某动平衡试验台基础设计分析

1 ，引言

某动平衡试验台的旋转类动力设备，由众多部件组成，工艺复杂，要求运转精度高、使用寿命长、防水耐低温，基础不宜产生不均匀沉降。

2，基础振动及沉降限值

基础振动限值是保证设备正常工作、振动不妨碍人员工作和身心健康的重要参数。该设备基础同时承受所有的扰力作用，其绕频范围较大，要使基组（基础＋机器）自振频率完全避开扰频段，在实际设计中是无法实现的。起控制作用的是平台处的水平扰力、扰力矩，应考虑避开该频率段，其它各扰力考虑在共振状态下工作，用振动幅控制。

基础沉降限值也是保证设备正常工作的重要参数。设备基础工作时承受动荷载作用，对基础的沉降影响较大。要使基础不产生不均匀沉降几乎是不可能的，在实际设计中是无法实现的。

按文献[1]，[2]的振幅限值要求和文献[3]、[4]的沉降限值要求，结合本工程的具体情况，提出如下设计要求：按振动幅值控制，避开主要扰力频率，基础整体振动幅值不大于0.16mm，允许振动速度为5.0mm/s，最终允许沉降量30～40mm ，不均匀沉降所产生的基础倾斜不超过 1 /1000，并且设备安装调试后不得再产生不均匀沉降。

3，基础设计

3.1，单桩承载力的确定

按文献[3]公式计算，考虑群桩效应后的复合基桩竖向承载力是584kN。现场静载试验的桩数2根，采用5级荷载未能加载至真正的极限荷载，虽然不能准确得出单桩极限荷载，但是，所得到基桩竖向承载力已大于计算结果。由于试桩不理想，采用了灰色系统理论对p-s 曲线的发展趋势作出预测。取1 号、16 号静压桩的5 级荷载沉降数据，建立了桩基预测的灰色GM（1,1）模型[5]，桩基沉降预测结果见图1。由此分析，按规范所计算的基桩竖向承载力可靠。

3.2，桩基沉降计算

经多种方案比较，本工程采用钻孔灌注桩基础，桩设计 直 径 为400mm，桩长1 0 m ，共16 根桩，承台为正方形，详见图2。桩身混凝土强度等级C30，桩端持力层为粉质粘土。采用等效作用分层总和法计算桩基最终沉降量[4]。等效作用面为于桩端平面，等效作用面积为桩承台投影面积，等效作用附加应力近似取承台底平均附加应力。等效作用面以下的应力分布采用各向同性均质直线变形理论。桩基内中点的、角点的最终沉降量用角点法公式计算[ 6 ]。计算结果：桩基最终沉降量22mm。

3.3，动力计算

对于旋转式机器基础而言，动力计算是比较复杂的。因为基础是比较柔性的，机器工作时存在多阶固有振动频率，在机器扰力作用下，出现多自由度的强迫振动。其次是机器扰力由多个转子的随机偏心引起，其大小、相位和作用点均是不确定的。另外，机器本身的静止部分和可动部分均有较大的质量和刚度，它们和基础联接后，存在复杂的相互作用。基础动力计算时的许多参数对设计指标的影响并不是一一对应的线性关系，它们的取值大小不能简单地理解为对动力计算偏于安全或偏于不安全，有时往往是某两个指标对动力计算的影响截然相反。还有，地基土的参振质量、基础的埋深、考虑刚性地面与基础连接的系数以及基础侧面地沟的影响系数等，在计算选取时也存在类似问题。只有结合具体情况综合考虑，才能保证参数选取准确，设计计算安全可靠。动力计算主要是自振圆频率计算和扰力作用下的振动振幅计算。只要自振频率避开机器工作转速一定范围，基础与主要扰力出现共振的可能性很小，只需考虑振动幅值就可以了，以计算振幅不超过限值作为设计成功的标准。为了保证基础均匀沉降及使扰力作用在基础某一惯性主平面内，首先要求基组的总重心与基础底面形心位于同一垂直线上。