淺析振動(dòng)作用在結(jié)構(gòu)中的危害和控制

摘 要：本文從介紹振動(dòng)的種類(lèi)展開(kāi)，針對(duì)振動(dòng)在工程實(shí)例中的影響，論述控制振動(dòng)在工程中的方法及措施。

關(guān)鍵詞：振動(dòng) 危害 控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TU311.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）05（c）-0046-01

隨著社會(huì)的進(jìn)步，科學(xué)研究的推進(jìn)，目前人類(lèi)對(duì)振動(dòng)的研究越來(lái)越深入。一個(gè)經(jīng)典的故事是18世紀(jì)中葉，法國(guó)昂熱市一座102 m長(zhǎng)的大橋上有一隊(duì)士兵經(jīng)過(guò)。當(dāng)他們?cè)谥笓]官的口令下邁著整齊的步伐過(guò)橋時(shí)，橋梁突然斷裂，造成226名官兵和行人喪生。究其原因是共振造成的。仔細(xì)觀察，振動(dòng)在我們生活中處處存在，我們既要利用振動(dòng)的好處，也要控制振動(dòng)帶來(lái)的危害。

1 振動(dòng)的分類(lèi)

所謂振動(dòng)即物體的全部或一部分沿直線或曲線往返顫動(dòng)，有一定的時(shí)間規(guī)律和周期。以結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的原理研究各種工程結(jié)構(gòu)的振動(dòng)問(wèn)題。結(jié)構(gòu)振動(dòng)可以分為確定性和隨機(jī)性?xún)深?lèi)。

施加在結(jié)構(gòu)上的荷載，隨時(shí)間變化的規(guī)律是已知的，而且結(jié)構(gòu)參數(shù)和初始條件也是確定的，則由該荷載所引起的振動(dòng)稱(chēng)為確定性振動(dòng)，簡(jiǎn)稱(chēng)結(jié)構(gòu)振動(dòng)。隨機(jī)性振動(dòng)從力學(xué)的角度看，它是古典振動(dòng)理論的新發(fā)展，從數(shù)學(xué)的角度看，它是隨機(jī)過(guò)程理論在振動(dòng)領(lǐng)域里的應(yīng)用。隨機(jī)振動(dòng)理論早期應(yīng)用于高速飛行，50年代以后才開(kāi)始應(yīng)用于土木、機(jī)械等工程領(lǐng)域以解決在隨機(jī)激勵(lì)作用下的結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析、疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)的動(dòng)力可靠性、噪聲與隔振及隨機(jī)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)等一系列動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。隨機(jī)振動(dòng)尚有很多理論問(wèn)題和實(shí)際問(wèn)題有待解決，現(xiàn)在處在發(fā)展階段中。

2 振動(dòng)作用在工程實(shí)例中的體現(xiàn)

煤炭系統(tǒng)最常接觸到的振動(dòng)就是各種篩子，脫介篩、分級(jí)篩、高頻篩，為工藝專(zhuān)業(yè)獲得達(dá)到工藝要求的煤種做出了很大的幫助，而相對(duì)應(yīng)的對(duì)結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)則造成了一定的困擾。在煤礦或選煤廠經(jīng)常有幾個(gè)篩子布置在一個(gè)車(chē)間或同一樓層上的情況，而我們前面提到共振是除了地震以外對(duì)結(jié)構(gòu)造成最大危害的力學(xué)形式，怎樣避免結(jié)構(gòu)造成共振成了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要考慮的重要的方面，而通常來(lái)說(shuō)，振動(dòng)的頻率不僅僅取決于設(shè)備本身的振幅和頻率，和結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式，主次梁布置，樓板厚度等諸多原因有關(guān)，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常采用最直接也是最簡(jiǎn)單的辦法來(lái)避免共振，即加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度，如增大梁高，增大板厚，盡量將震動(dòng)頻率大的設(shè)備布置在主梁上或直接傳力于主梁的構(gòu)件上，使震動(dòng)盡早傳到豎向傳力構(gòu)件上，盡快釋放。但即使這樣，仍然有項(xiàng)目在投產(chǎn)后，仍然產(chǎn)生了很明顯的共振現(xiàn)象，這時(shí)只能靠調(diào)節(jié)設(shè)備的固有頻率使設(shè)備及結(jié)構(gòu)盡量避開(kāi)共振頻率，或者最復(fù)雜的只能采取加固措施，改變結(jié)構(gòu)固有頻率以避開(kāi)設(shè)備振動(dòng)頻率。由此可見(jiàn)，共振在整個(gè)工程結(jié)構(gòu)體系中是很復(fù)雜的，仍然需要我們的努力去研究其中的機(jī)理，使今后的設(shè)計(jì)更加趨于經(jīng)濟(jì)和安全合理。

以上的情況基本屬于確定性振動(dòng)，雖然設(shè)備的振動(dòng)頻率會(huì)有變化但是都在一定范圍內(nèi)，下面我們看一些隨機(jī)性振動(dòng)對(duì)工程的危害及控制措施。

1940年11月7日，當(dāng)時(shí)享有世界單跨橋之王的塔科馬大橋，被一陣不太強(qiáng)的風(fēng)吹垮，坍塌。出事那天的風(fēng)并不特別大，但因?yàn)闃蛟陲L(fēng)的作用下產(chǎn)生了共振，振幅不斷增大，直至使狹橋破壞。研究的結(jié)果表明，是橋上豎直方向的結(jié)構(gòu)板引起了橋的振動(dòng)。它對(duì)風(fēng)的阻力很大，風(fēng)被擋之后，大量的氣流便從結(jié)構(gòu)板的上方經(jīng)過(guò)然后壓向橋面。由于吹過(guò)的氣流因不斷地被屈折而使速度增加，所以在豎直結(jié)構(gòu)板的上方和下方壓力降低（伯努利定律）。由于風(fēng)的方向不停地變換的話(huà)，壓力就會(huì)不斷地變化。這一壓力差作用在整個(gè)橋面上，并因擋風(fēng)的豎直結(jié)構(gòu)板后所產(chǎn)生的渦流而得到加強(qiáng)，結(jié)果橋就開(kāi)始振動(dòng)。事后，人們對(duì)狹橋的設(shè)計(jì)老是找不出可以指責(zé)的地方，因?yàn)槟菚r(shí)人們對(duì)于吊橋的空氣動(dòng)力學(xué)特性知道得很少。這場(chǎng)災(zāi)難在當(dāng)時(shí)說(shuō)來(lái)是屬于不可預(yù)測(cè)的（或稱(chēng)不可抗拒的），但它對(duì)以后的大橋設(shè)計(jì)影響頗大。今天人類(lèi)對(duì)于空氣動(dòng)力學(xué)的研究逐步的深入，橋梁以及其他工程也越建越宏偉。這些偉大的工程可以說(shuō)是人類(lèi)智慧以及高科技產(chǎn)品的完美結(jié)合。如希臘的利翁安提利翁大橋在橋下增設(shè)的粘滯阻尼器，有效的抵抗了橋梁的側(cè)向振動(dòng)和傳力。另外利翁安提利翁大橋的纜索，工程人員也加裝了特殊的裝置—箍條，這個(gè)不是裝飾品，而是對(duì)橋梁安全起到很大作用的裝置。經(jīng)驗(yàn)來(lái)自于德州一座橋梁貝鎮(zhèn)的哈特曼橋，規(guī)模沒(méi)有利翁安提利翁大橋大，其他技術(shù)難度更比不上，但是誰(shuí)都沒(méi)有想到會(huì)是纜索出問(wèn)題，纜索的振動(dòng)致使橋梁分崩瓦解，纜索在風(fēng)平浪靜的時(shí)候沒(méi)有問(wèn)題，強(qiáng)風(fēng)暴雨中也沒(méi)有問(wèn)題，但在微風(fēng)細(xì)雨中只要方向?qū)α耍驮斐蓺缧缘臑?zāi)難。經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)的觀察和風(fēng)洞測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在細(xì)雨中一道細(xì)細(xì)的雨水會(huì)沿著纜索往下流，雨水改變每根纜索的輪廓正好讓風(fēng)勢(shì)造成纜索晃動(dòng)，不過(guò)要是風(fēng)勢(shì)太強(qiáng)就會(huì)吹掉纜索上的雨水，萬(wàn)一雨太大雨水不會(huì)沿著纜索流動(dòng)。由此看出一些細(xì)微的部位，都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)造成危害。工程設(shè)計(jì)中一定要細(xì)致認(rèn)真，才能完成接近完美的作品。

3 結(jié)語(yǔ)

以上說(shuō)的都是振動(dòng)作用對(duì)工程的危害，其實(shí)人類(lèi)也利用振動(dòng)原理來(lái)為我們所用。建筑工人在造房子的時(shí)候，不論是澆灌混凝土的墻壁或地板，為了提高質(zhì)量，總是一面灌混凝土，一面用振蕩器進(jìn)行震蕩，使混凝土由于振蕩更緊密、結(jié)實(shí)。大街上的行人，車(chē)輛的喧鬧聲，機(jī)器的隆隆聲—— 這些連綿不斷的噪聲不僅影響人們正常生活，還會(huì)損害人的聽(tīng)力。有一種共振性的消聲器，是由，開(kāi)有許多小孔的孔板和空腔，所構(gòu)成。當(dāng)傳來(lái)的噪聲頻率與共振器的固有頻率相同時(shí)，就會(huì)跟小孔內(nèi)空氣柱產(chǎn)生劇烈共振。這樣，聲音能在共振時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使相?dāng)一部分噪聲被“吞吃”掉。此外，粉碎機(jī)、測(cè)振儀、電振泵等，也都是利用共振原理進(jìn)行工作的。

總之振動(dòng)效應(yīng)在我們生活和工程中廣泛存在，我們應(yīng)該更好的去研究振動(dòng)效應(yīng)，控制不利的振動(dòng)作用，在設(shè)計(jì)和各種技術(shù)措施中，使振動(dòng)降低，達(dá)到一定的安全標(biāo)準(zhǔn)。另一方面使振動(dòng)作用更多的被我們所利用。

參考文獻(xiàn)

[1]王昱.淺談建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制[J].城市建設(shè)理論研究，2012（26）.