Биение пространственного каркаса обогатительной фабрики под действием периодических нагрузок Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 624.012

Д.Г. КОПАНИЦА, докт. техн. наук, профессор,

С.Л. КАПАРУЛИН, канд. техн. наук,

В.И. САВЧЕНКО, канд. техн. наук, доцент,

В.Г. КОШТУНКОВ,

А. С. ПЛЯСКИН,

ТГАСУ, Томск

БИЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО КАРКАСА ОБОГАТИТЕЛЬНОЙ ФАБРИКИ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ПЕРИОДИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

Представлены результаты экспериментальных исследований динамических параметров несущих конструкций здания обогатительной фабрики. Выявлены причины возникновения биений пространственного каркаса, вызванные совместным действием работающих механизмов. Результаты представлены в виде акселерограмм и спектров мощности колебаний.

Здание обогатительной фабрики состоит из трех частей: одноэтажного производственного корпуса, трехэтажного административно-бытового корпуса (АБК) и одноэтажной пристройки, в которой расположен конвейер для транспортировки руды (рис. 1).

Рис. 1. Разрез здания обогатительной фабрики

Во внутреннем объеме производственного корпуса размещены многоэтажные каркасы этажерок для установки технологического оборудования. Металлический каркас здания обогатительной фабрики представляет собой комбинированную многоэтажную и многопролетную конструкцию с размерами в плане 90x132 м. Колонны каркаса установлены на свайные фундаменты. Фундаменты здания имеют обычную для районов с вечной мерзлотой

© Д.Г. Копаница, С.Л. Капарулин, В.И. Савченко, В.Г. Коштунков,

А. С. Пляскин, 2007

конструкцию и состоят из свайного поля и цокольной плиты, поднятой над землей и имеющей отметку верха + 200 см. Фундаментная плита разделена на сектора деформационными швами шириной 40 мм.

Деформационный шов отделяет административно-бытовой корпус от основного производственного корпуса. Административно-бытовой 3-этажный корпус имеет размеры в плане 30x48 м и располагается в осях А-В. Сечение стальных колонн выполнено в виде одного профиля, размеры сетки колонн 6x6 м.

Экспериментальные исследования проведены с целью выявления причин биений конструкций каркаса административно-бытового корпуса и разработки технических решений по их устранению.

Для определения причин биений были проведены измерения параметров колебаний несущих конструкций каркасов производственного здания, здания АБК и пространственных этажерок под технологическое оборудование. Помимо строительных конструкций, исследованы динамические параметры работающих механизмов.

Измерения проведены посредством 64-канального приемно-измерительного комплекса, разработанного на кафедре металлических и деревянных конструкций ТГАСУ. Комплекс предназначен для измерения и обработки пространственно-временных динамических и статических характеристик конструкций и сооружений в реальном масштабе времени и оптимизации обработки экспериментальной информации. Обработка экспериментальных результатов осуществляется посредством сертифицированного программного комплекса автоматизации экспериментальных измерений - ACTest.

Регистрация динамических параметров выполнялась измерительными блоками со встроенными пьезокерамическими датчиками ускорения ADXL-202AQC1 производства USA фирмы ANALOG DIVICE, измеряющими ускорение в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. В приемноизмерительном комплексе, состоящем из двух 32-канальных измерительных блоков, осуществляется мультиплексирование и преобразование сигнала в 16-разрядный параллельный двоичный код. В качестве АЦП (аналогоцифрового преобразователя) используется Е 14-440 с максимальной частотой преобразования 400 кГц и совместимый с USB 2.0. Выбор диапазонов измерения, частоты дискретизации и конфигурации входов осуществляется программно. Управление работой комплекса и обработка экспериментальных результатов происходят посредством персонального компьютера.

Результаты экспериментальных измерений представлены в виде акселерограмм и диаграмм спектральной плотности мощности ускорений колебаний строительных конструкций и механизмов. Спектральная плотность мощности ускорений получена путем быстрого преобразования Фурье.

На рис. 2 показаны диаграммы ускорений и спектры мощности колебаний трех шаровых мельниц, установленных в центральной части производственного корпуса. Диаграммы ускорений на рис. 2, а отличаются и по формам, и по величинам ускорений. На верхней акселерограмме видны ярко выраженные биения с частотой 0,27 Гц. Соответствующий спектр мощности колебаний для этой мельницы отражает резонансные явления в широком спектре частот и свидетельствует о неисправности механизмов мельницы.

а) б)

Рис. 2. Акселерограмма ускорения колебаний (а); спектр мощности ускорения колебаний (б)

Акселерограмма второй мельницы представлена средней диаграммой на рис. 2, а. На этой диаграмме биения отсутствуют. Соответствующая частота вынужденных колебаний на рис. 2, б равна 16,2 Гц. Динамические параметры третьей мельницы имеют промежуточные значения. Нижняя акселерограмма на рис. 2, а отражает слабые низкочастотные биения. При этом амплитуды ускорений колебаний первой и третьей мельницы превышают амплитуды ускорения колебаний второй мельницы в 7,2 раза и в 5,77 раза соответственно.

На рис. 3 приведены соответствующие максимальные амплитуды перемещений верхнего обреза фундаментов мельниц на частоте 0,061 Гц (период Т = 16,3 с): для первой мельницы 4 мм; для второй мельницы 2,0 мм, для третьей мельницы 2,5 мм.

Измерения ускорений конструкций каркаса здания административнобытового корпуса показали, что значения ускорений изменялись по высоте здания. Максимальные амплитуды ускорений обнаружены на верхних отметках каркаса.

ОООО»-:

|

I

«И* ^

моим ^

(11

I т»1

1 І

001Ж ^

і

1

«0 ООО» 4 ^

оооооо» :

1 ооогчи .... 1.... 0002411 II*. ' ’ ' ' 1 ' ' 'ои ■ ■ ' ' 1 ■ ' ■ ■ 373 00041 010011* АН >791 01» .... . . , . Т , . . . | ■ 1 « > Т 1 | .1 01М7Э» 0170.117 ОІІМ

N. ! Ч'Я 1_ — 1 Ьшгч- 1 УК! і мя В* 9».3 1 аа^

2 І 2™ ої.і 1«ц.1 Ш.І ид --иіі.1 ччи.1 «11». 1 КП -< г”

1» М<~»<* иII' |Н«ЛЧ1 1«|П|

Рис. 3. Спектр мощности перемещений мельниц

Акселерометры, установленные на фундаментных столбах и на нижней поверхности железобетонной цокольной плиты заметных изменений, ускорений не показали. Амплитуды колебаний фахверковых колонн в 2,5 раза превысили амплитуды колебаний колонн каркаса. Биения колонн каркаса происходили на частоте 0,015 Гц с периодом Т = 66,67 с. Измерения колебаний на колонне каркаса главного корпуса и колонне каркаса АБК показали практическое равенство амплитуд ускорений у основания колонн. Одинаковая реакция колонн в основании и двукратное увеличение амплитуд колебаний в окрестности оголовка свидетельствует о том, что возбуждение колебаний в основном происходит через цокольную плиту.

В результате проведенных измерений установлено, что основной причиной биений каркаса здания обогатительной фабрики являются периодические нагрузки, создаваемые шаровыми мельницами, грохотами и другими источниками колебаний, расположенными в главном корпусе и имеющими близкие частоты вынужденных колебаний. Максимальные амплитуды биений происходят на частоте, кратной 0,015 Гц. Обнаружено, что деформационный шов в цокольной плите между главным корпусом и АБК выполнен не по проекту. При изготовлении цокольной плиты использована деревянная опалубка, доски которой были оставлены и замоноличены в деформационных швах. При действии статических нагрузок и неравномерных осадок швы выполняют свои функции, но при динамических нагрузках цокольная плита работает как единое целое, передавая биения колебаний, возникшие в плите главного корпуса на конструкции АБК. Для устранения биений в здании АБК необходимо восстановить конструкции деформационных швов, отделяющих фундаменты работающих механизмов от конструкции цокольной плиты, а также восстановить деформационный шов в цокольной плите между главным корпусом и зданием АБК.

D.G. KOPANITSA, S.L. KAPARULIN, V.I. SAVCHENKO,

V.G. KOSHTUNKOV, A.S. PLYASKIN

VIBRATIONS OF A SPATIAL SKELETON OF CONCENTRATING FACTORY UNDER ACTION OF PERIODIC LOADINGS

The results of experimental researches of dynamic parameters of building bearing structures of concentrating factory are presented in the paper. The reasons of vibrations origin caused by joint action of working mechanisms of spatial skeleton are revealed. The results are presented in the form of axcelerogramms and spectra of capacity of fluctuations.

УДК 624.045

Б.А. ТУХФАТУЛЛИН, канд. техн. наук, доцент,

Л.Е. ПУТЕЕВА,

ТГАСУ, Томск

ДВУХУРОВЕННЫЙ АЛГОРИТМ ОПТИМИЗАЦИИ ПЛОСКИХ СТЕРЖНЕВЫХ СИСТЕМ ПРИ ОГРАНИЧЕНИЯХ ПО ПРОЧНОСТИ, ЖЕСТКОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ

Рассматривается задача оптимального проектирования упругой стержневой системы при многопараметрическом загружении. Решение задачи разделяется на два уровня. На нижнем уровне определяются оптимальные размеры поперечных сечений стержней из условий прочности, жесткости, общей и местной устойчивости, на верхнем - оптимальные соотношения жесткостей.

Цель работы - разработка алгоритма оптимального проектирования плоской стержневой системы, загруженной несколькими независимыми нагрузками. К ограничениям задачи относятся условия прочности, жесткости, общей и местной устойчивости и конструктивные требования.

Рассчитываемая конструкция выполнена из линейно-упругого материала. Очертание осей, условия опирания и сопряжения элементов между собой в узлах, места приложения нагрузки заданы. Форма поперечного сечения описывается шестью параметрами (рис. 1, а). Предполагается, что приложенные нагрузки могут принимать любые значения из интервала:

0 < F < F ,

] Лтах ’

а количество возможных сочетаний нагрузок представляет собой счетное множество.

Критерий оптимальности - функция объема расходуемого материала

V =У(^ ^ •••, ).

Все ограничения задачи записываются в виде слабых неравенств.

© Б.А. Тухфатуллин, Л.Е. Путеева, 2007