竖向激振试验测试地基动力参数工程实例

竖向激振试验测试地基动力参数工程实例

谢永刚牛云凯王俊明

谢永刚牛云凯王俊明

河北建设勘察研究院有限公司河北石家庄050000

摘要：对于动力设备基础设计需要的地基动力参数，可以采用激振试验测试地基对施加在模拟基础上的不同频率的扰力的响应，绘制振幅随频率变化的幅频响应曲线来计算地基动力参数。

一、前言

某化工项目动力压缩机房详细勘察阶段，设计单位要求提供地基刚度、刚度系数、阻尼比、基础参振质量等动力特性参数，笔者采用了强迫振动激振法进行了测试。该测试方法是在模拟动力基础上施加频率不同、幅值固定或按一定规律变化的简谐力，实测模拟基础振幅—频率响应，根据振幅随频率变化的幅频响应曲线计算动力参数。激振试验采用电磁式稳态振源竖向强迫振动测试。

二、测试原理

动力机器在运转时会对其基础产生动力荷载，并传递至地基，刚度系数不同的地基对机器动力荷载会有不同的响应。地基刚度系数越大，动荷载在基础上产生的振幅越小，地基—基础共振频率越高，共振振幅越小；反之，地基刚度系数越小，动荷载在基础上产生的振幅越大，地基—基础共振频率越低，共振振幅越大。激振试验就是通过测试地基对施加在模拟基础上的不同频率的扰力的响应来计算地基阻尼比、基础参振质量、刚度及刚度系数等动力特性参数。

测试采用电磁式激振器，激振带很宽，可以在几赫兹到几千赫兹之间输出简谐力。激振设备工作时，先通过信号发生器产生设定频率的正弦信号，将该信号输入功率放大器，经功率放大器将该信号定量放大后输入电磁式激振器，驱动激振器产生振动并激励模拟基础，激振器激振力的大小通过功率放大器的输出电流来调节，并且可以由连接在激振器与模拟基础之间的刚性杆件中的力传感器来监测校正。振动的响应由布置在模拟基础顶面的传感器及测振仪来测量记录。将测振仪记录的各种频率的常扰力激励下地基—基础响应信号进行整理，可以绘制出该种扰力下的幅频响应曲线。根据幅频响应曲线利用相关公式就可以计算出地基的动力特性参数。

三、测试方法

电磁式常扰力振源激振测试如图（1）（2）所示，电磁式激振器采用通过激振器重心的刚性杆件与基础顶面中心连接。信号发生器可以在较宽的频带内输出设定频率的正弦信号，通过功率放大器将该信号定量放大并输入电磁式激振器转化成正弦振动信号，激振器通过自身的振动带动基础产生设定频率的振动。在基础顶面沿长度方向轴线的两端各布置一台竖向传感器，利用振动测试仪器记录下振动信号，读取设定频率下基础振动的振幅，绘制基础竖向振幅随频率变化的幅频响应曲线（Az-f曲线），用以计算相关参数。激振器的出力由连接在激振器与块体基础之间的刚性杆件中的力传感器及示波器来监测，由功率放大器来控制出力幅值的大小。幅频响应测试时，激振设备的扰力频率间隔，在共振区外为1～2Hz，在共振区内为0.5Hz～1Hz。

图（1）竖向强迫振动测试

图（2）现场激振试验

四、数据处理

根据现场测试结果，采用excel表格绘制不同常扰力下基础竖向振幅随频率变化的幅频响应曲线（Az-f曲线）如下图所示。

根据天然地基竖向常扰力强迫振动测试幅频响应曲线，计算地基基础竖向阻尼比、基础竖向振动的参振总质量，基础抗压刚度，具体计算过程如下：

（1）竖向阻尼比，在幅频响应曲线上，选取共振峰峰点和0.85以下不少于三点的频率和振幅按下式计算：

公式中：为由第点计算的地基竖向阻尼比；

为基础竖向振动的共振频率（Hz）；

为基础竖向振动的共振振幅（m）；

为在幅频响应曲线上选取的第点的频率（Hz）；

为在幅频响应曲线上选取的第点的频率所对应的振幅（m）。

（2）基础竖向振动参振总质量，按下式计算：

式中：为基础竖向振动的参振总质量（t），包括基础、激振设备和地基参加振动的当量质量，当大于基础质量的2倍时应取等于基础质量的2倍。

为基础竖向无阻尼固有频率（Hz）。

为电磁式激振设备的扰力（kN）。

依据上述测试方法完成天然地基竖向常扰力激振测试，对所获资料进行整理后，计算结果见下表。

五、结论

地基动力特性参数是动力机器基础设计时所需要的重要数据，可以通过对模拟基础进行激振试验，测试地基对施加在模拟基础上的不同频率的扰力的响应，来计算地基动力特性参数，测试结果稳定可靠，为机器基础的振动和隔振设计提供依据。

参考文献：

［1］《地基动力特性测试规范》GB/T50269

［2］《动力机器基础设计规范》GB50040-96

［3］《工程地质手册》第四版

上接第437页

之一，在茶叶感官审评中占比30%。相比非发酵茶，工夫红茶由于其独特的发酵工艺呈现出更为丰富、多元的滋味特点。其中，“甜纯”滋味是高等级工夫红茶的关键品质特征之一，能降低茶汤的苦味、涩味等感官滋味，提高工夫红茶的适口性。因此，建立工夫红茶甜纯滋味特征的客观、准确的评价体系，进而深入研究甜纯滋味的关键呈味物质及其呈味特性，对工夫红茶的品质评价和提升具有重要意义。人舌和电子舌检测低限在茶类对比如下表4所示：

表4人舌和电子舌茶类物质检测低限对比

目前茶汤滋味评价的主流手段是专家感官审评，该方法依赖于审评员的感官和经验，容易受到主观因素和外界环境的影响，重复性较差，一定程度上限制了茶叶滋味的深入研究。电子舌技术是一种新兴的基于模拟味觉传感器的人工味觉识别技术，其原理是多个不同的味觉传感器对所测茶汤中不同组分的响应各异，从而获得代表茶汤滋味特点的整体“指纹”信息。目前，电子舌已广泛地应用于食品、医药、环境等多个研究领域。采用电子舌分析结合化学计量学法在茶叶品质研究领域已有诸多应用，如成功用于CTC红茶的质量评价、不同绿茶等级的鉴定等。值得注意的是，在茶汤滋味品质的研究中，采用电子舌实现了对绿茶鲜味、红茶和乌龙茶的苦味、涩味的客观评价。然而，相比上述苦、涩、鲜等滋味属性，红茶茶汤中的甜味属性强度相对较低，这也给甜纯滋味的客观评价带来一定难度。现有基于电子舌的茶汤滋味研究主要集中于强度较高的滋味属性，目前鲜见红茶甜纯滋味属性的研究，也鲜见工夫红茶甜纯滋味的客观评价体系的相关报道。因此，发展基于电子舌的甜纯滋味的安全监测具有重要意义。

4.结束语

综上所述，未来电子舌在功能多样化和集成化的方向上将有广阔的前景。电子舌正逐渐成为食品安全监测的发展趋势之一。电子舌监测食品安全不仅可以大大减少劳动力，使检测过程更加简单，还可以减少人为干扰，提高仪器的灵敏度和稳定性。同时，电子舌具有易于升级和扩展的优点，随着电子舌技术的发展和进步，其在食品工业、安全检测中的应用越来越重要。

参考文献：

[1]黄嘉丽，黄宝华，卢宇靖，刘傲璐，左珊珊，周金林.电子舌检测技术及其在食品领域的应用研究进展[J].中国调味品，2019，44（05）：189-193+196.

[2]干宁军，吕仕军，黎德勇，郭盈岑，何善廉，农馥俏，周寿勇，陆莉莉，缪璐，何晓蓉，周红尖，陈同欢，李宝升.电子舌分析系统在泉水味觉评价方面的应用[J].轻工科技，2018，34（05）：11-14.

[3]史庆瑞.基于电子舌和模式识别技术的食品药品分析应用研究[D].山东理工大学，2018.

[4]田婷.基于气相色谱和电子鼻/舌仿生感官技术对酱香轮次酒风味差异性研究[D].贵州大学，2017.