Гашение колебаний фундамента достигается

Обновлено: 05.05.2024

Приложение А. Способы уменьшения колебаний несущих конструкций

А.1 В тех случаях, когда установленные расчетом колебания конструкций не удовлетворяют требованиям, обеспечивающим их несущую способность, или физиологическим требованиям по ограничению уровня вибраций, следует применять указанные в настоящем подразделе способы уменьшения колебаний несущих конструкций.

При выборе способа в каждом конкретном случае следует руководствоваться принципами целесообразности, эффективности и экономичности его применения.

Ожидаемые результаты осуществления того или иного мероприятия следует проверять повторным динамическим расчетом конструкций, т.е. определением максимальных перемещений и внутренних усилий в измененных условиях.

Примечание - Рекомендации по снижению уровней колебаний при периодической нагрузке приведены в подразделах А.2, А.3.

А.2 К основным методам уменьшения колебаний несущих конструкций, вызванных гармоническими (периодическими) нагрузками, относятся:

а) изменение соотношения между частотой вынужденных колебаний и частотами собственных колебаний конструкции путем изменения жесткости, массы или схемы конструкции, а также путем изменения частоты вынужденных колебаний;

б) изменение расположения и способа крепления машин и установок на несущих конструкциях, передача динамических нагрузок на отдельные фундаменты, колонны, разгрузочные балки и т.п.;

в) устройство виброизоляции;

г) применение динамических и ударных гасителей колебаний, увеличение демпфирования колебаний, устройство жестких и нежестких ограничителей;

д) уравновешивание и балансировка машин, создание эксплуатационных условий, препятствующих разбалансировке и образованию случайных дебалансов; применение специальных устройств, обеспечивающих работу нескольких машин попарно в противофазе.

А.2.1 Изменение массы и жесткости конструкции

А.2.1.1 Если частота вынужденных колебаний близка к нижней границе какой-либо частотной зоны и несколько ниже, то колебания конструкции следует уменьшить, увеличив ее жесткость или уменьшив массу. Увеличения жесткости конструкции следует достигать путем уменьшения пролетов, увеличения поперечных сечений или изменения ее конструктивной схемы (введение жестких узлов, превращение разрезных конструкций в неразрезные и т.д.). Допускается также устройство под машину жесткого, но легкого постамента, постановку дополнительных связей, устройство специальных портальных рам и т.п.

А.2.1.2 Если частота вынужденных колебаний близка к верхней границе какой-либо частотной зоны резонансных колебаний и несколько выше, то колебания конструкций следует уменьшать, увеличив ее массу или снизив жесткость. Снижение жесткости конструкции следует достигать путем увеличения пролета или уменьшения поперечного сечения, а также с помощью изменения конструктивной схемы.

Увеличение массы конструкции посредством устройства массивного постамента, не связанного жестко с конструкцией, или увеличение поперечного сечения за счет ввода дополнительных нежестких слоев, надбетонок и т.п. допускается лишь в необходимых случаях для машин и установок категорий динамичности III и IV.

Уменьшение жесткости конструкций и увеличение их массы допускается осуществлять лишь в тех случаях, когда динамические перемещения составляют существенную часть статического прогиба, значение которого в свою очередь не менее чем на 20% - 30% ниже предельного.

А.2.2 Изменение расположения и крепления машин и установок

А.2.2.1 Вертикальные колебания конструкций необходимо уменьшать, расположив машины и установки, создающие вертикальные гармонические нагрузки, вблизи опор или узловых точек резонирующих форм собственных колебаний, а машины и установки, создающие горизонтальные динамические нагрузки, в серединах пролетов конструкций или вблизи пучностей резонирующих форм колебаний.

А.2.2.2 Горизонтальные колебания зданий и сооружений необходимо уменьшать, расположив машины и установки, создающие горизонтальные гармонические нагрузки, таким образом, чтобы динамические усилия воздействовали в направлении, для которого либо жесткость здания максимальна, либо частоты собственных колебаний заметно отличаются от частоты возбуждения.

А.2.2.3 В целях борьбы с колебаниями несущих конструкций промышленных зданий и сооружений следует применять различные конструктивные мероприятия, связанные с размещением машин и установок, создающих динамические нагрузки, на специальных опорных элементах, не соединенных с отдельными несущими конструкциям (например, перекрытиями) или со всем каркасом в целом. В качестве таких опорных элементов следует применять разгрузочные балки, соединенные со стойками каркаса или главными балками перекрытия, отдельные фундаменты, не соединенные с фундаментом здания или сооружения, опорные рамы на самостоятельных фундаментах и т.п.

А.2.3 Виброизоляция машин и установок

Виброизоляция является одним из наиболее эффективных методов борьбы с колебаниями конструкций, возбуждаемых периодическими (гармоническими) нагрузками от машин и установок, размещенных в промышленных зданиях и сооружениях.

Виброизоляцию следует применять в целях уменьшения динамических нагрузок, передаваемых машиной или установкой на несущие конструкции (активная виброизоляция), и в целях защиты машин от колебаний несущих конструкций, на которых они находятся (пассивная виброизоляция).

Виброизоляцию следует применять для машин и установок второй и третьей групп по частотности.

Машины и установки категории динамичности IV, размещаемые в промышленных зданиях, следует устанавливать на виброизоляторы независимо от результатов динамического расчета несущих конструкций.

А.2.4 Применение динамических и ударных гасителей

Динамические и ударные гасители колебаний следует применять в тех случаях, когда устройство виброизоляции или осуществление других мер уменьшения колебаний, не представляется возможным.

Динамические гасители необходимо применять для уменьшения колебаний конструкций при стабильной частоте вынужденных колебаний. Особенно эффективно применение этих гасителей в резонансных режимах. Собственную частоту динамического гасителя следует настраивать на частоту вынужденных колебаний конструкции.

Конструкция динамического гасителя должна иметь устройства, обеспечивающие его настройку на частоту вынужденных колебаний, регулировку и надежное фиксирование частоты гасителя в процессе эксплуатации.

Ударный гаситель колебаний изготовляется в виде свободной или упруго соединенной массой с конструкцией, ударяющей по ней при колебаниях в определенном месте (бойке).

Расчет и проектирование динамических и ударных гасителей осуществляется научно-исследовательскими и конструкторскими организациями.

А.2.5 Уравновешивание, балансировка и изменение частот возмущающей нагрузки

А.2.5.1 Колебания несущих конструкций, вызываемые работой некоторых машин и установок с возвратно-поступательным движением или вращением масс с большим эксцентриситетом, следует уменьшать применением способов уравновешивания инерционных сил, например спариванием кривошипно-шатунных механизмов или уравновешиванием вращающейся массы. Возможно также применение специальных устройств, поддерживающих работу машин и установок в противофазе.

А.2.5.2 Колебания несущих конструкций, вызываемые работой машин и установок с номинально уравновешенными вращающимися массами, следует уменьшать с помощью статической и динамической балансировок в том случае, если таковые не проводились или если машина разбалансировалась в процессе эксплуатации.

А.2.5.3 В тех случаях, когда имеется возможность изменять в некоторых пределах число оборотов машины или установки, колебания конструкций следует уменьшать:

а) понижением числа оборотов машины, если частота вынужденных колебаний близка к нижней границе одной из частотных зон конструкции (несколько ниже);

б) повышением числа оборотов машины, если частота вынужденных колебаний близка к верхней границе одной из частотных зон конструкции (несколько выше).

А.2.5.4 Колебания несущих конструкций при пуске и остановке виброизолированных и невиброизолированных машин вследствие перехода через резонанс следует уменьшать, увеличив скорости нарастания или убывания числа оборотов.

Уменьшение колебаний несущих конструкций в режимах пуска и остановки виброизолированных машин следует осуществлять включением дополнительных диссипативных элементов при прохождении резонансной зоны, устройством ограничителей и т.п.

А.3 К основным способам, позволяющим снижать колебания несущих конструкций, вызванных ударными или импульсными нагрузками, относятся:

а) увеличение массы конструкции;

б) увеличение жесткости конструкции;

в) одновременное увеличение массы и жесткости конструкции;

г) изменение мест приложения импульсов или ударов на перекрытии;

д) виброизоляция установок с импульсными нагрузками;

е) изменение жесткости, массы и схемы конструкции;

ж) уровень колебаний фундаментов и элементов конструкций, возбуждаемый внешними источниками и передающийся через грунт от оборудования в промышленных зонах, движущегося транспорта и т.п., следует уменьшать:

- снижением уровней динамических воздействий от оборудования одним из указанных выше способов;

- созданием внешних преград.

А.3.1 Увеличение массы конструкции

С увеличением массы конструкции с помощью присоединения дополнительной массы при постоянстве прочих независимых параметров (размеров поперечных сечений, пролета, импульса) переменные перемещения и изгибающие моменты уменьшаются обратно пропорционально квадратному корню из полной массы конструкции, приведенной к равномерно распределенной в пролете, или к сосредоточенной в точке приложения импульса (удара).

Способ применим в случаях, когда переменные перемещения и изгибающие моменты, вызываемые импульсной нагрузкой, составляют существенную долю соответственно от прогиба и момента, вызываемых статической нагрузкой (собственным весом и полезными грузами). В противном случае, даже при значительном уменьшении колебаний этим способом, условие прочности может не удовлетворяться вследствие повышения статических напряжений с увеличением постоянной нагрузки на конструкцию.

Примечание - При выполнении этого условия в некоторых случаях уровни колебаний (в том числе скоростей и ускорений) могут быть снижены при введении в систему виброизоляции дополнительной массы. Расчетная схема системы в этом случае - система с двумя степенями свободы.

Способ эффективен при применении к конструкциям, находящимся под действием импульсов категории динамичности IV, а также к конструкциям, характеризующимся небольшими статическими напряжениями (например, к перегородкам, подверженным действию импульсов или ударов).

А.3.2 Увеличение жесткости конструкции

Уменьшение пролета конструкции при постоянстве прочих независимых параметров (масс, поперечных сечений, импульса) приводит к уменьшению перемещения (пропорционально квадрату пролета), а переменные изгибающие моменты не меняются.

Уменьшение пролета возможно в случаях, когда требуется резко снизить только переменные перемещения конструкции.

Увеличение момента инерции поперечных сечений конструкции при постоянстве прочих независимых параметров (масс, продолжительности импульса) приводит к уменьшению перемещения (обратно пропорционально квадратному корню из момента инерции), а переменные изгибающие моменты увеличиваются пропорционально той же величине.

Способ применим в случаях, когда амплитуды колебаний (перемещений) ограничены четким требованием, а в конструкции имеются неиспользованные запасы прочности.

А.3.3 Одновременное увеличение массы и жесткости конструкции

Одновременным увеличением массы и жесткости конструкции следует обеспечивать (А.3.1, А.3.2) существенное уменьшение переменных перемещений при некотором уменьшении суммарных изгибающих моментов (от статических и импульсных нагрузок).

А.3.4 Изменение мест приложения импульсов или ударов на перекрытии

Переменные перемещения и изгибающие моменты в перекрытии следует уменьшать расположением установки:

- с импульсным воздействием на основание на тех элементах перекрытия, которые имеют наибольшую массу;

- порождающей импульсы сил в вертикальном направлении, вблизи опор конструкций;

- порождающей импульсы моментов, действующих в плоскости изгиба элемента, в середине пролета элемента.

А.3.5 Виброизоляция установок с импульсными нагрузками

А.3.5.1 Наиболее эффективным способом уменьшения скоростей и ускорений колебаний перекрытия, а в определенных случаях и изгибающих моментов в перекрытии, вызванных действием импульсных нагрузок, является виброизоляция установок, порождающих эти нагрузки, т.е. передача импульсов или ударов на достаточно большие массы, опирающиеся на перекрытие через гибкие элементы (пружины, резиновые опоры и т.п.) и обладающие низкой частотой собственных колебаний в сравнении с перекрытием. Такими массами могут служить в случае установок, порождающих импульсы, либо сами установки, если они достаточно массивны, либо установки с присоединенным к ним постаментом; а в случае ударов свободно летящих тел - массивные постаменты. Расчет и проектирование виброизоляции осуществляют в соответствии с нормативными документами по виброзащите.

А.3.5.2 Эффективность виброизоляции установок с импульсными нагрузками тем выше, чем больше период собственных колебаний виброизолированной установки и чем менее продолжительность действия импульса в сравнении с основным периодом собственных колебаний перекрытия . Эффективность виброизоляции допускается оценивать следующим образом:

а) с точки зрения влияния колебаний на людей - отношением ускорений или скоростей колебаний перекрытия, возникающих под действием невиброизолированной и виброизолированной установки с импульсной нагрузкой, вычисляемым по формуле

б) с точки зрения прочности перекрытия - отношением амплитуд колебаний перекрытия, возникающих под действием невиброизолированной и виброизолированной установки с импульсной нагрузкой, вычисляемым по приближенной формуле

Коэффициенты и принимают в соответствии с таблицей 4.3.

А.3.5.3 Из формул (А.1) и (А.2) следует, что виброизоляция установок с импульсными нагрузками особенно эффективна в тех случаях, когда требуется резко уменьшить скорость или ускорение колебаний перекрытия и снизить их вредное влияния на людей. В тех же случаях, когда требуется снизить переменные напряжения, виброизоляция оказывается эффективной только при действии импульсных нагрузок малой продолжительности, для которых коэффициент мал в сравнении с единицей.

Откройте актуальную версию документа прямо сейчас или получите полный доступ к системе ГАРАНТ на 3 дня бесплатно!

Если вы являетесь пользователем интернет-версии системы ГАРАНТ, вы можете открыть этот документ прямо сейчас или запросить по Горячей линии в системе.

Виброизолированный фундамент

Сущность изобретения: виброизолированный фундамент включает фундаментный блок, установленный на катках. Блок взаимодействует с горизонтальными упругими элементами. К блоку прикреплены маятниковые гасители колебаний. Каждый гаситель представляет собой гибкий стержень с дополнительной массой на верхнем конце. Нижний конец стержня шарнирно соединен с блоком. В пролетной части стержень соединен с блоком дополнительным упругим элементом расчетной жесткости. Кроме того, на стержне может быть установлена с возможностью перемещения подстроечная масса, а стержень может быть дополнительно соединен с блоком демпфирующим элементом. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к средствам виброзащиты низкочастотных горизонтальных колебаний фундаментов под машины.

Известен виброизолированный фундамент, включающий фундаментный блок, горизонтальные упругие элементы (виброизоляторы) и стержни, шарнирно соединяющие фундаментный блок с основанием. Фундамент выполнен по схеме астатического маятника и характеризуется надежной работой в эксплуатационном режиме [1].

Известен виброизолированный фундамент, включающий установленные на катки фундаментный блок и горизонтальные упругие элементы (виброизоляторы). Для получения низких собственных частот горизонтальных колебаний используются виброизоляторы с большой гибкостью, обеспечивающие надежную работу в эксплуатационном режиме [2].

Недостатком известных виброизолированных фундаментов является то, что в переходных режимах при пускоостановочных резонансах на низких частотах фундамент совершает колебания с большими амплитудами, для уменьшения которых вводятся специальные демпфирующие устройства. Кроме того, вследствие большой гибкости виброизоляторов при больших амплитудах колебаний фундамента в переходных режимах для предотвращения потери устойчивости виброизоляторов при их работе на сжатие необходимо предусмотреть специальные мероприятия, например, устройство дополнительных опор.

Целью изобретения является повышение виброзащиты фундамента при низкочастотных горизонтальных колебаниях в переходных режимах.

Цель достигается тем, что виброизолированый фундамент, включающий установленный на катках фундаментный блок и горизонтальные упругие элементы, снабжен дополнительными упругими элементами и маятниковым гасителем колебаний, каждый из которых образован гибким стержнем и дополнительной массой на его верхнем конце, причем стержень соединен с блоком нижним концом шарнирно и в пролете посредством соответствующего дополнительного элемента, жесткость которого определена из соотношения: C_д = , где С_д - жесткость дополнительного упругого элемента; m_д - дополнительная масса; _ф - частота колебаний блока (фундамента); l - длина стержня; Е - модуль упругости первого рода материала стержня; J - момент инерции поперечного сечения стержня; а - расстояние от точки крепления дополнительного упругого элемента к стержню до шарнирного крепления.

Кроме того на каждом стержне с возможностью продольного перемещения закреплена подстроечная масса, а между стержнем и блоком дополнительно установлен демпфирующий элемент.

На фиг.1 изображен предлагаемый виброизолированный фундамент; на фиг.2 - то же, вид сверху.

Виброизолированный фундамент содержит установленный на катки 1 фундаментный блок 2, горизонтальные упругие элементы 3, гибкий стержень 4 с дополнительной массой 5 на верхнем конце, присоединенный к блоку нижним концом с помощью шарнира 6. Между стержнем и фундаментом размещен дополнительный упругий элемент 7.

На стержне 4 расположена подстроечная масса 8 с возможностью ее перемещения вдоль его оси, а между стержнем 4 и блоком 2 размещен демпфирующий элемент 9.

Шарнирное закрепление на нижнем конце гибкого стержня 6 дополнительной массой на его верхнем конце образует так называемый астатический маятник, движения которого при колебаниях сопровождаются соудаpениями между дополнительной массой и блоком.

Использование схемы астатического маятника, стержень которого соединен с блоком упругим элементом, позволяет получить низкие круговые частоты колебаний маятника при длине стержня, соизмеримой с высотой фундамента.

Для эффективного гашения колебаний в переходных режимах необходимо, чтобы частота колебаний маятника _м была равна половине частоты колебаний фундамента _ф. Исходя из этого условия (условия настройки на резонансную частоту), жесткость С_д дополнительного элемента 7 должна определяться соотношением: C_д = , где m_д - дополнительная масса;
m_ф - частота колебаний блока;
l - длина стержня;
Е - модуль упругости первого рода материала стержня;
J - момент инерции поперечного сечения стержня;
а - расстояние от точки крепления дополнительного упругого элемента к стержню до шарнирного крепления.

Фундамент работает следующим образом.

Под действием приложенной динамической нагрузки в переходных режимах (при пускоостановочных резонансах) блок 2, установленный на катках 1, совершает горизонтальные колебания в плоскости чертежа, сопровождающиеся деформациями гибких элементов 3. Колебания фундамента вызывают движения присоединенного к нему с помощью шарнира 6 и дополнительного упругого элемента 7 астатического маятника, которые сопровождаются соударениями расположенной на верхнем конце стержня 4 дополнительной массы 5 с блоком 2. Эти соударения вызывают рассеяние энергии колебаний и обеспечивают существенное снижение максимальных отклонений фундамента от положения статического равновесия. Жесткость дополнительного упругого элемента 7, принимаемая в соответствии с приведенным выше соотношением, обеспечивает требуемую настройку маятника на резонансную частоту колебаний; при этом за каждый условный период колебаний происходит одно соударение между блоком и дополнительной массой. Подстроечная масса 8 обеспечивает плавность регулирования и высокую степень точности настройки благодаря возможности ее перемещения вдоль оси стержня 4. Демпфирующий элемент 9 уменьшает чувствительность маятника при его малых отклонениях от условия настройки. Подстроечная масса 8 и демпфирующий элемент 9 обеспечивают стабильность параметров маятника.

Величина зазора D между дополнительной массой 5 и блоком 2 принимается нулевой. В этом случае при выполнении условия настройки ( _м= 0,5 _ф) частота собственных колебаний виброударной системы равна частоте колебаний фундамента.

1. ВИБРОИЗОЛИРОВАННЫЙ ФУНДАМЕНТ, включающий установленный на катках фундаментный блок и горизонтальные упругие элементы, отличающийся тем, что, с целью повышения виброзащиты фундамента при низкочастотных горизонтальных колебаниях в переходных режимах, он снабжен дополнительными упругими элементами и маятниковыми гасителями колебаний, каждый из которых образован гибким стержнем и дополнительной массой на его верхнем конце, причем стержень соединен с блоком нижним концом шарнирно и в пролете - посредством соответствующего дополнительного элемента, жесткость C_д которого определена из соотношения
C_д = ,
гже M_д - дополнительная масса;
w_ф - частота колебаний блока;
l - длина стержня;
E - модуль упругости первого рода материала стержня;
J - момент инерции поперечного сечения стержня;
a - расстояние от точки крепления дополнительного упругого элемента к стержню до шарнирного крепления.

2. Фундамент по п. 1, отличающийся тем, что на каждом стержне с возможностью продольного перемещения закреплена подстроечная масса, а между стержнем и блоком дополнительно установлен демпфирующий элемент.

9.4. РАСПРОСТРАНЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ ОТ ФУНДАМЕНТОВ-ИСТОЧНИКОВ И МЕРОПРИЯТИЯ ПО ИХ УМЕНЬШЕНИЮ

Фундаменты машин с динамическими нагрузками являются источниками распространяющихся в грунте волн, оказывающих вредное влияние на расположенные вблизи конструкции зданий и сооружений, объекты с оборудованием и аппаратурой, чувствительной к вибрациям, а также жилые здания.

Вибрации, распространяющиеся от фундаментов машин, могут вызвать неравномерные осадки фундаментов и дополнительные напряжения в расположенных вблизи зданиях и сооружениях, что приводит к образованию в них трещин и даже к их разрушению, влияет на работу некоторых машин (например, точных станков), измерительной аппаратуры и пр.

Наибольшее влияние на колебания конструкций расположенных вблизи зданий и сооружений оказывают волны, распространяющиеся в грунте от фундаментов низкочастотных машин (с частотой 400 мин –1 и менее) и возбуждающие колебания с частотами, близкими к частотам собственных колебаний зданий. Колебания от машин со средней (более 400 мин –1 ) и высокой (более 1500 мин –1 ) частотой являются, как правило, менее опасными для соседних сооружений, что обусловлено, во-первых, отсутствием условий возникновения резонансных колебаний зданий, а во-вторых, более интенсивным затуханием высокочастотных колебаний с расстоянием при их распространении в грунте.

Колебания от машин ударного действия (кузнечных молотов, копров, формовочных машин литейного производства) могут вызвать значительные осадки грунтов, особенно водонасыщенных песчаных, и, как следствие, деформации конструкций, расположенных в непосредственной близости от них.

Вибрации, распространяющиеся от фундаментов машин, в некоторых случаях могут оказаться вредными, даже если амплитуды колебаний фундаментов не превышают допускаемых. Поэтому при составлении планов размещения оборудования машины с динамическими нагрузками следует располагать на максимально возможном расстоянии от объектов, чувствительных к вибрациям (зданий и помещений, оборудованных станками особо высокой точности или точной измерительной аппаратурой), а также от жилых и общественных зданий.

При назначении безопасных расстояний до объектов, чувствительных к вибрациям, уровень вибраций, распространяющихся в грунте от фундаментов машин, может быть приближенно оценен по формуле

(9.33)

где A_v,h — амплитуда вертикальных (горизонтальных) колебаний грунта на поверхности в точке, расположенной на расстоянии r от оси фундамента-источника волн в грунте; А_0,v,h — амплитуда свободных или вынужденных вертикальных (горизонтальных) колебаний фундамента-источника в уровне его подошвы; δ = r/r₀ (здесь r₀ — приведенный радиус подошвы фундамента-источника, м, равный , где А — площадь подошвы фундамента-источника, м 2 ).

Частоту волн, распространяющихся в грунте, следует принимать равной частоте колебаний фундамента машины.

Расчет амплитуд колебаний, распространяющихся в грунте от фундамента-источника, по формуле (9.33) производится не только в случаях, когда необходимо оценить влияние колебаний фундаментов машин с динамическими нагрузками на другие объекты, но и в тех случаях, когда требуется определить амплитуду соответствующих кинематическому возбуждению колебаний соседних фундаментов машин при групповой их установке в цехе.

Формула (9.33) получена на основе обобщения имеющихся экспериментальных данных, согласно которым амплитуды распространяющихся колебаний при δ ≤ 3 пропорциональны 1/ δ , а при δ ≥ 3 пропорциональны . Формула является ориентировочной, так как не учитывает многие факторы, в частности свойства грунта (его плотность, влажность), характер динамического воздействия и пр.

При повышенных требованиях к точности определения ожидаемых колебаний грунта и сооружений (участки с прецизионным оборудованием, расположенные близко к фундаментам машин, установка в существующих зданиях новых машин с большими динамическими нагрузками и т.д.) следует прогнозировать ожидаемые колебания грунта на основе экспериментальных исследований или по рекомендациям справочника [9].

Для уменьшения уровня распространяющихся колебаний используют различные мероприятия: выбирают наиболее рациональные размеры и конфигурации фундамента, изменяют жесткость основания, соединяют общей плитой несколько фундаментов, применяют активную и пассивную виброизоляцию, динамические гасители колебаний и присоединенные плиты, уравновешивающие противовесы, изменяют частоту вращения машин, регулируют по фазе пуск синхронных двигателей и пр.

Для уменьшения передачи вибраций фундаменты машин с динамическими нагрузками, как правило, должны отделяться от смежных фундаментов здания, сооружения и оборудования сквозным швом. Расстояние между боковыми гранями фундаментов машин и смежных фундаментов конструкций должно быть не менее 100 мм. Устройство зазора между фундаментами машин и фундаментами (надземными конструкциями) здания или фундаментами смежного оборудования особенно важно для низкочастотных машин периодического действия и машин с ударными нагрузками. Для уменьшения амплитуд колебаний фундаментов низкочастотных машин могут быть использованы также следующие мероприятия:

– повышение жесткости основания фундамента увеличением его подошвы в направлении действия горизонтальной нагрузки, устройством свайного фундамента (при вертикальных нагрузках), химическим закреплением грунта, устройством подушки из более жесткого грунта;
– устройство общего фундамента под несколько машин, соединение фундамента машины с бетонной подготовкой пола и пр.

При технико-экономическом обосновании для уменьшения вибраций фундаментов под машины, создающие горизонтальные низкочастотные (с частотой колебаний менее 6 Гц) динамические нагрузки, возможно применение железобетонных плит, соединенных с фундаментом.

Виброизоляция может быть применена для фундаментов с импульсными нагрузками — кузнечных молотов (для молотов с массой падающих частей более 10 т она является обязательной), прессов, для фундаментов высокочастотных машин периодического действия, а также некоторых средне- и низкочастотных машин, за исключением горизонтальных компрессоров, лесопильных рам и некоторых других.

Для уменьшения колебаний зданий и сооружений, расположенных вблизи фундаментов машин с динамическими нагрузками, следует стремиться к тому, чтобы основные частоты собственных колебаний зданий и их несущих конструкций отличались от частот колебаний, распространяющихся в грунте, не менее чем на 20 %. Частоты собственных колебаний зданий могут быть рассчитаны при этом в соответствии с существующими нормативными документами по расчету конструкций зданий на динамические нагрузки [4].

С целью предотвращения развития осадок и деформаций фундаментов зданий и сооружений, расположенных вблизи источников колебаний, в результате длительного действия вибраций при проектировании фундаментов зданий и сооружений рекомендуется выполнять следующее условие:

p ≤ γ_c1R

(9.34)

где р — среднее статическое давление на основание фундаментов зданий или сооружений; γ_c1 — коэффициент условий работы грунтов основания, принимаемый по табл. 9.1; R — расчетное сопротивление основания фундаментов здания или сооружения.

8.2. Увеличение массы и жесткости фундаментов при их усилении (ч. 1)

Основной причиной переустройства фундаментов под машины с динамическими нагрузками является их повышенная вибрация. Поэтому применяемые способы усилений фундаментов машин и их оснований во многом аналогичны способам, используемым для снижения уровня колебаний [102, 103, 108 и др.]. Эти способы являются в основном конструктивными и включают в себя: увеличение массы фундамента или отдельных частей его; повышение жесткости фундамента, отдельных элементов его, а также грунтового основания; увеличение общей жесткости системы машина — фундамент вследствие более надежного крепления машины к фундаменту. Повышенные вибрации фундаментов приводят не только к нарушению нормальной работы машин, но и к разрушению самих фундаментов в результате образования в них трещин и даже расчленения их на отдельные конгломераты.

Баркан Д.Д. Динамика оснований и фундаментов Савинов О.А. Современные конструкции фундаментов под машины и их расчет Санников А.А. Пути снижения колебаний лесопильного оборудования

Следует отметить, что увеличение массы фундамента существенно влияет на уменьшение амплитуды его колебаний лишь тогда, когда дополнительная масса составляет 50—80 % основной. Особенно малоэффективно увеличение только массы фундамента (без увеличения площади подошвы его) для низкочастотных машин, поскольку при увеличении массы фундамента частота его собственных колебаний снижается и приближается к частоте вынужденных колебаний, что вызывает опасность возникновения резонанса. Более эффективным для фундаментов низкочастотных машин является повышение жесткости основания путем увеличения площади подошвы фундамента с одновременным увеличением его массы, так как при этом повышается частота собственных колебаний фундамента, удаляясь от рабочей частоты колебаний машины. Для фундаментов высокочастотных машин увеличение массы фундамента без изменения площади подошвы его может оказаться целесообразным для снижения уровня вибраций фундамента и прекращения деформаций, вызванных повышенными колебаниями.

Наиболее действенным способом восстановления целостности разрушенных фундаментов машин, а также увеличения жесткости основания фундамента путем уширения его подошвы с одновременным увеличением его массы является устройство жестких обойм (бандажей, поясов, рубашек), охватывающих либо весь фундамент, либо отдельные его части. При этом обеспечивается не только увеличение сечения фундамента и передача нагрузок на новую часть его, но и соединение деформированного фундамента в единое целое.

В случае применения железобетонных обойм, наиболее широко используемых при усилении, по периметру обоймы вследствие усадки бетона при твердении происходит обжатие поврежденных частей фундамента, что способствует надежному соединению бетона фундамента и бетона усиления в единую конструкцию [109]. Следует, однако, иметь в виду, что обжатие достигается только тогда, когда твердение всего бетона обоймы происходит одновременно. Поэтому вертикальные рабочие швы бетонирования по периметру обоймы должны быть исключены. Допускается устройство только горизонтальных швов бетонирования по высоте обоймы. Для ускорения твердения бетона обоймы необходимо применять быстротвердеющие цементы и пуццолановый портландцемент, а также вводить в состав бетона пластифицирующие добавки и ускорители твердения. Наряду с этим при устройстве железобетонной обоймы следует предусматривать мероприятия, направленные против образования усадочных трещин. Армирование обойм рекомендуется выполнять [109] рабочими стержнями диаметром 12—20 мм из стали класса А-II, расположенными через 150—200 мм, а также хомутами по общим правилам [99], но из арматуры периодического профиля. Порядок и технология работ по устройству железобетонных устройств для фундаментов под машины аналогичны описанным ранее для фундаментов под статические нагрузки.

СНиП 11-19-79. Фундаменты машин с динамическими нагрузками. Нормы проектирования Часов Э.И. Усиление фундаментов под машины. — Основания, фундаменты и механика грунтов. 1978. № 2. с. 9—11

В тех случаях, когда фундамент имеет трещины в направлении, перпендикулярном линии действия динамической силы (например, вертикальные трещины при горизонтальной динамической нагрузке), возможно применение металлической обоймы, состоящей из упорных рам и стягивающих их стержней. При этом фундаменты должны иметь простую конфигурацию в плане. Натяжением стержней создают усилия, превышающие те, которые вызывают раскрытие трещин [109].

Швец В.Б., Феклин В.И., Гинзбург Л.К. Усиление и реконструкция фундаментов

8.3. Регулирование параметров колебаний при реконструкции фундаментов под машины (ч. 1)

В отдельных случаях для уменьшения колебаний фундаментов машин или снижения уровня вибраций строительных конструкций зданий переустройство фундамента целесообразно выполнять с применением специальных мероприятий, направленных на изменение параметров его колебаний. Наряду с необходимостью уменьшения амплитуды колебаний часто возникает потребность отстройки частоты собственных колебаний фундамента от рабочей частоты колебаний машины или от частоты колебаний строительных конструкций.

Наибольшее применение для указанных целей получил способ, предложенный Н.П. Павлюком и А.Д. Кондиным, заключающийся в том, что к фундаменту присоединяется бетонная или железобетонная плита, расположенная на верхнем слое грунта [103]. При этом присоединенная плита может быть очень жесткой и конечной жесткости, а сочленение ее с фундаментом жестким, шарнирно неподвижным, шарнирно подвижным и упругим.

Выполненные исследования [112, с. 35—41; 113; 114, с. 346—347] показали, что присоединение плит массой 5—10 % массы фундамента позволяет существенно снизить его колебания, в то время как увеличение массы самого фундамента на указанную величину практически не сказывается на изменении амплитуды колебаний. Эффективность применения плит для подавления вертикальных колебаний на порядок ниже эффективности их применения для снижения уровня горизонтальных и вращательных колебаний. Наибольшее гашение вибраций способом присоединения плит к фундаменту достигается при жесткой заделке и наименьшее — при шарнирно неподвижной и шарнирно подвижной. Чем выше по отношению к центру фундамента расположены плиты, тем существеннее их влияние на снижение амплитуд колебаний в зоне низких частот. Влияние гибкости в резонансных зонах существенно для вертикальных колебаний и несущественно для горизонтальных.

Савинов О.А. Современные конструкции фундаментов под машины и их расчет Устройство фундаментов под машины с динамическими нагрузками Исследование влияния присоединенных плит на вертикальные колебания фундамента / Швец Н.С., Аграновский Г.Г., Седин В.Л., Андрианов И.В. — Изв. вузов. Стр-во и архитектура, 1980. № 6. с. 14—17 Динамика оснований, фундаментов и подземных сооружений: Материалы 5-й Всесоюз. конф., Ташкент, 1981/Госстрой СССР, АН УзбССР, НИИОСП

Увеличение площади плит или жесткости их основания (уплотнение, замена грунта, применение свай и т.п.) способствует одновременному повышению всех резонансных частот системы фундамент—присоединенные плиты. Наибольшая отстройка резонансных частот достигается при жестком сочленении плиты с фундаментом. Изменение массы плиты для отстройки резонансов сказывается незначительно. Присоединение плит, как правило, приводит к повышению собственных частот колебаний фундамента. Вследствие увеличения высоты расположения плит относительно подошвы фундамента можно повысить собственную частоту горизонтальных колебаний системы.

Присоединение плит приводит также к появлению новых резонансов системы, однако они лежат существенно выше резонансов одиночного фундамента. При динамическом расчете системы фундамент — плиты последние можно считать жесткими и не учитывать демпфирование.

Наиболее рационально присоединенные плиты использовать для уменьшения вибраций фундаментов под машины, создающие горизонтальные низкочастотные динамические нагрузки [100]. Несмотря на высокую эффективность жесткого сочленения, практическое осуществление его затруднительно. Кроме того, жесткое сочленение можно использовать только в плотных грунтах, где разность осадок фундамента и присоединенных плит несущественна. Поэтому к применению рекомендуются шарнирные соединения. Упругую связь целесообразно использовать только в тех случаях, когда устройство шарнирного сочленения по тем или иным причинам невозможно. В обоих случаях присоединенные плиты следует располагать выше центра тяжести установки (фундамент и машина).

Киричек Ю.А., Захваткин М.П., Беркутов B.C. Изучение вибрационного состояния фундаментов дымососов рециркуляции газов энергоблоков 800 МВт. — Энергетик, 1982, №5, с.11—12

Конструктивные схемы узлов сочленения присоединенной плиты и фундамента показаны на рис. 8.14. Жесткое соединение (рис. 8.14, а) может быть выполнено путем сварки выпусков арматуры плиты и фундамента с последующим омоноличиванием стыкового участка. Для лучшего сцепления с бетоном внутреннюю поверхность плит следует изготовлять шероховатой, для чего длинной рейкой нарезают неглубокие (3—5 мм) борозды. Шарнирные (рис. 8.14, б) и шарнирно-подвижные (рис. 8.14, в) соединения осуществляются с помощью закладных деталей, к которым приваривают металлические листы, соединенные между собой стальным стержнем из высокопрочной стали. Для предохранения от коррозии эти соединения после выполнения рекомендуется заасфальтировать.

Читайте также: