动力基础与地基协同工作动力分析

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常规的动力机器基础设计,是将上部结构和地基基础分开计算,常用的动力机器基础设计软件MFSAP也没有考虑结构的基础部分。但事实上,地基土与结构是共同作用的,在动力荷载作用下,两者的协同工作也被广大的设计人员接受。本文以实际工程项目为背景,利用大型有限元分析软件ANSYS,研究动力基础与地基协同工作的动力特性。本文在阅读了大量的有关上部结构和地基基础共同作用文献的基础上,详细分析了目前国内外动力机器基础的研究现状和存在的不足,在前人的一些分析假定和理论基础上,对多种计算方法下的天然地基和桩基动力参数进行计算。在对土体的动力参数进行研究时,首先介绍了当前存在的质阻弹计算模式和计算精度相对较高的弹性半空间计算模式,并利用弹性半空间计算模式实用化方法计算出天然地基的动力参数。然后利用《动力机器基础设计规范》中有关理论得出相应的天然地基参数比加以比较,考虑协同工作,得出比较合理的反映地基土特性的动力参数。在桩基参数的研究上,利用单桩振动微分方程以及刚度的定义,得出单桩的刚度和阻尼参数值,并考虑成层土介质中的群桩效应,得出理论的桩基动力参数。并与实际试桩的结果进行比较,得到了两者之间的关系,为后面对桩基作用下的动力参数提供参考。对于动力基础与地基的协同工作,本文在有限元的计算上做了大量的工作,建立三种有限元模型,第一种为不考虑基础和地基作用的上部结构模型,第二种为考虑基础在天然地基条件下的动力机器基础模型,第三种为考虑基础在桩基作用下的动力机器基础模型。利用前面得到的相关刚度和阻尼比参数,采用弹簧单元来模拟地基土和桩基,上部结构及其基础采用三维实体单元,并与弹簧单元在接触点上进行节点合并,考虑两者的协同工作,进行有限元动力计算。通过对模态分析结果和振动线位移的比较,得出考虑基础与地基协同工作的重要性。另外,利用这些模型最大振动线位移出现的频率特点,推测动力机器运转过程中可能出现的共振区域,尽量使外部激励远离这些区域,为实际工程项目的设计、优化和减震等提供一些参考和依据。
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