内蒙古大学 内蒙古呼和浩特 010021
摘要：本文主要介绍了土木工程中隔震技术的研究背景，机械振动隔震技术，隔振材料和隔振器的研究，最后是论述了隔振评估和舒适度。
关键词：隔振；研究发展；总体介绍
一.背景论述
振动的危害在我们的日常生活中并不陌生，常见的如城市轨道交通引起的环境振动和噪声，由于其通常建于城区道路的下方，也经常直接从建筑物底部穿过，人们的正常工作会受到干扰，同时附近建筑物会因此产生振动，造成安全隐患。在工业领域，常见的机械如压力机、锻锤、电液振动台和金属切削机床等机器在正常工作时也会产生振动。对于这些机械设备而言，其基础承受着不平衡扰力引起的振动以及机器的自重，如果该振动过大，将会影响机器的加工精度或者造成无法正常使用，甚至损坏机器和影响邻近的设备、仪器和人员的正常工作和生活，严重时会对周围建筑结构的安全造成威胁。隔振与耗能减振技术是解决以上问题最经济有效的手段，随着我国经济技术的不断发展，以及全社会对环境和人身健康的关注，近几年来我国在工业设备应用中采用隔振措施和技术有了明显的提高，人们对振动的危害以及隔振的必要性也有了更深刻的认识，比如精密加工和精密测量设备，钢铁、化工等行业里的通用设备，金属板材成型加工设备，金属加工成型设备等等均会考虑加装隔振装置，此举不仅减轻振动的危害，同时使得某些设备可以不再受放置位置的约束，并且节省土地和能耗，优化了工艺布置，也简化了安装和调平过程。此外，在电力、轨道交通、某些特殊建筑中也会去考虑不同形式的隔振措施与方法，比如某音乐厅采用了整体浮置隔振技术，使得地面传来的固体传声得以有效隔离。
二．相关技术的研究
1.机械振动机器隔振技术的研究
由于自身的特殊用途，许多机械设备在正常工作时将会产生振动，比如汽轮发电机、风机以旋转的工作方式产生振动，内燃机则以活塞式往复运动工作造成振动，锻锤等以突然打击的方式产生振动，除此之外还包括一些随机扰力机器比如磨机等等。机械的振动不可避免，为了减小该振动对机械自身以及周围环境的影响，工程上往往采用振动控制方法或隔振技术对其减振。工业领域当中的隔振主要包含两部分，即被动隔振和主动隔振。被动隔振考虑的是减弱环境振动对精密仪器、设备的影响。如北京地铁十号线沿线经过中国空间技术研究院、中科院微电子所等振动敏感区域，必将引起仪器的振动，导致仪表刻度阅读的不准确，甚至损害仪器仪表。机械、仪器的被动隔振模型类似于建筑的隔震，即振源来自外部。而主动隔振则恰恰相反，振源为机械设备本身，其隔振目的则在于减小动力机器的振动对生产、工作以及建筑物周边环境产生的危害。目前国内外在这方面的研究和工程实例较为丰富，比如在金属零件锻造及建材制造中常见的螺旋压力机，中国南车集团曾引进德国SMSEUMUCO公司的5000吨压力机，经过有效的隔振设计达到了水平方向隔振效率59%，垂直方向74%的优良效果。此外，无锡叶片厂引进的12500吨螺旋压力机、陕西红原锻造厂引进的8000吨螺旋压力机经过合理的设计均满足了要求，至今使用良好，为提高生产效率做出了较大贡献。
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2.隔振材料和隔振器的研究
在建筑领域，目前广泛应用的隔震支座是七十年代初新西兰人提出的夹层橡胶钢板隔震支座。其原理是利用了钢材和橡胶的弹性模量和泊松比的差异，使得橡胶处于三向受压状态，钢板处于竖向受压、水平受拉状态，因此支座竖向刚度非常大。由于水平刚度较低，隔震支座的水平位移通常较大，因此可以通过增加阻尼的方法减小其位移并耗散地震能量，常见的如在支座中心加设铅芯，形成铅芯橡胶隔震器，或者在橡胶体中添加某些配合剂使其呈现高阻尼特性。除此之外，也有学者为了克服支座造价高和自重大的特点，研究柔性加强板支座，即采用纤维板代替钢板。在对动力机器或精密仪器设备进行隔振时常用的隔振材料和隔振器选为钢螺旋圆柱弹簧或钢碟形弹簧，此外根据工程需求的不同又可以选择如橡胶弹簧、空气弹簧和软木等。以上材料特性各有特点，在实际工程的隔振设计过程应根据实际需求进行选取，比如空气弹簧可以使得整体固有频率低于1Hz，并且刚度可随着空气胶囊气压的改变而改变，使用过程中可通过调节阻尼管使其阻尼比发生变化。
3.隔振评估和舒适度
评价振动舒适度的标准在国际上并没有统一，目前主要有以下几种指标的舒适度评价标准：振幅、峰值加速度、K值、加速度振动级，还有包括如：振动剂量VDV准则、阻尼准则和最小竖向振动频率准则等。其中，基于振幅的振动舒适度评价准则使用较早，通过对评价点进行现场测试，测得最大的振动位移即为该点振幅，在有限元分析中通过时程分析获得其最大振幅，最后将振幅和舒适度评价曲线进行比对。基于峰值加速度的振动舒适度评价标准方法类似于前者，也是通过测量或者时程分析获得峰值加速度进而和某些标准曲线进行比对以评估舒适度。这种方法较为常用，也在很多国家的规范中有所体现，比如加拿大CSA标准，美国钢结构协会AISC-11钢结构设计指南等等。基于K值的振动舒适度评价标准主要用在德国的规范中，通过人为的设立一个指标K来评估舒适度，K值越大则人的感觉相应的越强烈。K的计算主要考虑了峰值位移、结构自身频率等参数的影响。基于加速度振动级的舒适度评价标准则是通过计算出加速度振动级，进而和限制环境振动的标准进行对比并评估振动舒适度，该方法使用也较为广泛，许多国家都有相应的国家标准，比如美国国家标准ANSIS329，日本国家标准《振动限制法》，国际标准化组织ISO2631/2-1989以及我国的城市区域环境振动标准GB10070-88等等。
参考文献：
[1]王晓波.碟形弹簧的力学性能研究[D].郑州大学,2007.
[2]徐建.建筑振动工程手册.北京：中国建筑工业出版社[M]，2002
[3]刘文光.橡胶隔震支座力学性能及隔震结构地震反应分析研究[D].北京工业大学,2003.
作者简介：
杨帅（1996-08），男，内蒙古赤峰市人，中共共青团员，内蒙古大学土木工程专业在读。
论文作者:杨帅
论文发表刊物:《基层建设》2018年第6期
论文发表时间:2018/5/25
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