缝的振动。在这两种情况下, 为避免隔声缝的钢性桥接, 需要有不含混凝土和其它杂质的缝隙 (至少50mm宽) , 使振动穿过隔声缝到建筑其它部分。在浇筑混凝土墙前, 要建墙体之间 (即混凝土夹板间) 的缝隙应用矿棉、泡沫隔离板或同类材料进行填充, 以防止浇筑混凝土掉入缝隙中。
3.2 穿过隔声缝的管道和线槽
当管道包括喷淋管以及线槽或其它大型管道穿过隔声缝时, 需要在隔声缝交叉的每一面设置3米隔振装置。隔振装置应有25mm挠度弹簧和橡胶吊杆, 或50mm橡胶垫。
3.3 隔声缝饰面
对于整个建筑隔声缝的建筑饰面, 可使用特殊膨胀缝盖 (或防震缝盖) , 如在机场建筑或大型停车结构中所使用的一样。如图4所示。
另一种方法是使用任何可以避免隔声缝“桥接”的盖子, 这需要在两个独立的结构间设有坚固的连接。另一种可能是用矿棉对隔声缝进行填缝, 用弹性粘结剂密封 (就像用于防火渗透的方法) , 或者用防护型纺布覆盖隔声缝。
4 结语
大剧院工程由于其功能的特殊性, 需要采用特殊的噪声和振动控制技术, 但一些降噪技术施工难度大, 造价高, 无法全部应用到一个项目中, 为了达到降低成本并满足大剧院功能需求的目的, 从项目开始阶段就对声学问题进行考虑, 编制噪音控制规划, 采用隔声缝这种简单方法, 从而可以适当的成本顺利达到低噪音空间标准。
参考文献
[1]余慧娜.浅谈在建筑设计中综合考虑建筑节能与建筑噪声控制[J].江西化工, 2010 (5) .
[2]项端祈.实用建筑声学[M].北京:中国建筑工业出版社.
[3]中国建筑科学研究院建筑物理研究所.建筑声学设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 1987.