浅析振动作用在结构中的危害和控制

摘 要：本文从介绍振动的种类展开，针对振动在工程实例中的影响，论述控制振动在工程中的方法及措施。

关键词：振动 危害 控制

中图分类号：TU311.41 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（c）-0046-01

随着社会的进步，科学研究的推进，目前人类对振动的研究越来越深入。一个经典的故事是18世纪中叶，法国昂热市一座102 m长的大桥上有一队士兵经过。当他们在指挥官的口令下迈着整齐的步伐过桥时，桥梁突然断裂，造成226名官兵和行人丧生。究其原因是共振造成的。仔细观察，振动在我们生活中处处存在，我们既要利用振动的好处，也要控制振动带来的危害。

1 振动的分类

所谓振动即物体的全部或一部分沿直线或曲线往返颤动，有一定的时间规律和周期。以结构动力学的原理研究各种工程结构的振动问题。结构振动可以分为确定性和随机性两类。

施加在结构上的荷载，随时间变化的规律是已知的，而且结构参数和初始条件也是确定的，则由该荷载所引起的振动称为确定性振动，简称结构振动。随机性振动从力学的角度看，它是古典振动理论的新发展，从数学的角度看，它是随机过程理论在振动领域里的应用。随机振动理论早期应用于高速飞行，50年代以后才开始应用于土木、机械等工程领域以解决在随机激励作用下的结构振动分析、疲劳强度设计、结构的动力可靠性、噪声与隔振及随机振动实验等一系列动力学问题。随机振动尚有很多理论问题和实际问题有待解决，现在处在发展阶段中。

2 振动作用在工程实例中的体现

煤炭系统最常接触到的振动就是各种筛子，脱介筛、分级筛、高频筛，为工艺专业获得达到工艺要求的煤种做出了很大的帮助，而相对应的对结构专业则造成了一定的困扰。在煤矿或选煤厂经常有几个筛子布置在一个车间或同一楼层上的情况，而我们前面提到共振是除了地震以外对结构造成最大危害的力学形式，怎样避免结构造成共振成了结构设计要考虑的重要的方面，而通常来说，振动的频率不仅仅取决于设备本身的振幅和频率，和结构的结构形式，主次梁布置，楼板厚度等诸多原因有关，所以结构设计通常采用最直接也是最简单的办法来避免共振，即加强结构的刚度，如增大梁高，增大板厚，尽量将震动频率大的设备布置在主梁上或直接传力于主梁的构件上，使震动尽早传到竖向传力构件上，尽快释放。但即使这样，仍然有项目在投产后，仍然产生了很明显的共振现象，这时只能靠调节设备的固有频率使设备及结构尽量避开共振频率，或者最复杂的只能采取加固措施，改变结构固有频率以避开设备振动频率。由此可见，共振在整个工程结构体系中是很复杂的，仍然需要我们的努力去研究其中的机理，使今后的设计更加趋于经济和安全合理。

以上的情况基本属于确定性振动，虽然设备的振动频率会有变化但是都在一定范围内，下面我们看一些随机性振动对工程的危害及控制措施。

1940年11月7日，当时享有世界单跨桥之王的塔科马大桥，被一阵不太强的风吹垮，坍塌。出事那天的风并不特别大，但因为桥在风的作用下产生了共振，振幅不断增大，直至使狭桥破坏。研究的结果表明，是桥上竖直方向的结构板引起了桥的振动。它对风的阻力很大，风被挡之后，大量的气流便从结构板的上方经过然后压向桥面。由于吹过的气流因不断地被屈折而使速度增加，所以在竖直结构板的上方和下方压力降低（伯努利定律）。由于风的方向不停地变换的话，压力就会不断地变化。这一压力差作用在整个桥面上，并因挡风的竖直结构板后所产生的涡流而得到加强，结果桥就开始振动。事后，人们对狭桥的设计老是找不出可以指责的地方，因为那时人们对于吊桥的空气动力学特性知道得很少。这场灾难在当时说来是属于不可预测的（或称不可抗拒的），但它对以后的大桥设计影响颇大。今天人类对于空气动力学的研究逐步的深入，桥梁以及其他工程也越建越宏伟。这些伟大的工程可以说是人类智慧以及高科技产品的完美结合。如希腊的利翁安提利翁大桥在桥下增设的粘滞阻尼器，有效的抵抗了桥梁的侧向振动和传力。另外利翁安提利翁大桥的缆索，工程人员也加装了特殊的装置—箍条，这个不是装饰品，而是对桥梁安全起到很大作用的装置。经验来自于德州一座桥梁贝镇的哈特曼桥，规模没有利翁安提利翁大桥大，其他技术难度更比不上，但是谁都没有想到会是缆索出问题，缆索的振动致使桥梁分崩瓦解，缆索在风平浪静的时候没有问题，强风暴雨中也没有问题，但在微风细雨中只要方向对了，就造成毁灭性的灾难。经过无数的观察和风洞测试，结果发现在细雨中一道细细的雨水会沿着缆索往下流，雨水改变每根缆索的轮廓正好让风势造成缆索晃动，不过要是风势太强就会吹掉缆索上的雨水，万一雨太大雨水不会沿着缆索流动。由此看出一些细微的部位，都会产生振动对结构造成危害。工程设计中一定要细致认真，才能完成接近完美的作品。

3 结语

以上说的都是振动作用对工程的危害，其实人类也利用振动原理来为我们所用。建筑工人在造房子的时候，不论是浇灌混凝土的墙壁或地板，为了提高质量，总是一面灌混凝土，一面用振荡器进行震荡，使混凝土由于振荡更紧密、结实。大街上的行人，车辆的喧闹声，机器的隆隆声—— 这些连绵不断的噪声不仅影响人们正常生活，还会损害人的听力。有一种共振性的消声器，是由，开有许多小孔的孔板和空腔，所构成。当传来的噪声频率与共振器的固有频率相同时，就会跟小孔内空气柱产生剧烈共振。这样，声音能在共振时转变为热能，使相当一部分噪声被“吞吃”掉。此外，粉碎机、测振仪、电振泵等，也都是利用共振原理进行工作的。

总之振动效应在我们生活和工程中广泛存在，我们应该更好的去研究振动效应，控制不利的振动作用，在设计和各种技术措施中，使振动降低，达到一定的安全标准。另一方面使振动作用更多的被我们所利用。

参考文献

[1]王昱.浅谈建筑结构振动控制[J].城市建设理论研究，2012（26）.