工业厂房振动原因分析及加固处理探讨

王栋

摘要：某市一家大型工业厂房，年生产力较大，处在试运行阶段，但在試运行过程中发现，筛分车间在进行原煤筛选过程中，车间内的平台、楼梯、楼板等均发生晃动，并影响到了车间的生产，通过专家的实地分析，结论是由于设备与建筑物共振导致的晃动，最终采取增加柱间支撑的办法，缩小了梁的跨度，从而发挥了提高建筑结构固有频率等作用，有效的解决共振问题，本文具体分析了处理过程。

关键词：工业厂房；振动原因；加固处理

1工业厂房振动原因

某市工业厂房内部使用的是钢筋混凝土结构，其内部格式共分为三层，其中有两层上一共布置了六台筛分设备，而且各层次之间的距离超过了八米。专家分析表示，在这样的结构布局间，设备运行做出的振动很可能出现共振的情况，由于筛分设备单台运行构成中发出的振动力度较小，但在多台同时使用的情况下，振动会通过厂房结构传递，扩大了振动频率和幅度，超出了厂房的正常承受范围，经过验证，确实是由此项原因导致。原因分析过程中，主要是通过机械测试完成的，首先进行了筛子的工作频率测试，然后进行了电机工作频率的测试，其中大部分测试点的振动频率都超过了0.1毫米。

另外也对厂房结构的固定频率进行了检测，使用的方法是铁锤激励垫，其中铁锤部分安装了橡胶衬垫，对梁进行击打，记录振动的衰减情况，再用分析仪进行数据分析，通过分析发现，厂房结构的固定频率平均值在28HZ左右，这与多台筛分设备共同工作的频率十分接近，对于有些固定频率较低的位置，设置已经超过，这种情况下极易导致设备振动范围扩大、周期延长。

通过对两次测试的综合分析发现，如果两台筛子处在同时工作的情况，那么其振动频率要比单台运行的振动频率高3倍左右。由此可以断定，此次大面积振动问题是由于筛子同时运行导致振动传递造成的。

2加固处理的方法

结构的振动主要原因是结构的固有频率与设备的频率相接近而引起结构的共振。因此，对于结构共振问题的处理，主要是使设备频率与结构固有频率相错开，从而避免结构的共振。为了使设备频率与结构固有频率相错开，有三种解决方法，一是改变设备频率，二是改变结构的固有频率，三是隔振在结构加固中，根据结构振动主要原因，具体问题具体分析，从局部立足整体，从整体中考虑局部，结合结构的受力方式和传力途径，使结构加固得到较好效果，加固方法可能是一种或者是多种方法相结合。

2.1改变设备频率

改变设备的频率即改变设备的转速。改变设备的频率虽可以避开结构达到共振，但是若改变设备转速则改变工业生产质量及生产效益，在工业厂房中一般不采取改变设备的频率解决振动问题，除非厂方引进新的机器设备。

2.2改变结构的固有频率

改变结构的固有属性即改变结构的特性，使结构具有较大的刚度与强度，结构的频率与设备的频率相错开，避免结构的共振。改变结构的动力特性有很多方法，如改善和提高结构构件的性能、改变结构受力体系、更换局部构件等。

（1）改善和提高结构构件的性能

①增大截面法

增大截面即通过增大构件截面面积（混凝土和配筋量），提高构件的承载力和刚度，从而改变结构的自振频率。此法在我国是最常用的一种方法，施工简单且设计和施工经验都非常成熟。但对于有空间结构要求和承重要求的不能采用此法。

②增加斜撑法

增加斜撑即在结构的某个方向或者局部增加钢支撑，改变结构的侧向刚度。增加斜撑可以是单支斜撑或者双支斜撑，具体的根据结构的刚度与跨度决定。此法对结构的自振频率改变效果较好，施工方便，但需要专业的施工队伍。

③外包钢加固法

外包钢加固法即在结构的构件四周外包角钢和型钢以大幅度提高构件的承载力的一种加固方法。此法对于构件需要大幅度提高承载力却不能在增大构件的截面和自重。

④粘贴钢板加固法

粘贴钢板加固法即在构件上用建筑结构胶粘贴钢板以提高构件的承载力。此法能否充分发挥作用，取决于建筑胶将钢板与构件粘贴在一起共同作用。

⑤粘贴纤维复合材料法

粘贴纤维复合材料法即将一种高强度的材料粘贴在结构的构件以满足承载力和强度要求的一种新型加固技术。

⑥外加预应力法

（1）外加预应力法通过外设预应力拉杆或者撑杆来改变原结构的内力分布的间接加固方法。此法主要针对大跨结构以及加固效果不理想的大型结构。

（2）改变结构受力体系

改变结构受力体系通过在结构体系上增设支点或托梁拔柱改变结构的传力途径的一种间接加固方法。

（3）更换局部构件

更换局部构件是从根本上改变结构性能的一种彻底方法。此法适用于装配构件且价格昂贵。

2.3隔振

隔振即阻断设备振动传递到结构上，使设备的振动通过隔振设备大部分分离掉，减小振动设备振动的输出，降低振动效应。常用的隔振器有利用弹性材料本身特性的隔振垫层（橡皮、软木、玻璃纤维等）和专门设计制造的弹性元件（金属弹簧隔振器、防振橡胶隔振器、金属橡胶组合隔振器等）。

3本次加固方法以及加固处理效果分析

3.1本次加固方法

隔振、减震是减少机械震动的重要措施。在振动筛与支承平台间设置弹性垫，吸收掉部分扰力，通过增设减震弹簧，一般可使传至平台的扰力减小到原来的几分之一，甚至十几分之一，这与减震弹簧的刚度有关，弹簧的刚度越大，减震效果越差，反之亦然。

现场反馈的情况是，机械筛子底座直接焊接在平台的埋件上，没有采取任何的隔振措施，振动设备的扰力直接传给了平台。根据支承梁振幅与扰力的函数关系，振幅与扰力成正比，扰力大，振幅就大；根据振动峰值速度与平台振幅的关系V0=2πn0Z0，振动峰值速度与振幅大小成正比，由此可知，振动峰值速度与其所受的扰力成正比。过大的扰力，会造成振动峰值速度过大，超出规范范围。

综上所述，产生不良振动的主要原因有两点：（1）设备安装时未采取减震措施，传给结构的扰力过大；（2）平台的刚度偏小。

3.2加固处理效果分析

在加固完毕后，人体可以感受到厂房内的振动明显降低，但为了保障加固处理效果的有效性，仍然采用了分析仪等设备对现场测试的信号进行分析，其中加固处理后厂房内振动幅度值如表1所示。

从数据可以看出，各个测试点的振动幅度都有所降低，其中下层振动幅度最大地方的幅度值都控制在0.1毫米范围，由此可以看出，此次加固处理是有效的。

总之，该工业厂房振动是由于筛分设备共同运行过程中，振动的频率接近厂房结构固定频率导致的，从而导致振动通过厂房结构产生了传递效果，引发了共振问题，所以在日后的厂房改造过程中，也要注意厂房内部的布局问题。另外，此次共振问题采取的增加梁之间的支撑方式，改变梁的固定频率，缩小了设备振动的范围和周期，从而解决了出现的振动问题，有效的将振动频率降低在0.1毫米范围内，最后，希望此次分析能够得到其它工业企业的借鉴和参考。

参考文献：

[1]徐浩轩.某工业厂房动力特性分析及减振加固方法研究[D].西安建筑科技大学，2014.

[2]王龙.某工业厂房动力机器工作平台不良振动检测及减振对策研究[D].内蒙古科技大学，2015.

作者简介：

身份证号码：140726198110150034