摘要：根據工程實際，利用ANSYS建立廠房樓面板梁的結構模型，針對模型進行了模態分析和諧響應分析，分析了樓面振動過大的原因。根據結構的動力特性給出了減振方案，并對減振方案做了對比。

　　關鍵詞：工廠樓面,模態分析,諧響應分析

　　引言

　　在某工業廠房安裝了兩臺大功率的電動機后，樓地面上出現了較大的振動，操作間內部設備有輕微晃動，相鄰操作間也能明顯感覺到振動。為了建筑物的使用安全，決定分析振動原因及采取減振措施。初步預測引起振幅較大的原因是增加了動荷載，引起了結構的共振。采用ANSYS建立結構樓面及電動機基礎的模型，分析振動的原因并提出相應的減振措施。

　　1 工程概況

　　某廠房的結構形式為多層鋼筋混凝土框架結構，樓板為現澆板。各構件均采用C30混凝土，主截面尺寸為500mm×1500mm ，次梁截面尺寸為400mm×700mm，板厚120mm。兩臺電動機位移高于樓面1.5m處，電動機重10200kg，采用8點承重方式，重心距樓地面的高度為1.5m。設備的震動頻率為16.54Hz(103.9rad/s)，動荷載為8.91KN。設備基礎放置于主體框架上。

　　2 樓面結構的受力分析

　　2.1 有限元建模

　　為了確定的樓板是否與電動機發生了共振，截取包含設備在內的兩根柱梁之間的樓板結構進行分析。梁上或梁邊的臨時堆載、人群出現時的短暫質量等臨時質量對樓面的實際振動有一定的影響，但它們所提供的質量阻尼相對于結構的剛度阻尼僅占很小的份額，所以在建模時將其略去。

　　按照提供的廠房樓面板梁尺寸建立ANSYS模型。樓板、梁和電動機基礎采用solid65混凝土單元模擬，電動機以及附屬設備的質量采用mass21質量單元模擬。在主梁與柱的連接面處將主梁固結，并且約束了板的各個邊的水平位移。模型與單元如圖1所示：

　　2.2 模態分析

　　采用ANSYS的模態分析模塊對結構進行模態分析。因設備的振動頻率比樓板的固有頻率低，與設備可能發生共振的只能是樓板較低的固有頻率，利用Black-Lanes法提取模型的前十五階固有頻率來分析，其固有頻率值見表1所示。

　　結構的一階固有頻率為16.847，和設備的工作頻率16.4非常接近，設備的工作頻率接近共振區，初步判定設備和樓板結構發生了共振。

　　2.3 諧響應分析

　　根據模態分析的結果對結構進行諧響應分析以確定是否是共振引起的樓面振動。在電動機位置的集中質量上施加大小為8.91KN、頻率為16.54Hz簡諧荷載，得到結構的諧響應曲線,如圖2所示。

　　由圖可見在16.4Hz處結構的位移發生了突變，最大的動位移為1.6cm。因此，可以判定設備和樓面發生了共振。

　　3 樓面結構的優化

　　為了將樓板的振動控制在合理的范圍內，本文對樓板和次梁的尺寸進行了優化，以增加結構的固有頻率，避免共振。

　　3.1 針對樓板的優化

　　樓板采用0.1m、0.12m、0.14m、0.16m、0.18m、0.2m五種厚度對結構進行模態分析，得到結構的前十階固有頻率，見表2所示。

　　由上表可見，增加樓面板的厚度可以增加結構的固有頻率，因此，可以通過此方法來增加結構的剛度，避免共振。

　　3.2 針對次梁的優化

　　原結構的次梁采用的是400mm×700mm，在此擬增加次梁的高度，采用400mm×800mm、400mm×900mm與原結構作對比。對三種結構形式進行模態分析，得到三種結構形式的前十階固有頻率見表3所示。

　　由上表可見，增加次梁的高度同樣可以增加結構的固有頻率。

　　對次梁截面為400mm×900mm的結構模型做諧響應分析，結構的位移幅值-頻率關系曲線如下圖3所示。

　　從上圖可見結構在激擾力的頻率為17.2Hz時達到最大動位移0.178mm，在電動機工作頻率16.4Hz處最大的動位移為0.122mm，可見樓面的振幅從1.6cm降到了0.122mm，因此，也可以通過此方法來增加結構的剛度，以達到減震的目的。

　　4 結語

　　由于設備的振動引起的工業廠房樓面振幅較大的問題，主要應該從結構的動力特性方面進行分析。根據結構自身的動力特性，分析設備的振動頻率是否位于共振區，并對結構做諧響應分析觀察振動規律。根據分析得到的原因，調整結構或者設備的相關參數，使得兩者避開共振區 ，提出減震方案，利用諧響應分析減震方案的合理性。

　　參考文獻：

　　[1] 高紅珍.選煤廠主廠房結構設計中的振動荷載問題[J].煤炭工程，2003(5):26-27

　　[2] 邱德修，樊開儒.多層工業廠房的振動問題分析[J].工業建筑，2010(S1)：129

　　[3] GB50190-93 多層廠房樓蓋抗微振設計規范[S]