SAP2000在动力机器基础设计中的应用.pdf

$e r i a lN o 4 8 6O c t o b e r 2 0 0 9现代矿业M O R D E NM I N I r、I G总第4 8 6 期2 0 0 9 年l O 月第1 0 期S A P 2 0 0 0 在动力机器基础设计中的应用张加胜周红旗(马鞍山市房地产管理局)摘要：分别采用S A P 2 0 0 0 程序和空间构架式动力机器基础动力分析程序(D A F E F)，在相同的荷栽-c i X T 计算已建成使用的某钢厂气动鼓风机站的风机基础，比较两者的分析结果，根据现场的实际运行状况来考核S A P 2 0 0 0 程序，以便在动力基础设计时更好地利用S A P 2 0 0 0 程序。关键词：S A P 2 0 0 0；动力基础；应用中图分类号：T U 4 3 5文献标识码：B文章编号：1 6 7 4-6 0 8 2(2 0 0 9)1 0-0 1 3 4-0 3动力机器基础的设计是结构专业的重要工作之一。电力和冶金企业的旋转机器如发电机组、鼓风机功率都在不断地增大，对此类机器基础要求也越来越高，因此对此类基础的力学分析也越来越精细。用于结构动力计算的程序较多，如G T S T R U D L、S T E A D P R O、S A P 2 0 0 0、A N S Y S、P A T R N N A S T R N 等，这些程序的分析结果都会存在一定的差异，需要通过实践不断验证。由于S A P 2 0 0 0 在工程设计中应用较为广泛，笔者就S A P 2 0 0 0 进行探讨。大功率机器基础的动力分析，由习二构件的增多导致质点数的增加，原武汉钢铁设计研究院编制的空间构架式动力机器基础动力分析程序(D A F E F)，采用多自由度质点框架体系计算方法进行动力分析，是传统的计算简化方法，但计算模型简化处理往往使设计者难以把握，需要工程经验的不断积累，并且节点的数量有限制(4 8)。S A P 2 0 0 0 结构计算程序为设计者提供了新的有力手段，建模时可以完全按实体建模，非常直观，荷载工况能很好地模拟实际情况，分析结果更加客观，程序界面友好，操作方便；S A P 2 0 0 0 程序不仅能计算某一个机器频率下的结构动力反应，而且能计算某一个频率范围中每个不同频率作用下的结构动力反应，这样就可以了解机器从启动到停机整个运行过程中结构动力反应情况。lS A P 2 0 0 0 计算法1 1 模型建立以建成使用的某钢厂气动鼓风机站的风机基础为计算实例(该基础在使用过程中状况良好)，基础张加胜(1 9 5 3 一)，安徽当涂人，工程师，2 4 3 0 1 1 安徽省马鞍山市。1 3 4顶板标高7 5 0 0 m，长1 0 1 6 3 m，宽5 4 m，板厚1 4 5 m，柱3 列，每列两根，纵向柱距分别为4 7 m 和3 8 6 3 m，横向柱距4 6 m，柱截面0 8 mx O 8 m，混凝土C 2 5。机组设计参数见表l、表2表I 机组性能表耄嚣：3。：1 2：9F 毒-I-3 01 29掌 5 Q 63 01 3轮Q 5一一。机一一。0 93 05 0z 为机组中心线方向，Y 为垂直机组中心线方向，：垂直向上。荷载作用点布置图见图1。建立模型时，基础顶板采用板单元，柱采用框架单元，柱脚采用嵌固端，建成模型见图2。1 2 荷载工况荷载考虑基础自重、机组设备重、茗方向、Y 方向和z 方向扰力，机器频率7 8 一1 1 5 H z，机组设备重量在动力计算时作为附加质量。稻；划幻=l In，+一十一+一+一+一55555555553333333333一一一一一一一一一一a|；。岱凹主风机 万方数据张加胜周红旗：S A P 2 0 0 0 在动力机器基础设计中的应用2 0 0 9 年1 0 月第1 0 期f-：、0 2：r。，。翌昌-一rC 3、C 5，、c Lq3 三二，、，、叶一，C 9d、0J，-一L 口7向广1：|机组中心线X 向L嫡8，4 1 1 95 2 0U 哕1，岫,q 9岫|f2 6 5 5，7姑h1c 致，、。c 卵1 0VC4、rc 6、越。一10 4：如5可r y、y、一，I4 0CL5 1 0 0。4 2 6 3臣0 01 0 l6 3图1鼓风机基础顶板荷载作用点平面布置图向最大振幅0 0 1 1 3 m m，最大振动速度5 4 8 m m s，见表4。图2 鼓风机基础模型图1 3 模态分析模态分析用于确定结构的模态，计算出结构自由振动的振型和周期(频率)，这些自振振型对了解结构内在特性很有帮助。前1 2 个主振型的自振频率和周期见表3。表3 前1 2 个主振型的自振频率和周期旦塑!Q：!箜!：丝!Q：1 2 墅Q：Q 丝!Q：塑Q!：!丝旦塑!旦：丝i!旦：竺：!竺：!旦：旦!旦：旦!皇!：!竺1 4 动力计算的稳态分析结构在简谐荷载作用下，其振动由两部分组成：一是按荷载频率(机器频率)的振动，即稳态强迫振动；二是按自振频率的振动，即伴生的自由振动，伴生的自由振动由于存在阻尼，在短时间内即行消失。通过对结构振动的稳态分析，计算出振动速度和振动线位移，按动力机器基础设计规范来判断结构设计是否合理。1 5 计算结果S A P 2 0 0 0 采用的是有限元分析，每个单元节点都有其相对应的位移、速度和应力，文中不详细列出只抽取与D A F E F 简化模型中质量集中点相同位置彳向振幅、速度以及整个模型的最大值，结果是：z表4S A P 2 0 0 0 计算结果表2用空间构架式动力机器基础动力分析程序(D A F E F)计算法2 1 计算模型简化由于该程序仅适用多自由度的弹性结构体系，假定质量集中于节点，因此须对实际结构计算简化。基础顶板归并成1 9 个质量集中点，见图3。2 2 计算结果(见表5)3 计算结果比较与分析通过以上两种计算结果比较，S A P 2 0 0 0 计算结果稍大于D A F E F 计算结果，两者显示的振幅、振速在平面上的分布规律基本一致，。向最大振幅、速度所在位置相同(1 8 质点)。造成两者差异的主要原1 3 5 万方数据总第4 8 6 期现代矿业2 0 0 9 年1 0 月第1 0 期因分析如下：D A F E F 必须将实例简化成多质点框架体系成为杆系结构，结构自重集中在若干个节点上，造成两种模型主振型和自振频率的不同，从而导致分析结果的差异。S A P 2 0 0 0 在模型处理上能更好地D A F E F 可以按实际建模形成无限自由度结构体系，模拟T 程实际情况。i1 6；1 9Ir121 41一；1-1I l I6 一8 j一一_ _。JL_一卜斗1，一机组中心线l封 4 1 1 95 2 0r 封1 1 哕18|2 6 5 5，7 B o12【_1 0j 兽-。一一。：蠹一，一115 791-l3r LT!_ TT1 S TI-r 174 0 C5 1 0 0。4263d 0 0l0 1 6 3图3 鼓风机基础顶板质量集中点平面布置图表5D A F E F 计算结果表木孑向最大振幅0 0 1 2 3 m m，z 向最大振动速度4 7 2 3 m m s。4 动力基础设计中的强度分析在动力基础设计中，不仅要控制其振动速度和位移，其强度也是设计关注的要点。在动力荷载作用下的内力计算，D A F E F 和S A P 2 0 0 0 存在较大的差异，前者将振动荷载简化成当量荷载旌加在质点上作结构静力计算，这种简化具有很大的主观性；后者则可以通过稳态荷载T 况和其它静、动荷载组合进行内力分析，比较客观。动力基础顶板悬挑部分在工程中往往容易出现13 6问题，尽管规范中有条文规定其悬出长度不宜大于1 5 m，悬臂支座处的截面高度不应小于悬出长度的0 7 5 倍，但是在大型动力机器基础设计时对该部位应进行动内力分析，D A F E F 对此无法进行，而S A P 2 0 0 0 对此能够进行分析，从而确定该部位的断面尺寸。5 动力基础设计中的刚度分析基础材料、结构型式及各构件的截面大小决定了结构的刚度，从而也确定了结构的自振频率。动力基础设计必须使其自振频率远离机器的激振频率以避开共振区，由于机器频率一般比较高，结构的刚度越大则自振频率越高，就越靠近机器频率，因而振动效应越大；如果结构刚度低，结构的强度和变形则有可能满足不了使用要求，为此，需要对结构进行反复调整、计算，以确定合理的结构型式及各构件的截面，利用S A P 2 0 0 0 程序处理起来则比较方便。6 结语(1)两种程序的计算结果比较和风机基础实际运行情况(风机基础实际运行状况良好)表明，用S A P 2 0 0 0 程序计算受简谐振动的设备基础是可行的，可以作为动力基础设计时的一种计算手段。(2)冶金厂房结构设计中会遇到许多动力基础，如T R T 发电机基础、鼓风机站的风机基础、振动给料机基础等，S A P 2 0 0 0 程序在这些结构计算中能发挥很好的作用。(收稿日期2 0 0 9-0 6-0 9)万方数据SAP2000在动力机器基础设计中的应用SAP2000在动力机器基础设计中的应用作者：张加胜，周红旗作者单位：马鞍山市房地产管理局,243011,安徽省马鞍山市刊名：现代矿业英文刊名：MODERN MINING年，卷(期)：2009(10)本文读者也读过(10条)本文读者也读过(10条)1.张文权.张继令.郝明.Zhang Wenquan.Zhang Jiling.Hao Ming 动力参数测试在动力机器基础设计中的应用期刊论文-铁道勘察2007,33(2)2.金卫升.JIN Wei-sheng 用SAP2000对一双向板式储液池的内力分析期刊论文-山西建筑2009,35(27)3.袁金秀.王道远.陈春雷.Yuan Jinxiu.Wang Daoyuan.Chen Chunlei 动力机器框架式基础动力分析方法的适应性研究期刊论文-石家庄铁道学院学报2009,22(4)4.用SAP2000分析桁架时杆件的模拟会议论文-20045.张卫 动力机器基础计算及其软件设计-墙式破碎机基础的计算期刊论文-广西城镇建设2005(3)6.刘华.LIU Hua 动力机器基础构架式压缩机基础设计期刊论文-甘肃冶金2010,32(2)7.闫华林.Yan Hualin 动力设备基础的动力分析期刊论文-工程研究-跨学科视野中的工程2010,02(2)8.孔垂烛.薛尚铃.尹菊丽.Kong Chuizhu.Xue Shangling.Ying Juli 某动力机器基础动力学分析期刊论文-岩土工程技术2007,21(5)9.蒋东旗.谢定义 关于动力机器基础设计的几种分析方法的讨论会议论文-200210.靳原 动力机器基础设计的几个基本问题期刊论文-基建优化2005,26(3)本文链接：http:/