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; аи — 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 аи 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 dp 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 (Aαdm), мм;
— среднего статического давления под подошвой фундамента (Р), кПа, на естественном основании или несущей способности сваи (fdi), кН;
— возможности возникновения дополнительных осадок основания, вызванных действием вибрации.
8.44 Наибольшая амплитуда колебаний верхних граней фундамента (Aαdm), мм, (в т. ч. вертикальных аz и горизонтальных ay, с учетом возможных поворотов относительно главной горизонтальной оси инерции и вертикальной оси) должна удовлетворять условию
где Aαdm — 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:
- Заниженная по сравнению с проектной прочность бетона.
- 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.
- Дефекты укладки бетонной смеси. Наиболее часто отмечены при зимнем бетонировании вследствие укладки бетона на неочищенную опалубку и недостаточном прогреве смеси.
- Устройство швов стихийных швов бетонирования вызванные, преимущественно, перебоями при централизованной поставке бетона.
- 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; Psint – 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
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:
|
Z0=
|
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××ft) 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).