王建群,申昌俊,魏文暉,李 苑,陳 軍
(1.天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,天津 300400;2.武漢理工大學(xué)道路橋梁與結(jié)構(gòu)工程湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢 430070)
水泥廠窯尾結(jié)構(gòu)是一種平面尺寸小,總高、層高大,而且荷載大的工業(yè)特種結(jié)構(gòu),通常采用底層混凝土、上層鋼結(jié)構(gòu)的形式。在抗震設(shè)計(jì)計(jì)算時,阻尼比等參數(shù)不易確定,這給該類結(jié)構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)帶來了很大的困難。為了確定窯尾結(jié)構(gòu)的阻尼比等參數(shù),從而為有限元程序分析提供荷載依據(jù)以及對其分析結(jié)果進(jìn)行校核和修正,對大連天瑞水泥有限公司一號線、二號線、三號線的底層采用混凝土、上層采用鋼結(jié)構(gòu)的窯尾工程分別進(jìn)行了測試,采集了控制點(diǎn)的加速度時程,并對其進(jìn)行了頻譜分析等相關(guān)動力分析,得到了該類結(jié)構(gòu)的阻尼比等參數(shù),為同類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
測試采用的動態(tài)信號測試系統(tǒng)為TMR-7200智能信號采集處理分析儀。
該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有:
1)利用設(shè)備自帶的模塊和顯示屏進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和觀測,滿足了對便攜式設(shè)備和采樣速度的各種要求,方便應(yīng)用于室內(nèi)和野外測試;測試中TMR-7200系統(tǒng)配合使用的傳感器是借助高靈敏度的ARF-20A 加速度計(jì)和SB-120DD-1R小橋盒的,該儀器可用于結(jié)構(gòu)在正常工作狀態(tài)下和脈動時的測量,滿足本次測試窯尾結(jié)構(gòu)自振特性的要求。
此次測試共使用5 臺水平向和3 臺鉛垂向的ARF-20A 加速度計(jì),分別用于測試結(jié)構(gòu)水平向和鉛垂向的加速度信號。采用東方噪聲動態(tài)信號分析軟件中的頻譜分析模塊得到結(jié)構(gòu)水平方向(包括橫向、縱向)的阻尼比和自振頻率。
在檢測中,采取對控制點(diǎn)的加速度時程分別采樣的方案,即8個通道同時對結(jié)構(gòu)的脈動進(jìn)行測試,利用TMR-7200智能信號采集處理分析儀對測點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣,然后采用數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)對采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究。試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析流程圖如圖1所示。
由于篇幅有限,僅取大連天瑞水泥有限公司二號線燒成窯尾結(jié)構(gòu)的相關(guān)測點(diǎn)布置以及相應(yīng)的測試和分析結(jié)果作詳細(xì)介紹。該結(jié)構(gòu)的立面如圖2所示,窯尾結(jié)構(gòu)共7層,總高91.71m。其底層為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),其上6層為鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)體系。其中,框架柱為鋼管混凝土柱,梁為H 型鋼梁,支撐則采用空心鋼管。
在窯尾結(jié)構(gòu)的第7層布置了5個測點(diǎn),第6層均布置了2個測點(diǎn)。在測試過程中,采集了窯尾結(jié)構(gòu)在相應(yīng)各控制點(diǎn)上的縱向、橫向、豎向3個方向的加速度。測點(diǎn)布置如圖3所示。
圖4為現(xiàn)場測點(diǎn)布置照片。
各測點(diǎn)提取數(shù)據(jù)以E點(diǎn)為例。工作狀態(tài)下,截取0~30s時間歷程,E點(diǎn)水平兩個方向的加速度時程如圖5所示。
將加速度時程進(jìn)行自譜分析,再FFT/FT 頻譜細(xì)化分析,經(jīng)過計(jì)算,得到細(xì)化分析的結(jié)果如圖6所示。
按照以上步驟可同樣得到大連二號線7層各點(diǎn)的相關(guān)測試數(shù)據(jù)和頻譜分析結(jié)果,并取各項(xiàng)指標(biāo)平均值,結(jié)果如表1所示。
表1 窯尾結(jié)構(gòu)主要動力參數(shù)
通過現(xiàn)場采集窯尾結(jié)構(gòu)各控制點(diǎn)的加速度時程,并進(jìn)行頻譜分析等相關(guān)動力分析,全面地了解了窯尾結(jié)構(gòu)自振頻率和阻尼比等動力特性的變化規(guī)律。
從以上測試結(jié)果可以看出:窯尾結(jié)構(gòu)水平橫向和水平縱向第一頻率約為0.385Hz和0.412Hz,與有限元分析結(jié)果基本一致,第一頻率的平均阻尼比為3.15%,從本次測試的結(jié)果來看,建議在窯尾結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時其阻尼比可按混合結(jié)構(gòu)的阻尼比3.15%考慮。
[1]星谷勝(日).隨機(jī)振動分析[M].北京:地震出版社,1977.
[2]張 帆.水泥廠窯尾結(jié)構(gòu)體系的性能與設(shè)計(jì)研究[D].南京:河海大學(xué),2004.
[3]司馬德義,王建環(huán).新型干法水泥廠窯尾塔架的結(jié)構(gòu)選型[J].工程建設(shè),2006(4):73-75.
[4]趙茁躍.水泥廠窯尾高層鋼管混凝土塔架結(jié)構(gòu)的研究及應(yīng)用[A].第三屆全國水泥企業(yè)總工程師論壇暨全國水泥企業(yè)總工程師聯(lián)合會年會文集[C].大連,2010:150-156.
[5]徐自國,王懷偉,程小燕等.水泥庫窯尾塔架結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)研究[J].工程建筑,2012,42(4):41-47.
[6]趙茁躍,趙東嵐,王建群,魏文暉.風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的現(xiàn)場檢測[J].水泥技術(shù),2011(3):105-111.
[7]黎小林,黃 瑩,胡小龍,等.換流站閥廳結(jié)構(gòu)動力特性的實(shí)測研究[J].南方電網(wǎng)技術(shù),2008,2(6):36-46.