動荷載測試試驗研究

謝軍，丁智霞

（1.江蘇科迪建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，江蘇 南京 210096；2.東南大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇 南京 210096）

1 項目概況

對某平衡式振動輸送機正常使用階段（啟動時工況、穩(wěn)定運行時工況、關(guān)機時工況）進行支點頻率、動荷載以及靜荷載測試，得出運行狀態(tài)下支點的振動頻率、動載及靜載情況，分析其對下部主體結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)（圖1）。

圖1 平衡式振動輸送機

2 測試方案

2.1 試驗整體方案

測試裝置主要由輪輻式力傳感器、 動態(tài)應(yīng)變儀等組成。 將力傳感器置于測試位置以下，通過支座板與支腿可靠連接； 再將活動支座置于力傳感器下方， 通過活動墊板將力傳感器調(diào)節(jié)至設(shè)備支腿標(biāo)高處（圖2）；將力傳感器與動態(tài)應(yīng)變儀通過數(shù)據(jù)線連接， 并與電腦連接后進行動態(tài)采集程序設(shè)定， 通過力-時間曲線即可采集其振動頻率及動載情況，輸送設(shè)備關(guān)機起吊后，可通過傳感器測出靜載荷。

圖2 測試方案示意圖

2.2 測點布置方案

平衡式振動輸送機總共有46個支腿，下設(shè)300 mm高的H型鋼梁整體式底盤。 測試時將活動支腿放置于下部H型整體底盤之上， 將輸送機支腿整體架高，測試支點下設(shè)力傳感器，每4個支腿一組，分12組進行測試。 測點布置圖如圖3所示。

圖3 測點布置圖橋

3 測試步驟

（1）對每個彈簧支點進行編號。 共兩部分，第一部分為1～12支點，第二部分為13～23支點，共46個支點，每4個支點為一組進行測試采集。 支座5A實物見圖4。

圖4 支座5A 實物

（2）將準(zhǔn)備好的活動支座及傳感器支座一一對應(yīng)放置于各彈簧支座邊，調(diào)試好儀器設(shè)備，按對應(yīng)的編號連接好每個傳感器。

（3）將待測的振動設(shè)備吊起，將各活動支座及傳感器支座置于對應(yīng)彈簧支座下，確保整個振動設(shè)備處于同一高度，支點中心與支撐塊中心在同一軸線上。

（4）將振動設(shè)備慢慢降至活動支座和傳感器支座上，待此過程完成后1 min，對測試采集程序進行清零、平衡。

（5）點擊測試開始，工人啟動振動傳輸帶，首先采集設(shè)備啟動時最大動載；繼續(xù)運行機器，采集設(shè)備穩(wěn)定運行時的動載；待此階段測試完成后，關(guān)閉設(shè)備，采集設(shè)備關(guān)機時的最大動載；再用吊車將振動設(shè)備掉起，采集振動設(shè)備的靜載，至此，一組支點測試完畢。 支座23A啟動時動載采集見圖5。

圖5 支座23A 啟動時動載采集圖

（6）重復(fù)以上2～5測試過程，依次對每個支點進行測試，待測試全部做完后，關(guān)閉儀器，將振動設(shè)備復(fù)位。

（7）待測試完成后，對實驗數(shù)據(jù)進行初步整理。

4 數(shù)據(jù)處理

對測試數(shù)據(jù)進行整理，每個彈簧支點對應(yīng)的啟動時的最大動載、穩(wěn)定運行時的動載、關(guān)機時的最大動載、靜載及振動頻率如表1、表2所示。

5 數(shù)據(jù)分析

5.1 啟動時最大動載

由表1、表2得知，在23組支點中，啟動時的最大動載值在0.35～1.09 kN之間，其中啟動時1～12支點最大動載平均值為0.55 kN，13～23支點最大動載平均值為0.63 kN；1～12支點中動載最大為支點1B（0.89 kN），最小為支點2A（0.38 kN），13~23支點中動載最大為支點23A （1.09 kN）， 最小為支點14A（0.35 kN）與14B（0.35 kN）。

表1 1-12 支點數(shù)據(jù)匯總表

從啟動時最大動載折線圖6中可以看出，在1～12支點中， 處于兩端位置的支點啟動時動載最大，中部支點動載測試值都處于中間狀態(tài)。

圖6 1～12 支點啟動時最大動載

如圖7所示，在端點位置23時，啟動的最大動載達到最大，為1.09 kN。 總體呈現(xiàn)的趨勢和圖6一致。 而圖7與圖6相比，啟動時的動載整體高于前12個支點的。

圖7 13～23 支點啟動時最大動載

5.2 設(shè)備平穩(wěn)運行時動載

由匯總表1、表2中的統(tǒng)計可以得到，設(shè)備平穩(wěn)運行時1～12支點的動載均值為0.21 kN， 最小動載的支點位置是2B支點，最小值為0.07 kN，最大支點為5A， 最大值為0.31 kN；13～23支點的動載均值為0.25 kN，最小動載的支點位置是14B支點，最小值為0.09 kN，最大支點為20A，最大值為0.40 kN。 對于同一編號支點的不同A/B側(cè)，設(shè)備平穩(wěn)運行時的動載基本接近。

表2 13-23 支點數(shù)據(jù)匯總表

圖8與圖9的曲線圖都呈現(xiàn)出“波浪”形狀的規(guī)律，兩端附近2A/B、11A/B、14A/B、22A/B支點，動載較低，而在整段設(shè)備的中間部位，如7A/B與18A/B，動載值也較低。

5.3 設(shè)備關(guān)機時最大動載

圖10、 圖11為振動設(shè)備關(guān)機時的最大動載，可以看出，在振動設(shè)備端頭部分的支點關(guān)機時的最大動載都大于中間位置的， 而在設(shè)備中間部位5A/B-7A/B、17A/B-19A/B支點在停止關(guān)機時的最大動載都遠高于3A/B、10A/B、15A/B、21A/B支點。整體的曲線圖呈現(xiàn)出字母“W”形狀。 而與啟動時的最大動載圖6、圖7相比，也都呈現(xiàn)出兩頭動載力值大的特點。

圖8 1～12 支點穩(wěn)定運行時動載

圖9 13～23 支點穩(wěn)定運行時動載

圖10 1～12 支點停止運行時最大動載

圖11 13～23 支點停止運行時最大動載

5.4 設(shè)備靜載

圖12、圖13為支點編號與振動設(shè)備的靜載力值圖。1～12支點中最大值為7.17 kN，支點位置為8A，最小為2.36 kN， 支點位置為12B；13～23支點中最大為6.60 kN，支點位置為15A，最小為2.24 kN，支點位置為23A。 可以看出，在端頭位置的靜載力值都較小。

5.5 支點頻率

通過頻譜分析，在第一部分（1~12支點）的振動設(shè)備振動時，包括從開始到結(jié)束時的平均頻率為9.13 Hz，而第二部分（13~23）的振動設(shè)備振動時，包括從開始到結(jié)束時的平均頻率為9.20 Hz， 如圖14、圖15所示。

圖12 1～12 支點起吊時靜載

圖13 13～23 支點起吊時靜載

圖14 1～12 支點位置頻譜圖

6 測試總結(jié)

6.1 啟動時動載

（1）在1～12支點中最大動載為支點0.89 kN，支點位置為1B，均值為0.55 kN；

（2）在13～23支點中最大動載為1.09 kN,支點位置為23A，均值為0.63 kN，整體高于前12個支點的動載；

（3）處于兩端位置的支點啟動時動載較大。

6.2 平穩(wěn)運行時動載

（1）1～12支點中最大動載為0.31 kN，支點位置為5A，均值為0.21 kN；

（2）13～23支點中最大動載為0.40 kN， 支點位置為20A，均值為0.25 kN；

（3）整體的曲線圖呈現(xiàn)出“波浪”形狀，對于同一編號支點的不同A/B側(cè)，設(shè)備平穩(wěn)運行時的動載基本接近。

圖15 13～23 支點位置頻譜圖

6.3 關(guān)機時動載

（1）1～12支點中最大動載為2.11 kN，支點位置為12B,均值為1.23 kN；

（2）13～23支點中關(guān)機時最大動載為1.88 kN，支點位置為23A，均值為1.09 kN；

（3）整體的曲線圖呈現(xiàn)出字母“W”形狀。 而與啟動時的最大動載相比，也都呈現(xiàn)出兩頭動載力值大的特點。

6.4 靜載

（1）1～12支點中最大靜載為7.17 kN，支點位置為8A，均值為4.66 kN；

（2）13～23支點中最大靜載為6.60 kN， 支點位置為15A，均值為4.67 kN；

（3）在端頭位置的靜載的力值都較小。

6.5 支點頻率

（1）1～12支點中頻率均值為9.13 Hz；

（2）13～23支點中頻率均值為9.20 Hz。

7 結(jié)論

（1）設(shè)備的技術(shù)參數(shù)中動載為0.16 kN，實測穩(wěn)定運行動載均值為0.21～0.25 kN，基本相符；但設(shè)備開關(guān)機時最大動載均超過穩(wěn)定運行時動載數(shù)倍之多，且關(guān)機時的瞬時動載最大值達最高，實際結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)將各支點的此力值作為動載控制值，否則偏于不安全。

（2）技術(shù)參數(shù)中設(shè)備頻率為7.7～10.8 Hz，實測頻率為9.13～9.20 Hz，基本相符。結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮鋼框架的自振周期，以免引起共振。

（3）各支點靜載實測平均值約4.66 kN，按設(shè)備技術(shù)參數(shù)算得平均每個支點約8.5 kN的靜載，此值差距較大，結(jié)構(gòu)設(shè)計時過于保守。

（4）設(shè)備在啟動時處于兩端位置的支點啟動時動載較大， 運行時整體的曲線圖呈現(xiàn)出“波浪”形狀，關(guān)閉時整體的曲線圖呈現(xiàn)出字母“W”形狀，與啟動時的最大動載相比，也都呈現(xiàn)出兩頭動載力值大的特點。

（5）此測試為現(xiàn)場測試，在測試中，可能由于地面及底盤架不平，環(huán)境溫度影響，支撐墊塊高度不齊，振動設(shè)備架置方式等原因，會對測試結(jié)果造成一定的影響，但是這種影響都在一定的允許誤差范圍內(nèi)。

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