钢筋混凝土框架厂房动力分析及加固优化设计

摘要

近年来，随着工业的快速发展和用地资源的紧张，工业厂房逐渐向多层结构形式发展，随之而来的便是厂房的振动问题，尤其是设备与厂房的共振问题，不仅影响结构和设备的安全性，同时威胁人民的生命财产安全。本文针对某钢筋混凝土多层框架厂房异常振动问题，基于厂房的现场动力试验，并结合ANSYS有限元数值模拟，分析结构自振特性和异常振动成因，并对其加固优化设计进行研究，主要研究结果和结论如下:
　　(1)针对厂房设备不同运转工况，进行现场振动试验，基于现场试验数据，利用Matlab软件编程进行频谱分析，获得厂房结构纵横向自振频率分别为2.94Hz和2.45Hz，振源频率范围为2.093～2.21Hz、5.197～5.326Hz，现场动力特性试验结果表明厂房结构异常振动是由于共振引起。
　　(2)建立厂房ANSYS有限元模型并进行模态分析，理论分析结果与现场动力试验结果对比表明有限元模型具有较高的精度，可用于厂房的动力分析和加固优化设计，根据模态参数的振型分布，指出厂房刚度不足也是引起结构异常振动的重要原因。
　　(3)基于现场动力试验结果，将实测振源设备的等效激励施加到有限元模型中进行瞬态动力分析，理论动力响应值与实测动力响应值之比在0.72～1.06范围内，表明有限元模型和振源激励选取的合理性，为加固优化设计的效果评价提供了依据。
　　(4)针对厂房的振动特性，考虑到现场生产设备的影响和限制，采用增设剪力墙方法进行减振加固，并以剪力墙体积为目标函数，剪力墙纵向厚度和横向厚度为设计变量，自振频率为状态变量，对减振加固方案进行优化分析和灵敏度分析，结果表明加固体积得到大幅降低，结构前三阶频率分别提高57.54％、74.29％和95.85％，结构动力响应值得到不同程度降低，加固方案减振效果良好。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景和意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 工程振动问题研究概况

1．2．1 结构振动控制方法研究

1．2．2 振动评价标准

1．3 多层工业厂房结构减振问题研究

1．3．1 多层工业厂房结构型式及特点

1．3．2 多层工业厂房结构常见问题

1．3．3 多层工业厂房自振特性的研究

1．3．4 减振措施的研究

1．4 结构优化设计的研究现状

1．5 本文主要研究内容

第二章 多层厂房结构动力测试

2．1 结构振动理论

1．2．1 振动的概念和分类

1．2．2 振动度量标准

2．2 振动测试方法及技术

2．2．1 动力特性测试方法

2．2．2 振动测试技术

2．3 现场测试

2．3．1 工程概况

2．3．2 测试仪器

2．3．3 测点布置与测试内容

2．3．4 测试工况

2．4 现场测试结果及振动现状评价

2．4．1 厂房动力特性及振源测试结果

2．4．2 厂房实测动力响应结果

2．4．3 厂房振动评价

2．5 振动原因初步分析

2．6 本章小结

第三章 厂房结构异常振动数值分析

3．1 数值分析理论

3．2 多层厂房数值分析单元

3．2．1 单元选用原则

3．2．2 有限元模型单元类型

3．3 数值分析模型

3．3．1 模型的简化

3．3．2 模型参数

3．3．3 模型的建立

3．4 厂房结构模态分析

3．4．1 模态分析理论

3．4．2 结构模态分析

3．5 厂房结构动力响应数值模拟

3．5．1 瞬态动力分析原理

3．5．2 动力分析阻尼

3．5．3 激振力确定

3．5．4 瞬态动力分析

3．6 本章小结

第四章 多层厂房减振加固优化设计

4．1 结构优化设计的理论

4．1．1 优化设计概念

4．1．2 优化设计数学模型

4．2 ANSYS优化方法

4．2．1 ANSYS优化设计模块

4．2．1 零阶方法

4．2．2 一阶方法

4．3 减振方案优化分析

4．3．1 减振方法初选

4．3．2 厂房加固最初设计方案

4．3．3 厂房优化模型的建立

4．3．4 加固优化结果

4．3．5 加固方案可行性分析

4．4 灵敏度分析

4．5 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

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