Фундаменты под машины и оборудование с динамическими нагрузками

Фундаменты под машины и оборудование с динамическими нагрузками .

Основные положения. Существует огромное разнообразие типов машин и оборудования, передающих через фундамент динамичес­

кие воздействия на грунты основания. По характеру динамического воздействия все они различаются на машины периодического и не­периодического, включая импульсное, действия. Динамические на­грузки, возникающие при работе таких машин, могут изменяться по различным законам и приводить к разным колебаниям системы «машины — фундамент — основание». Поэтому при едином теоре­тическом подходе практические приемы расчета и проектирования фундаментов различных групп машин и оборудования могут раз­личаться.

Общая задача проектирования фундаментов заключается в том, чтобы обеспечить нормальную работу установленных на них ма­шин и оборудования, исключить вредное воздействие вибрации на расположенные вблизи строительные и технологические объекты, удовлетворить требования санитарных норм в отношении уровня допустимых вибраций для обслуживающего персонала. При этом фундаменты должны быть экономичными и соответствовать со­временному технологическому уровню строительных, работ.

Расчет фундаментов производится на действие статических и ди­намических нагрузок.

Расчетные статические нагрузки определяются обычным спосо­бом (масса машины и вспомогательного оборудования, фундамента и грунта на его обрезах с коэффициентом перегрузки п— 1). Значения динамических нагрузок обычно даются заводом-изготовителем в техническом задании на проектирование фундамента. При отсут­ствии данных динамические нагрузки допускается определять по указаниям СНиП 2.02.05 — 87 «Фундаменты машин с динамичес­кими нагрузками».

В: соответствии с общими правилами основания и фундаменты под машины рассчитываются по двум группам предельных состоя­ний. По первой группе (по несущей способности) во всех случаях производится проверка среднего статического давления под подо­швой фундамента на естественном основании или расчет несущей способности свайного фундамента, а также выполняется расчет прочности отдельных элементов конструкции фундамента. Расчеты по второй группе (по деформациям) включают сопоставление на­ибольшей амплитуды колебаний фундамента с предельно допусти­мой для данного типа машин и, если это требуется по техническим условиям (например, для фундаментов турбоагрегатов), определе­ние неравномерных осадок, прогибов, кренов и т. п. и их сопостав­ление с предельными значениями, устанавливаемыми проектом.

При проектировании машин и оборудования с динамическими нагрузками применяют как фундаменты неглубокого заложения, так и свайные фундаменты. Фундаменты могут быть монолитные, сборно-монолитные и сборные. Форма и размеры фундаментов определяются особенностями оборудования и уточняются расче­том. ■

В практике часто применяют следующие: три конструктивных

Рис. 17.3. Основные конструктивные типы фундаментов под машины: а — массивный; б — стенчатый; в — рамный

типа фундаментов (рис. 17.3): массивные в виде блока или плиты; стенчатые, состоящие из продольных или поперечных стен, жестко связанных с фундаментной плитой; рамные, представляющие собой пространственную конструкцию из верхней плиты или системы балок, опирающихся через стойки на фундаментную плиту.

Для машин ударного действия с большими нагрузками (различ­ного рода прессов, молотов, формовочных машин литейного произ­водства и т. п.), как правило, применяют массивные фундаменты. Для других типов машин кроме массивных могут быть исполь­зованы облегченные стенчатые и рамные фундаменты.

Фундаменты могут проектироваться как под отдельную маши­ну, так и под группу машин. Фундаменты под машины, как прави­ло, отделяются сквозными швами от смежных фундаментов зданий, сооружений и оборудования, а также от пола примыкающего поме­щения. Для уменьшения вибрации фундаментов при соответству­ющем обосновании рекомендуется предусматривать их виброизоля- цйю.

Глубина заложения фундамента зависит от его конструкции, технологических требований, инженерно-геологических условий площадки и глубины заложения соседних фундаментов. При уста­новке машин на открытых площадках или в неотапливаемых поме­щениях следует учитывать и глубину сезонного промерзания грун- . — , ■ ‘ 461

Проектирование свайных фундаментов производят в соответст­вии с требованиями СНиП 2.02.03 — 85 «Свайные фундаменты». Однако при определении несущей способности одиночной сваи про­изводится корректировка расчетных показателей с помощью коэф­фициентов условий работы грунтов основания, приведенных в СНиП 2.02.05 — 87.

Расчеты конструкций фундаментов и отдельных их элементов производят в соответствии со СНиП 2.03.01 — 84 «Бетонные и же­лезобетонные конструкции».

Расчеты по второй группе предельных состояний. В зависимости от характера динамических нагрузок расчеты ведутся на вынужден­ные колебания (фундаменты машин с нагрузками, изменяющимися по периодическому закону,—машины с вращающимися частями, дробилки и т. п., а также фундаменты машин с кривошипно­шатунными механизмами, создающими нагрузки, изменяющиеся по полигармоническому закону) или на собственные колебания (фундаменты машин с импульсными воздействиями — кузнечные молоты, прессы, формовочные машины литейного производства и т. д.).

Амплитуды колебаний фундамента должны удовлетворять условию

где а — наибольшая амплитуда колебаний фундамента, определя­емая расчетом; а_и — предельно допустимая амплитуда колебаний фундамента, устанавливаемая заданием на проектирование, а при ее отсутствии в задании принимаемая по СНиП 2.02.05 — 87.

Значения предельно допустимых амплитуд колебаний фундамен­тов назначаются в соответствии с требованиями общей задачи проектирования, приведенной в начале настоящего параграфа. Так, значение горизонтальных колебаний для машин с вращающимися частями составляет от 0,05 мм (для высокочастотных машин) до 0,2 мм (для низкочастотных). Для прессов и кузнечных молотов значе­ние а_и повышается соответственно до 0,25 и 1,2 мм. Величины наибольшей амплитуды колебаний а определяются расчетом для каждого конкретного случая. — ■ ■

Инженерные расчеты задачи о колебаниях сложной системы «машина — фундамент — основание» базируются на упрощенных положениях, предложенных еще в 1933 г. Н. П. Павлюком и разви­тых последующими исследователями. Принимается (рис. 17.4), что машина вместе с фундаментом представляет собой абсолютно жесткое тело с массой, расположенной в центре тяжести действу­ющих статических нагрузок. Основание рассматривается как не имеющее массы и способное к упруговязкому деформированию. При этом сопротивление пружин на рис. 17.4, имитирующих уп­ругие деформации основания, пропорционально перемещениям

ФУНДАМЕНТЫ МАШИН С ДИНАМИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ

По характеру динамического воздействия различают машины периодического и непериодического действия.

К первой группе относятся машины равномерного .врдщения (турбогенераторы, турбокомпрессоры, турбо­воздуходувки, турбонасосы, электрогенераторы, моторге — нераторы, электродвигатели) и равномерного вращения, связанного с возвратно-поступательным движением кри- вошипно-гшатунного механизма (компрессоры, дизели, лесопильные рамы).

Ко второй группе относятся машины неравномерного вращения или возвратно-поступательного движения (вро­де приводных электродвигателей прокатных станов) и машины возвратно-поступательного движения, заверша­ющегося одиночным или групповыми ударами (ковочные или штамповочные молоты, копры для дробления скрапа).

По конструктивному признаку фундаменты подраз­деляют на массивные, стеновые и рамные (рис. XII.25).

Массивные фундаменты конструируют с необходимы­ми выемками и отверстиями для отдельных частей обо­рудования и колодцами для анкерных болтов.

Фундаменты стенового типа образуются из нижней плиты и жестко соединенных с ней вертикальных стен продольного или поперечного направления. Стены могут ыть связаны между собой балками или диафрагмами.

Рис. XI 1.25. Фундаменты машин с динамическими нагрузками А—массивный; б — стеновой; в — рамный

Фундаменты рамного типа имеют вид каркаса из ри- ■ гелей и стоек, стоящего на фундаментной плите.

Фундаменты должны удовлетворять условиям проч­ности и устойчивости.

Конструкция верхней части фундамента диктуется, габаритными размерами машины н удобством ее обслу — • живания. ;

Прочность основания проверяют по сопротивлению грунта с понижающим коэффициентом 0,8 для фунда­ментов под турбоагрегаты и 0,4 под кузнечные молоты.

Фундамент в целом должен быть скомпонован так, чтобы равнодействующая его массы и массы машины і проходила через центр тяжести подошвы фундамента | или имела незначительный эксцентриситет (3—5%).

Для низкочастотных машин с частотой вращения до 1000 об/мин производится динамический расчет, кото­рым определяют амплитуды вынужденных колебаний в вертикальном и горизонтальном направлениях. Вычис­ленные амплитуды не должны превышать установлен­ных нормами для машин различных типов.

Амплитуды колебаний фундаментов вычисляют с уче­том упругих характеристик основания. В рамных фунда­ментах принимают во внимание упругие свойства рам; массивные и стеновые фундаменты считаются абсолют­но жесткими.

Отдельные части фундаментов рассчитывают по проч­ности как элементы железобетонных конструкций.

Подробные указания по конструированию, а также по .статическому и динамическому расчетам фундаментов по каждому виду машин даются в специальных руковод­ствах.

Фундаменты выполняют из бетона класса не ниже В 12,5 с применением арматуры классов A-I—А-Ш.

Массивные и стеновые фундаменты армируют только по поверхности, а также в местах ослабления отверстия­ми или приложения сосредоточенных усилий. Рамные фундаменты армируют как стойки и ригели paivi по нор­мам проектирования железобетонных конструкций.

Фундаменты под оборудование часто выполняют мо­нолитными, армируют сварными сетками и каркасами, опалубку делают из железобетонных тонких плит, кото­рые впоследствии оставляют в составе конструкции фун­дамента.

[1]2 + (Р + V’) fh х — (l + (VII. 85)

[2] Расчет плиты, второстепенных и главных балок

Расчетный пролет плиты принимают равным расстоя­нию в свету между второстепенными балками и при овирании на наружные стены — расстоянию от оси оно —

[3] Цытович Н. А., Березанцев В. Г., Долматов Б. И., Абелев Ю. М.

Основания и фундаменты. М., «Высшая школа», 1970.

[4] Жемочкин Б. Н., Синнцын А. П. Практвческие методы расчета фундаментных балок н плит на упругом основания. М., Госстройиз — дат, 1962.

[5] Пратусевич Я — А. Вариационные методы в строительной механике.

[6] Давыдов С. С. Расчет строительных конструкций на упругом осно­вании. МИИТ, 1967.

Давыдов С. С. Расчет фундаментных плит на смешанном осно­вании. — Основания, фундаменты н механика грунтов, 1970, № 4.

Основания фундаментов при действии на них динамических нагрузок

8.35 Основания фундаментов сооружений, под­верженных воздействию источников вибрации, и машин с динамическими нагрузками проекти­руются исходя из характера источников вибра­ции и специфики работы каждого вида машин и оборудования.

8.36 Техническое задание на проектирование оснований фундаментов сооружений, подвер­женных воздействию источников вибрации, и машин с динамическими нагрузками должно содержать:

— технические характеристики источников виб­рации и колебаний (наименование, тип, мощ­ность, масса, стационарность, скорость движу­щихся и ударяющихся частей), места их разме­щения и компоновки (отдельный или общий фундамент);

— данные о величинах, местах приложения и направлениях действия статических и динами­ческих нагрузок, в т. ч. на анкерные болты, а также об их амплитуде, частоте, фазе;

— данные об инженерно-геологических изыска­ниях;

— требования по защите фундаментов от аг­рессивных и вредных воздействий.

8.37 Следует различать два типа источников вибрации — подвижный и стационарный, и два типа машин — периодического и непериодичес­кого действия.

Машины периодического действия подразделя­ются на виды:

— с равномерным вращением (электродвигате­ли, турбогенераторы, дымососы и вентиляторы, центрифуги, роторы и др.);

— с равномерным вращением и возвратно-поступательным движением (с кривошипно-шатунным механизмом, компрессоры, насосы, двигатели внутреннего сгорания, лесопильные рамы и т. д.);

— с возвратно-поступательным движением, за­вершающимся ударами (вибрационно-ударные, встряхивающие).

Машины непериодического действия делятся на виды:

— с неравномерным вращением или возвратно-поступательным движением (прокатные станы, генераторы разрывных мощностей и др.);

— с возвратно-поступательным движением, за­вершающимся ударами (молоты, копры и др.);

— передающие на фундамент случайные им­пульсивные нагрузки (щековые, конусные и мо­лотковые дробилки, а также мельничные бара­банные и трубчатые установки).

8.38 Фундаменты сооружений и машин, подвер­женных действию источников вибрации, следу­ет проектировать простой формы: а) монолит­ными (железобетонными, бетонными); б) сбор­но-монолитными; в) сборными (при соответст­вующем обосновании) — с разделительными швами не менее 100 мм между боковыми гранями фундамента машин и полом сооружения, в кото­ром эти машины установлены, а также между по­лом и фундаментами несущих конструкций соору­жения.

Монолитные фундаменты применяются для любых типов сооружений и машин, а сборно-монолитные и сборные, как правило, под маши­ны периодического действия. Применять их под машины с ударными нагрузками не допускается.

8.39 В качестве фундаментов для машин с ди­намическими нагрузками используются плитные массивные и рамные конструкции в виде от­дельных опор под каждую машину и общие — под несколько машин. Для оснований III катего­рии сложности и стесненных площадок допус­кается применять свайные фундаменты, как правило, из свай сплошного сечения.

8.40 Основные положения по проектированию фундаментов сооружений и машин, подвержен­ных воздействию источников вибрации, должны удовлетворять разделам 4-7, условиям безо­пасности труда, санитарным нормам, а также допустимым уровням вибрации для технологи­ческих процессов, приборов и оборудования.

Класс бетона по прочности на сжатие для фун­даментов, подверженных динамическим воз­действиям, должен приниматься не ниже В12,5 для монолитного варианта и не ниже В15 для сборного варианта фундаментов. Армирование фундаментов назначается по расчету.

При действии ударных нагрузок применяется только горячекатанная стержневая арматура в вязаных каркасах.

В местах изменения размеров фундамента в плане и по высоте, по контуру вырезов, а также в местах, ослабленных отверстиями или выем­ками для колодцев, следует предусматривать конструктивное армирование.

8.41 Размеры и форму верхней части фунда­мента, подверженного воздействию динамичес­ких нагрузок, назначают с учетом размеров опорных частей надземных конструкций и пас­портных данных заводов-поставщиков оборудо­вания (габариты опорной плиты, расположение анкерных болтов).

Расстояние от наружной грани фундамента до грани колодца должно быть не менее 50 мм при диаметре анкерного болта d_p 24 мм.

СНБ5.01.01-99

8.42 Высоту фундаментов следует назначать минимальной из условия размещения в них технологических выемок и шахт, а также надеж­ной заделки анкерных болтов. Расстояние от нижних концов наиболее глубоко заделанных болтов до подошвы фундамента должно быть не менее 100 мм.

8.43 Расчет оснований фундаментов при воз­действии на них динамических нагрузок сводит­ся к определению:

— амплитуд колебаний фундаментов и их от­дельных элементов (A_αdm), мм;

— среднего статического давления под подош­вой фундамента (Р), кПа, на естественном осно­вании или несущей способности сваи (f_di), кН;

— возможности возникновения дополнительных осадок основания, вызванных действием виб­рации.

8.44 Наибольшая амплитуда колебаний верхних граней фундамента (A_αdm), мм, (в т. ч. верти­кальных а_z и горизонтальных a_y, с учетом воз­можных поворотов относительно главной гори­зонтальной оси инерции и вертикальной оси) должна удовлетворять условию

где A_αdm — наибольшая амплитуда колебаний фун­дамента, определяемая расчетом или полученная опытным путем;

— предельно допустимая амплитуда, регла­ментируемая соответствующими документами, зада­нием на проектирование, с учетом санитарных и тех­нологических требований.

Величина должна быть не более:

— для машин с вращающимися частями 0,1-0,2 мм;

— для машин с кривошипно-шатунным меха­низмом 0,1-0,25 мм;

— для кузнечных молотов 1,2 мм (0,8 мм для водонасыщенных песков);

— для дробилок 0,3 мм;

— для мельничных установок 0,1 мм;

— для прессов и подвижного состава 0,25 мм (0,2 мм для грузового состава).

Последнее изменение этой страницы: 2016-04-08; Нарушение авторского права страницы

Расчет на динамику от оборудования

Рискну предположить, klinker , что ваше здание ко всем дробилкам-грохотам ещё и решено в металлическом каркасе. Хотя это не главное.
Всё нижеизложенное является исключительно моим личным мнением. Мне «посчастливилось» один раз столкнуться с объектом, подобным Вашему, поэтому я и решил ответить Вам без каких-либо конкретных рекомендаций и советов.

Мой объект — достаточно высокий одноэтажный металлический каркас со встроенной технологической трёхэтажной этажеркой, на железобетонных перекрытиях (по металлическим балкам) которой располагались помимо всего прочего три(!) грохота и дробилки, по массе сопоставимые с Вашими. Был выполнен СТАТИЧЕСКИЙ расчёт каркаса в целом и его отдельных элементов: из условий обеспечения прочности, жёсткости и устойчивости были подобраны сечения элементов. А на этапе технологических испытаний построенного здания выяснилось, что одно из перекрытий этажерки настолько сильно трясёт, что на нём невозможно находиться! То есть нарушались требования санитарных норм, о которых говорит в п. 4 рекомендуемого приложения 6 СНиП «Нагрузки и воздействия».

Конечно, следовало хотя бы оценить частоты собственных колебаний каркаса (или наиболее «чувствительных» к влиянию оборудования его фрагментов), проведя модальный анализ. Это, как минимум. А как максимум, провести полноценный ДИНАМИЧЕСКИЙ расчёт модели каркаса во времени и «поймать» значения виброперемещений, -скоростей и -ускорений. А так… Пришлось усилять главные балки «буйного» перекрытия, ставить дополнительные связи и проч. Кстати, всего этого (в том числе и необходимого в этом случае достаточно сложного динамического расчёта) можно было бы избежать, если было бы принято решение об устройстве отдельных фундаментов под технологическое оборудование, как изначально предлагал проектировщик, но заказчик настоял на своём… Вот так.

Что касается Ваших вопросов, то вот мои соображения. На первый Ваш вопрос сложно ответить (особенно на вторую его часть) в силу его почти необъятной широты. По-моему, Вам обязательно нужно держать тесный контакт с главным специалистом, ведущим этот объект.
По поводу второго вопроса. Почти всё можно! Нужно только чётко сформулировать цель. Динамический расчёт в форме модального анализа или во времени провести можно. Настоятельно рекомендую общаться со службой поддержки по этому поводу. Динамика — вещь серьёзная.
А начать нужно с традиционного статического расчёта всего каркаса и его элементов (включая проверку устойчивости).

Начнём с того, что ещё раз повторюсь. Мои соображения не следует рассматривать как истину в последней инстанции: у меня слишком мало опыта в расчёте металлических конструкций как таковых (больше работаю с железобетоном) и тем более расчёта их на динамические воздействия. Поэтому, собственно, я и призываю Вас общаться со специалистами в этой области проектирования (по крайне мере, я бы теперь сделал именно так в подобной ситуации). Однако случай с моим объектом заставил меня задуматься над многими вещами.

Скорее всего, Ваш каркас решен по рамно-связевой схеме. Рама – в плоскости работы оборудования, связи – в перпендикулярной плоскости. Оборудование располагается на различных отметках одно над другим в пролёте связевой шарнирно опёртой балки. Так? Кстати, на Вашем объекте всего одна технологическая линия? Как жё быть, если она встанет? Производство останавливать на время ремонта… Разместить оборудование на отдельных фундаментах, скорее всего, уже нет возможности в силу согласованного решения.

Теперь нужно самым тщательным образом разобраться с нагрузками. Абсолютно все технологические нагрузки должны быть заданы в технологическом задании. Должны быть описаны места расположения оборудования с точными привязками, коэффициенты надёжности и динамичности. В этой связи, мне не совсем понятно, почему Вы принимаете коэффициент динамичности для дробилки по справочникам. Но этого мало. Та таблица технологического здания, из которой берётся информация по нагрузкам, как мне кажется, не даёт законченного представления о работе оборудования. Поэтому по заданным маркам применяющегося оборудования, необходимо установить, что собой представляет и как работает та или иная машина. Это очень важно. Тогда можно будет с большой долей уверенности предполагать, например, какое направление колебательного или ударного воздействия будет определяющим для того или иного фрагмента конструкции. Интуитивно чувствуется, что в описанных выше конструктивных (предполагаемых мною) условиях, вертикальные колебания подвижных частей механизмов будут в большей степени оказывать влияние на горизонтальные элементы (балки, плиты), а горизонтальные колебания – на раму в целом. Вот Вам уже почва для анализа! Это к вопросу о количестве расчётов. Возможно, их придётся провести несколько, чтобы получить достаточно информации для принятия окончательного решения. Кроме того, есть пусковой и аварийный режимы работы оборудования с частотами вынужденных колебаний, отличающихся от эксплуатационных.

На счёт сравнения собственных частот колебаний конструкции с частотами колебаний оборудования. Сложный для меня пока вопрос. Собственных частот (и форм колебаний, соответствующих этим частотам) у конструкции несколько. Вопрос о том, какую или какие из них принять во внимание. Конечно, первая форма колебаний, представляет наибольший практический интерес, и рекомендация о 20% вполне логична, её стоит взять на вооружение. Но не всё так просто в динамике. Резонанс может наступить и по более высокой форме… Там много подводных рифов… Нужно поднимать свой уровень в этом вопросе. Как видите, в динамике какие-либо рекомендации особенно сложно формализовать, к сожалению.

Осадка фундаментов под влиянием динамических нагрузок

Характерные дефекты СМР при возведении монолитных каркасных зданий

При проведении обследований строящихся зданий с монолитным железобетонным каркасом среди наиболее часто встречающихся дефектов отмечены:

1. Заниженная по сравнению с проектной прочность бетона.
2. Смещение разбивочных осей конструкций, превышающие нормативные значения. Неоднократно отмечены случаи, когда исполнители работ, дабы скрыть дефекты, обрезали выпуски из колонн нижележащих ярусов, устанавливая опалубку вышележащих колонн по проектным габаритам.
3. Дефекты укладки бетонной смеси. Наиболее часто отмечены при зимнем бетонировании вследствие укладки бетона на неочищенную опалубку и недостаточном прогреве смеси.
4. Устройство швов стихийных швов бетонирования вызванные, преимущественно, перебоями при централизованной поставке бетона.
5. Дефекты армирования — отступления от проектной схемы армирования, занижение величин защитного слоя.

Как правило, вследствие наличия подобных дефектов, для обеспечения эксплуатационной надежности обследуемых конструкций выполнялись их усиления.

Дефекты ребристых плит по серии М 464-9

При выполнении обследования строительных конструкций панельного жилого дома было установлено, что около 70% ребристых плит покрытия над техническим чердаком находятся в неудовлетворительном состоянии — имеют недопустимые повреждения критического уровня, часть из них (около 15%) находится в состоянии близком к аварийному, а для обеспечения несущей способности незамедлительно требуется выполнить их усиление.

Основными причинами возникновения данных дефектов явились конструктивные недоработки при проектировании данных плит, а также недостаточная глубина опирания плит. По результатам прочностных поверочных расчетов плит было установлено — несущая способность плит практически в 2 раза ниже серийной.

Усиление кирпичных стен

Основными причинами деформаций кирпичных стен являются:

1) конструктивные ошибки такие как:

— недостаточная глубина заложения фундаментов;

Рисунок 1 — Недостаточная глубина заложения фундамента
— неравномерные осадки части здания, в результате чего в кирпичной кладке появляются напряжения, приводящие к разрыву кладки и образованию трещин;

Рисунок 2 — Оседание грунта неодинаковой несущей способности: 1 — грунт меньшей несущей способности; 2 — грунт большей несущей способности

Причины, вызывающие необходимость усиления оснований и фундаментов

Долговечность жилых зданий, их соответствие назначению во многом определяются состоянием оснований и фундаментов. Система основание — фундамент является наиболее сложной в моделировании и предвидении ее функционирования в процессе возведения и особенно эксплуатации зданий и сооружений. Эта система в эксплуатационных условиях постоянно испытывает одновременное, зачастую трудно учитываемое воздействие многих факторов, из которых наиболее значительными являются изменения свойств основания, природные явления и воздействия, связанные с деятельностью человека.

Нарушения нормальной работы оснований и фундаментов встречаются довольно часто, и хотя обычно не происходит полного разрушения зданий и сооружений, но наблюдаются разного рода деформации, перекосы, трещины, которые без устранения причин их появления и невыполнения в срок ремонтных работ могут привести к самым серьезным последствиям, вплоть до аварий.

Осадка фундаментов под влиянием динамических нагрузок

При изменении технологии производства, когда в реконструируемом цехе будут устраиваться новые фундаменты под машины с динамическими нагрузками, динамические свойства грунтового основания следует определять непосредственно на отметке подошвы фундамента с помощью специальных опытных фундаментов (штампов) различной конструкции. Наиболее приемлемыми для динамических исследований грунта в основании фундаментов машин с периодическими нагрузками можно считать инвентарные виброштампы.

Жесткостные и демпфирующие характеристики грунтового основания определяют по результатам испытаний опытного фундамента (виброштампа) при возбуждении специальным вибратором вынужденных колебаний его с различной частотой и регистрацией соответствующих значений амплитуды. Динамические свойства оснований фундаментов под машины с импульсными нагрузками определяют по записям свободных колебаний опытного фундамента возбуждаемых ударов.

Дата добавления: 2019-03-09 ; просмотров: 60 ; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ

Расчет фундаментов на динамические нагрузки периодического

действия. Расчетная схема фундамента

представляет собой абсолютно жесткий штамп (рис. 8.1) на упругом основании, деформационные свойства которого определяются коэффициентами упругости по формуле (8.1). На фундамент действует вертикальная статическая нагрузка Q, приложенная в центре тяжести и равная весу машины, фундамента и грунта на его свесах. При работе машины фундамент испытывает

Рис. 8.1. Расчётная схема фундамента с одной степенью свободы:

Q – вес фундамента и динамической машины; Psint – динамическая нагрузка; s – статическая нагрузка; z(t) – осадка от действия динамической нагрузки.

вертикальную динамическую нагрузку P×sin t, где Р – амплитуда динамической нагрузки (кН); t – время (с);  = 2× / T (рад/с) — круговая частота; Т – период колебаний (с). Сведения о параметрах динамических нагрузок содержатся в техническом паспорте на машину. От действия статических нагрузок фундамент

получает осадку s. Действие динамической нагрузки вызывает осадку фундамента z(t), являющуюся функцией времени. Вертикальные нагрузки, действующие на фундамент, уравновешиваются отпором грунта, равным произведению осадок фундамента на коэффициент упругости при равномерном сжатии Kz.

Уравнение равновесия проекций на вертикальную ось всех сил,

действующих на фундамент в момент времени t, имеет вид:

m d z (t)= P × sin t — K

z d t 2 m m

где m – масса машины, фундамента и грунта на его свесах, приведенная к центру тяжести фундамента.

Преобразуем уравнение (8.2), полагая для упрощения записей z(t) º z:

K z = 2 ;  =

(8.3)

m m m

где  — частота собственных колебаний фундамента с машиной и грунтом на его свесах (1/с);  — частота вынужденных колебаний, сообщаемых фундаменту при работе машины (рад/с).

Частное решение уравнения (8.3) принимаем в виде: z = Z0×sin t. Амплитуду колебаний Z0определяем подстановкой в уравнение (8.3) его частного решения:

dz = Z

m

0  

2 —  2

m 2 —  2

Из полученного решения следует, что при  »  наступает явление резонанса и динамическая осадка фундамента z стремится к бесконечности. В нормах на проектирование фундаментов с динамическими нагрузками амплитуда колебаний фундамента ограничивается величинами 0,15–0,25 мм. Для анализа влияния конструктивных параметров фундамента на его

динамические характеристики представим альтернативные выражения для амплитуды колебаний:

m = K z ;

Z0=

K z

0, ст

Z P

K — m × 2

C × A — m × 2

где Z0,ст– осадка фундамента от статического действия динамической нагрузки;  – коэффициент динамичности.

Необходимо обратить внимание на то, что в формулах (8.4, 8.5) частота собственных колебаний фундамента  имеет размерность 1/с, а частота вынужденных колебаний  рад/с. Таким образом, паспортную частоту вынужденных колебаний динамической нагрузки f, выраженную в гц, нужно приводить к круговой частоте умножением на 2×. Студентам предлагается убедиться в справедливости формул (8.3 – 8.5), несмотря на кажущуюся некорректность размерностей входящих в них частот собственных и вынужденных колебаний, повторив выводы этих формул для динамической нагрузки P×sin(2××ft) и приняв в конечных выражениях 4×2×f2 = 2.

Анализируя формулы (8.5), можно сделать следующие выводы. Коэффициент динамичности зависит от соотношения частот собственных и вынужденных колебаний фундамента. Его значение принимается по абсолютной величине и стремится к единице при отходе от резонанса в область низкочастотных колебаний. При отходе от резонанса в область высоких частот этот коэффициент стремится к нулю. Амплитуда колебаний уменьшается при увеличении жесткости основания и площади опирания фундамента, а также при уменьшении массы фундамента. Фундаменты одной и той же массы имеют меньшую амплитуду колебаний, если они в большей степени развиты в плане (рис. 8.2).