附录A 基础动力计算基本公式
A.0.1 基础动力计算时,应确定基础上的扰力和扰力矩的方向和作用位置(图A.0.1)。
A.0.2 基组在通过其重心的竖向扰力Pz作用下,其竖向振动线位移和固有圆频率的计算应符合下列规定:
1 线位移和固有频率可分别按式(A.0.2-1)、(A.0.2-2)计算。
式中:Az——基组重心处的竖向线位移(m);
Pz——激振器的竖向扰力(kN);
ωnz——基组的竖向固有圆频率(rad/s);
m——基组竖向振动的总质量(t);
mf——基础的质量(t);
mm——基础上机器设备的质量(t);
ms——基础上回填土的质量(t);
Kz——基础的地基抗压刚度(kN/m);
ω——激振器的扰力圆频率(rad/s);
ζz——地基的竖向阻尼比。
2 最大线位移Azmax可按下列公式计算:
1)当Pz为定扰力,且时:
2)当Pz为变扰力,且时:
式中:Azmax——机组垂心处的竖向最大线位移(m)。
A.0.3 基组在水平扰力Px和竖向扰力Pz沿x向偏心矩作用下,产生x向水平、绕y轴回转(即向)的耦合振动(图A.0.3),其基础顶面控制点的竖向和水平线位移的计算,并应符合下列规定:
1 基础顶面控制的竖向和水平线位移应分别按下列公式计算:
2 最大竖向和水平线位移、的计算应符合下列规定:
情况1:可分别按下列公式计算。
1)当Px、Pz为定扰力,且时,
并以ω代入式(A.0.3-4)中,可得。
2)当Px、Pz为变扰力,且时,
此时,用变扰力计算,并以ω代入式(A.0.3-4)中可得。
情况2:可分别按下列公式计算:
1)当Px、Pz为定扰力,且时,
并以ω代入式(A.0.3-3)中,可得。
2)当Px、Pz为变扰力,且时,
此时,用变扰力计算,并以ω代入式(A.0.3-3)中可得。
3 最大线位移的选取应符合下列规定:
1)定扰力作用时:按情况1、2分别计算,两者中取最大者。
2)变扰力作用时:按情况1、2分别计算,两者中取最大者。
式中:——基础顶面控制点,由于x向水平绕y轴回转耦合振动产生的竖向线位移(m);
——基础顶面控制点,由于x向水平绕y轴回转耦合振动产生的x向水平线位移(m);
——基组向耦合振动第一振型的回转角位移(rad);
——基组向耦合振动第二振型的回转角位移(rad);
——基组向耦合振动第一振型转动中心至基组重心的距离(m);
——基组向耦合振动第二振型转动中心至基组重心的距离(m);
——绕通过向耦合振动第一振型转动中心并垂直于回转面ZOX的轴的总扰力矩(kN·m);
——绕通过向耦合振动第二振型转动中心并垂直于回转面ZOX的轴的总扰力矩(kN·m);
——基组向耦合振动第一振型的固有圆频率(rad/s);
——基组向耦合振动第二振型的固有圆频率(rad/s);
——基组x向水平固有圆频率(rad/s);
——基组绕y轴回转固有圆频率(rad/s);
h2——基组重心至基础底面的距离(m);
Kx——基础抗剪地基刚度(kN/m);
——基组绕y轴的地基抗弯刚度(kN·m);
Jy——基组对通过其重心的y轴的转动惯量(t·m2);
Iy——基础底面对通过其形心y轴的惯性矩(m4);
——地基抗弯刚度系数;
——见现行国家标准《动力机器基础设计规范》GB 50040-96中,式(3.3.7-2);
ex——激振器竖向扰力沿x轴向的偏心距(m);
h1——基组重心至基础顶面的距离(m);
h0——水平扰力作用线至基础顶面的距离(m);
——基组向耦合振动第一振型阻尼比;
——基组向耦合振动第二振型阻尼比;
——基组向耦合振动第一振型最大回转角位移(rad);
——基组向耦合振动第二振型最大回转角位移(rad);
——基础顶面控制点,由x向水平绕y轴回转耦合振动产生的最大竖向线位移;
——基础顶面控制点,由x向水平绕y轴回转耦合振动产生的最大x向水平线位移。
A.0.4 基组在回转力矩Mθ和竖向扰力Pz沿y向偏心矩作用下,产生y向水平、绕x轴回转(即y-θ向)的耦合振动(图A.0.4),其竖向和水平向线位移的计算,应符合下列规定:
1 竖向和水平线位移应分别按下列公式计算:
2 最大竖向和水平线位移的计算和选取,可分别以y代x,θ代,代入式(A.0.3-14)~式(A.0.3-21),并按有关说明进行。
式中:Azθ——基础顶面控制点,由于y向水平绕x轴回转耦合振动产生的竖向线位移(m);
Ayθ——基础顶面控制点,由于y向水平绕x轴回转耦合振动产生的y向水平线位移(m)。
Aθ1——基组y-θ向耦合振动第一振型的回转角位移(rad);
Aθ2——基组y-θ向耦合振动第二振型的回转角位移(rad);
ρθ1——基组y-θ向耦合振动第一振型转动中心至基组重心的距离(m);
ρθ2——基组y-θ向耦合振动第二振型转动中心至基组重心的距离(m);
ωnθ1——基组y-θ向耦合振动第一振型的固有圆频率(rad/s);
ωnθ2——基组y-θ向耦合振动第二振型的固有圆频率(rad/s);
ωny——基组绕y轴回转固有圆频率(rad/s);
ωnθ——基组绕x轴回转固有圆频率(rad/s);
Jx——基组对通过其重心的x轴的转动惯量(t·m2);
Kθ——基组绕x轴的地基抗弯刚度(kN·m),由现场实测获得;
Ix——基础底面对通过其形心x轴的惯性矩(m4);
Mθ1——绕通过y-θ向耦合振动第一振型转动中心Oθ1并垂直于回转面zoy的轴的总扰力(kN·m);
Mθ2——绕通过y-θ向耦合振动第二振型转动中心Oθ2并垂直于回转面zoy的轴的总扰力(kN·m);
Mθ——绕x轴的激振器扰力矩(kN·m);
ey——激振器竖向扰力Pz沿y轴向的偏心距(m);
——见式(A.0.3-9)的说明;
ζθ1——基组y-θ向耦合振动第一振型阻尼比;
ζθ2——基组y-θ向耦合振动第二振型阻尼比。
A.0.5 基组在扭转扰力矩和水平扰力Px沿y轴向偏心作用下(图A.0.5),产生绕轴的扭转振动,其水平扭转振动线位移的计算,应符合下列规定:
1 水平扭转线位移可按下列公式计算:
2 最大线位移的计算,应符合下列规定:
1)当和为定扰力或由定扰力产生,且时,可分别按下列公式计算:
2)当和为变扰力或由变扰力产生,且时,可分别按下列公式计算:
式中:——基础顶面控制点B由于扭转振动产生沿x轴向的水平线位移(m);
——基础顶面控制点B由于扭转振动产生沿y轴向的水平线位移(m);
——激振器的扭转扰力矩(kN·m);
——激振器的水平扰力(kN);
ey——激振器的水平扰力沿y轴向的偏心距(m);
ιy——基础顶面控制点至扭转轴在y轴向的水平距离(m);
ιx——基础顶面控制点至扭转轴x轴向的水平距离(m);
Jz——基组对通过其重心轴的极转动惯量(t·m2);
——基础的地基抗扭刚度(kN·m);
——基组的扭转振动固有圆频率(rad/s);
——基础顶面控制点B由扭转振动产生沿x轴的最大水平线位移;
——基础顶面控制点B由扭转振动产生沿y轴的最大水平线位移。
A.0.6 基础顶面控制点i沿x、y、z轴各向的总振动线位移Ai可按下式计算:
式中:Aj——第j个扰力或扰力矩,对基础顶面控制点i产生的线位移(m)。