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大型造纸机的基础动力设计

第２４卷第２期

图１中，基础梁或板以上（包括基础梁或板）

部分称为上部结构；桩及土称为地基。分析这样的振

动系统通常有两类方法旧引：一类方法足将上部结构

及地基全部按有限元离敞【４】，为了模拟地基的半无

限特性，尽管可以选取合理的人工边界，但地基的计

算区域仍需取得相当大，这样的三维有限元模型自由

度太多，实际动力设计中工作量太大，不适于工程设

计。另一类为子结构法。子结构法在对模型的处理上

又叮分为两种方法，一种足取上部结构及桩建立有限

元模型，承台下土及桩问土则模拟为弹簧和阻尼器，

这种方法在对桩的处理上似乎更精细，但将土模拟为

弹簧和阻尼器并不是一件容易的上作（主要困难是

不易确定弹簧的刚度和阻尼参数），此外也增加丫模

型的ｒＩ由度。子结构对模型处理的另一种方法是仅对

上部结构建立有限元模型，而将地基（包括桩－土）

模拟为弹簧一阻尼器系统。这种模霉！！的自ｒｈ度最少，

同时地基的模拟町以依据我国《动力机器基础设计

规范》ＩＳ］（下面简称《动规》）进行，是一种适合于

工程设计的方法。本文采用这种子结构处理方法，并

详细介绍地基的模拟。

机器卜的动力荷载来自于各类卷筒转动时偏心质

量产生的惯性离心力。图２为这种荷载的力学模型。

图中ｍ为卷筒的偏心质量，ｅ为偏心距，∞为卷筒的

角速度。卷筒以ｍ作匀速转动时，偏心质量产生一

个作用线通过轴承座０的惯性离心力Ｆ＝ｅ砌２，这

个力的方向是时刻变化的。

该力可分解为ｘ和Ｙ方向的两个力

Ｆｘ＝ｅｍ４．０２ｃｏｓｍｔ

Ｆｙ＝ｅ，砌２ｓｌ‘ｎｏｇｔ

这两个力均为简谐的，其幅值相等，其圆频率即

为卷筒的角速度∞，其相位角相差ｉｑ－ｆ。

图２机器动力荷载的力学模型

这样，在机器运行中，对于卷筒的每一轴承座中

心，将分别作用沿茗和Ｙ方向的两个简谐荷载，这两

个荷’－驭刖个Ｈ似．。片ｊ们元虿ｆｉｒ。由于机器的车速在各部分都

是相等的，即各卷筒外径圆周处的线速度相等，则不

同外径的卷筒将具有不同的角速度ｃｃ，，机器卜各卷筒

轴承处将作用有不同幅值和不同频率的简谐荷载。这

些简谐衍载的相位也不相同，但由于各荷载的相位差

是一个随机变最，如果按随机荷载的方式来进行分

析，将使问题过于复杂。因此在动力没计中，机器制

造厂商在动力设计指南中，明确指出这些荷载的相位

相同。于是在动力分析中，机器Ｉ：将作用多组幅值和

频率不相同，但相传相同的简谐荷载。笔者所做的几

个项目的上程实践证明，这种对倚载的处理完全可以

满足工程要求。

１．２地基模拟

本文采用的子结构分析中，将桩及土等效为弹簧一

阻尼系统。依据《动规》的有关公式可以确定弹簧

和阻尼参数。严格来说，《动规》中的有关公式是依

据块体式基础（刚性基础）的理论及试验得出的，

而纸机的基础大多为框架式基础，并不属于严格的刚

性基础，但纸机基础的基础梁或板（即桩基的承台）

一般刚度都比较大，借用刚性基础的有关计算公式能

满足工程实用的需要。下面以灌注桩为例介绍有关公

式并进行讨论。

１．２．１桩基

桩为冲孑Ｌ灌注桩，其刚度套用《动规》关于预

制或打人式灌注桩的公式计算，并适当予以折减，依

据规范，将桩周围土的当量剪切刚度系数乘以０．９的

折减系数。

桩基竖ｉｉＪＮ，Ｉ度按式（１）、式（２）计算。

Ｋｐ：＝ｎｐｋｐｚ

（１）

ｋｐｚ＝∑ＣｐｆＡｐｆ＋ＣｐｚＡ，

（２）

式中Ｋ。：——桩摹总竖向刚度，ｋＮ／ｍ

Ｊ｜｝。：——单桩的轴向刚度，ｋＮ／ｍ

ｎ。——桩数

Ｃ。——桩周各层土的当鼙剪切刚度系数，

ｋＮ／ｍ３

Ａ。——各层土中的桩周表面积，ｉｎ２

Ｃ。——桩尖土的当量・竖向刚度系数，

ｋＮ／ｍ３

Ａ。——桩的横截面积，ｍ２

桩基水平刚度Ｋ。；采川相应的天然地基水平刚度

的１．４倍。

１．２．２天然地基

天然地基的竖向和水平刚度按式（３）、式（４）

计算。

Ｋ，＝Ｄ，Ａ

（３）

万方数据