局部震动问题
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振动的危害及预防物体在外力作用下沿直线或弧线以中心位置(平衡位置)为基准的往复运动力称为机械,简称振动。
振动对人体的影响分为全身振动和局部振动。
全身振动由振动源(振动机械、车辆、活动的工作平台)通过身体的支持部分(足部和臀部),将振动沿下肢或躯干传布全身。
局部振动通过振动工具、振动机械或振动工件传向操作者的手和臂。
局部振动作业,是指主要使用振动工具的各工种,如砂铆工、锻工、钻孔工、捣固工、研磨工及电锯、电刨的使用者等进行的作业;全身振动作业,主要是振动机械的操作工。
如震源车的震源工、车载钻机的操作工;钻井发电机房内的发电工及地震作业、钻前作业的拖拉机手等设备上的振动作业工人。
振动的不良的影响及危害 1.接触强烈的全身振动可能导致内脏器官的损伤或位移,周围神经和血管功能的改变,导致组织营养不良,如足部疼痛、下肢疲劳、足背肪博动减弱、皮肤温度降低;女工可发生子宫下垂、自然流产及异常分娩率增加,振动加速度还可使人出现前庭功能障碍,导致内耳调节平衡功能失调,出现脸色苍白、恶心、呕吐、出冷汗、头疼头晕、呼吸浅表、心率和血压降低等症状。
全身振动还可造成腰椎损伤等运动系统影响。
2.长期持续使用振动工具能引起末梢循环、末神经和骨关节肌肉运动系统、心血管系统、骨组织、听觉器官等都可能受到损伤。
了解振动病振动病属于职业病之一,主要是由于局部肢体(主要是手)长期接触强烈振动而引起的。
早期表现肢端感觉异常、振动感觉减退。
主拆手部症状为手麻、手疼、手凉、手掌多汗、手疼;其次为手僵、手颤、手无力(多在工作后发生),手指遇冷即出现血发白,严重时血管痉挛明显。
X片可见骨及关节改奕。
如果下肢接触振动,以上症状出现在下肢。
如何预防振动造成的伤害振动的频率、振幅和加速度是振动作用于人体的主要因素,气温(寒冷是促使振动致病的生要外界条件之一)、噪声、接触时间、体位和姿势、个体差异、被加工部件的硬度、冲击力及紧张等因素也很重要。
1、改革工艺设备和方法,以达到减振的目的,从生产工艺上控制或消除振动源是振动控制的最根本措施;2、采取自动化、半自动化控制装置,减少接振;3、改进振动设备与工具,降低振动强度,或减少手持振动工具的重量,以减轻肌肉负荷和静力紧张等;4、改革风动工具,改变排风口方向,工具固定;5、改革工作制度,专人专机,及时保养和维修;6、在地板及设备地基采取隔振措施(橡胶减振动层、软木减振动垫层、玻璃纤维毡减振垫层、复合式隔振装置);7、合理发放个人防护用品,如防振保暖手套等;8、控制车间及作业地点温度保持在16摄氏度以上;9、建立合理劳动制度,坚持工间体息及定期轮换工作制度,以利各器官系统功能的恢复;10、加强技术训练,减少作业中静力作业成分;11、保健措施:坚持就业前体检,凡患有就业禁忌症者,不能从事该作业;定期对工作人员进行体检,尽早发现受振动损伤的作业人员,采取适当预防措施及时治疗振动病患者。
结构计算中阵型出现局部振动的处理方式(值得收藏)一、局部振动现象用户在进行反应谱计算后,有时软件会出现局部振动提示,其中左侧列出存在局部振动的振型号,右侧列出指定振型中存在局部振动的楼层位置.双击振型号后软件会显示该振型的位移动画,用户可以从变形动画判断局部振动的原因.YJK使用能量集中程度判断局部振动.对每个振型,程序都会计算各楼层在该振型下的能量,当该楼层能量占总能量的百分比超过一定限值时,软件认定此楼层存在局部振动.出现局部振动时,用户应根据实际情况判断是否要对其进行处理.常见以下2种情况:低阶振型存在局部振动(一般为前9阶)振型从整体层面反映结构的相对刚度,局部振动一定是模型中刚度较弱的地方.低阶振型出现局部振动,说明局部振动处的结构布置不合理,应该分析原因并做相应调整.这种不合理可能是建模错误导致的(构件没连上、设置多余铰接等),也可能是局部构件刚度较弱导致的.高阶振型存在局部振动正常结构的低阶振型均是以整体平动、转动(大跨度结构还有竖向振动)为主,高阶振型可能会激发结构薄弱部位的局部振动.出现个别几个高阶局部振动,一般不影响整体计算,用户可不做处理.存在局部振动的振型一般只提供很少的有效质量系数,这种振型较多时会使用户计算大量振型来满足有效质量系数的要求.这时用户不能盲目增加振型数来满足要求,而是要分析局部振动成因,检查模型并调整结构布置,使结构使用较少振型就能满足有效质量系数的要求.二、局部振动处理实例1.局部振动发生在第1阶振型预示建模错误此工程为一个6层框架结构,计算后提示局部振动,且发生在第1阶振型.查看振型文本发现第1阶振型几乎没有提供平动/转动有效质量系数,表明模型存在问题.返回建模模块检查,发现5层一根梁与柱未连接,形成很长的悬臂梁,产生刚度薄弱处,引起局部振动.将此处的梁与柱相连后计算,软件不再提示局部振动,且振型计算正常(第1阶提供了74.88%的X向质量参与系数).结论:第1阶振型存在局部振动时,一定是建模错误所致,应检查构件是否正确连接.2.前几阶振型均为局部振动的计算结果不能用此工程为一个带有大跨度空间桁架的结构,计算后前几阶振型均包含局部振动.查看振型文本发现前17阶振型均没有提供平动/转动有效质量系数,表明模型存在问题.返回建模模块发现局部振动处,梁存在过多多余节点.计算振型时这些节点上均分配有质量,引起梁的局部振动.将梁上的多余节点去掉后计算,前几阶振型不再是局部振动,且振型计算正常.结论:前几阶振型均为局部振动时,可能是构件上存在过多多余节点所致,应去掉多余节点后计算.3.局部振动发生在前几阶时模型常有缺陷此工程为一个4层框架结构,第4层为门刚结构.计算后提示第4层存在局部振动.查看振型文本发现前第3~21阶振型几乎没有提供平动/转动有效质量系数,表明模型存在问题.只有4层的框架结构,计算80阶振型,X、Y向有效质量系数不到30%.返回建模模块去掉梁上多余节点,并将第4层楼板厚度改为20mm后计算,前几阶振型不再是局部振动,且只计算了前9阶振型就使X、Y向有效质量系数达到90%以上.结论:低阶振型存在局部振动,且前几阶振型未能提供较大的有效质量系数时,应检查构件是否存在多余节点,同时注意楼板是否提供足够的面内刚度.4.薄弱结构导致局部振动,应保证足够的有效质量系数此工程为一个21层框剪结构,主楼旁边还有一个6层小框架.计算后提示6层小框架存在局部振动.查看振型文本发现存在局部振动的振型几乎没有提供平动/转动有效质量系数,总的质量参与系数未达到要求.由于6层小框架相对于主楼而言刚度很弱,因此在低阶振型就激发出小框架部分的振动.计算主楼时最好将小框架删除,忽略小框架的影响.如果主楼计算要考虑小框架的影响,则需要适当增加计算振型数,使有效质量系数满足要求.增加计算振型数到63个,X、Y向有效质量系数才满足要求.结论:多塔结构计算应注意增加振型数保证有效质量系数满足要求;若局部振动由刚度很弱的小结构(一般为烟道、凉亭等次要结构)引起的,则建议计算主楼时删除这些产生局部振动的小结构,这样使用较少振型数就能满足有效质量系数的要求.5.个别高阶振型存在局部振动时可忽略此工程为一个带空间网架的3层框架结构,计算后提示第16、17阶振型存在局部振动.查看振型文本发现该结构只计算了前21阶振型就使X、Y向有效质量系数满足要求,这里的高阶局部振动可以忽略.结论:高阶振型产生局部振动时,此局部振动部位已经存在较大刚度,若通过较少的振型数就能满足有效质量系数,则此高阶振型可以忽略.三、结论振型从整体层面反映结构的相对刚度,随着振型阶数的增加,周期越来越小,说明振型对应的刚度越来越大.若振型存在局部振动,则产生局部振动的部位一定是模型中刚度相对较弱的地方.正常结构的前几阶振型(低阶振型)一般是整体结构的平动、扭转,且提供较大的有效质量系数.若结构在低阶振型就出现局部振动(甚至第1阶就出现),则模型一定有问题.此时应检查模型中的构件是否正常连接、是否存在多余节点、是否设置多余铰接、是否设置正常厚度的楼板、构件截面是否过小等.若结构在个别高阶振型出现局部振动,如果使用较少振型就能满足有效质量系数的要求,则可以忽略这一提示.由于局部振动部位的质量只占总质量的很小一部分,因此局部振动的振型几乎不能提供有效质量系数,导致用户计算大量振型(其中包括很多“无用”振型)来满足有效质量系数的要求.当用户计算大量振型(例如40阶以上),仍不能满足有效质量系数的要求时,就要考虑结构本身是否存在薄弱部位.此时用户可以查看发生局部振动的振型,找到刚度薄弱处对其进行加强.总之,局部振动提示是一种有效手段来检查结构的薄弱部位,无论是否提示局部振动,用户计算地震作用时均应保证有效质量系数满足90%的要求,否则地震作用偏小,计算结果不可用.。
2024年振动的危害及预防引言:随着科技的不断发展,我们的生活方式也在不断改变。
然而,新兴科技所带来的便利和进步也伴随着一些潜在的危害。
其中之一就是振动,它在我们生活中的应用越来越广泛。
然而,振动不当使用或者长期暴露于振动环境中,都会对人体和环境造成危害。
因此,了解振动的危害以及如何预防成为迫在眉睫的重要课题。
本文将探讨2024年振动的危害及预防措施。
第一部分:振动的危害1. 对人体的危害振动是一种机械波,可以通过物体的传递和传播。
当人体暴露在较大振动环境中时,会引发一系列不良健康反应。
首先,长期暴露于强烈振动环境中会导致骨骼、肌肉和关节的疲劳和损伤,从而引发振动病。
其次,振动还可能影响人的冠心病发生率,并与慢性呼吸系统疾病的发展有关。
此外,振动还会影响人的消化系统,导致胃肠功能紊乱。
长期的振动暴露还会引发心理上的压力和焦虑。
2. 对环境的危害振动不仅对人体有害,还会对环境造成不良影响。
例如,巨大的振动力量可能导致地震,给地球造成破坏。
振动还可能引起建筑物的损坏,特别是对于那些未经充分考虑震动环境的建筑。
此外,振动还会对水体、土壤、植物和动物等自然环境造成负面影响。
因此,我们应该认识到振动对环境的危害,采取相应的措施来减少振动对环境的负面影响。
第二部分:振动的预防1. 对人体的预防为了减少振动对人体的危害,我们可以从以下几个方面进行预防:(1)工程措施:在设计机械设备、交通工具等时,要考虑减振装置的设计。
例如,在汽车中安装悬挂系统,减少汽车行驶中产生的振动。
此外,对于机械工作场所,可以采取隔振吸震等措施减少振动的传递。
(2)人身防护:对于长时间暴露在振动环境中的工作人员,应该佩戴振动防护装备,如耳塞、手套、靴子等。
这些装备可以有效减轻振动对人体的影响。
(3)工时和休息:合理安排工作时间和休息时间,避免长时间连续暴露在振动环境中。
工作时长一般不宜超过每天8小时,并定期进行体检。
2. 对环境的预防为了减少振动对环境的危害,我们可以从以下几个方面进行预防:(1)环境评估:在选择振动源的位置时,应该对周围环境进行评估,避免振动对周围环境产生负面影响。
第1篇一、实验目的1. 了解局部振动的概念和产生原因。
2. 掌握局部振动实验的方法和步骤。
3. 分析局部振动的特征,研究振动对结构的影响。
二、实验原理局部振动是指结构或构件在特定位置产生的振动,通常由外部激励或内部缺陷引起。
局部振动实验旨在研究振动对结构的影响,以及振动传递和衰减规律。
三、实验仪器与材料1. 实验台:用于放置实验样品。
2. 激振器:用于产生外部激励。
3. 振动传感器:用于测量振动信号。
4. 数据采集系统:用于实时记录和分析振动数据。
5. 实验样品:如梁、板等结构构件。
四、实验步骤1. 准备实验样品:将实验样品放置在实验台上,确保样品稳固。
2. 连接仪器:将激振器、振动传感器和数据采集系统连接好。
3. 调整激振器:调节激振器的频率和振幅,使其产生所需的外部激励。
4. 测量振动信号:启动数据采集系统,记录实验样品在不同位置的振动信号。
5. 分析振动数据:对振动信号进行时域、频域分析,研究振动特征和传递规律。
6. 实验重复:改变激振器频率和振幅,重复实验步骤,验证实验结果的可靠性。
五、实验结果与分析1. 实验结果(1)时域分析:通过时域分析,可以观察到实验样品在不同位置的振动曲线,分析振动幅值、频率和相位等信息。
(2)频域分析:通过频域分析,可以提取实验样品的固有频率、共振频率和振动能量分布等信息。
2. 分析(1)振动幅值:实验结果表明,实验样品在不同位置的振动幅值存在差异,这与实验样品的结构和激振器的频率有关。
(2)固有频率:实验样品的固有频率与实验样品的结构和质量分布有关,可通过频域分析得到。
(3)共振频率:当激振器的频率接近实验样品的固有频率时,实验样品会产生共振现象,振动幅值显著增大。
(4)振动传递规律:实验结果表明,振动在实验样品中传递时,振幅逐渐减小,这与实验样品的材料和结构有关。
六、结论1. 本实验成功研究了局部振动的特征,验证了振动对结构的影响。
2. 通过实验,掌握了局部振动实验的方法和步骤,为今后类似实验提供了参考。
振动的危害和预防物体在外力作用下沿直线或弧线以中心位置(平衡位置)为基准的往复运动力称为机械,简称振动。
振动对人体的影响分为全身振动和局部振动。
全身振动由振动源(振动机械、车辆、活动的工作平台)通过身体的支持部分(足部和臀部),将振动沿下肢或躯干传布全身。
局部振动通过振动工具、振动机械或振动工件传向操作者的手和臂。
局部振动作业,是指主要使用振动工具的各工种,如砂铆工、锻工、钻孔工、捣固工、研磨工及电锯、电刨的使用者等进行的作业;全身振动作业,主要是振动机械的操作工。
如震源车的震源工、车载钻机的操作工;钻井发电机房内的发电工及地震作业、钻前作业的拖拉机手等设备上的振动作业工人。
振动的不良的影响及危害1.接触强烈的全身振动可能导致内脏器官的损伤或位移,周围神经和血管功能的改变,导致组织营养不良,如足部疼痛、下肢疲劳、足背肪博动减弱、皮肤温度降低;女工可发生子宫下垂、自然流产及异常分娩率增加,振动加速度还可使人出现前庭功能障碍,导致内耳调节平衡功能失调,出现脸色苍白、恶心、呕吐、出冷汗、头疼头晕、呼吸浅表、心率和血压降低等症状。
全身振动还可造成腰椎损伤等运动系统影响。
2.长期持续使用振动工具能引起末梢循环、末神经和骨关节肌肉运动系统、心血管系统、骨组织、听觉器官等都可能受到损伤。
了解振动病振动病属于职业病之一,主要是由于局部肢体(主要是手)长期接触强烈振动而引起的。
早期表现肢端感觉异常、振动感觉减退。
主拆手部症状为手麻、手疼、手凉、手掌多汗、手疼;其次为手僵、手颤、手无力(多在工作后发生),手指遇冷即出现血发白,严重时血管痉挛明显。
X片可见骨及关节改奕。
如果下肢接触振动,以上症状出现在下肢。
如何预防振动造成的伤害振动的频率、振幅和加速度是振动作用于人体的主要因素,气温(寒冷是促使振动致病的生要外界条件之一)、噪声、接触时间、体位和姿势、个体差异、被加工部件的硬度、冲击力及紧张等因素也很重要。
1、改革工艺设备和方法,以达到减振的目的,从生产工艺上控制或消除振动源是振动控制的最根本措施;2、采取自动化、半自动化控制装置,减少接振;3、改进振动设备与工具,降低振动强度,或减少手持振动工具的重量,以减轻肌肉负荷和静力紧张等;4、改革风动工具,改变排风口方向,工具固定;5、改革工作制度,专人专机,及时保养和维修;6、在地板及设备地基采取隔振措施(橡胶减振动层、软木减振动垫层、玻璃纤维毡减振垫层、复合式隔振装置);7、合理发放个人防护用品,如防振保暖手套等;8、控制车间及作业地点温度保持在16摄氏度以上;9、建立合理劳动制度,坚持工间体息及定期轮换工作制度,以利各器官系统功能的恢复;10、加强技术训练,减少作业中静力作业成分;11、保健措施:坚持就业前体检,凡患有就业禁忌症者,不能从事该作业;定期对工作人员进行体检,尽早发现受振动损伤的作业人员,采取适当预防措施及时治疗振动病患者。
局部振动病局部振动病是长期使用工具而引起的以末梢循环障碍为主的疾病,亦可累及肢体神经及运动功能。
生产中接触局部振动的行业非常广泛,如原煤生产、机械加工、交通运输、工程建设、农业生产等行业均可接触到局部振动。
局部振动地人体的危害,取决于作业方式部件的牢固性、作用部位、时间、振动方向频率、强度等多种因素。
局部振动病的主要临床表现是发作性手指变白,发病部位一般多在上肢末端,手部周围神经症、骨骼、关节变化以及功能障碍是其典型表现;头痛、头昏、失眠、心悸、乏力、记忆力减退等神衰综合症是其全身反应。
【临床诊断要点】一、具有长期从事局部振动作业史;一般从事振动作业工龄在一年以上。
二、典型的临床表现。
三、末梢循环功能及神经功能检查异常。
四、排除其它类似疾病。
五、临床分型:(一)观察对象具有手部痛、麻、冷、僵硬、胀、无力、多汗等症状,也可有头痛、失眠、耳鸣、关节酸痛,并有下列条件之一者:1.手部冷水浸泡后复温时间超过30分钟;2.甲皱微循环检查显示异常形状的管伴明显增多,毛细血管呈痉挛状态;3.手部疼痛、触觉、振动觉减退。
(二)轻度除上述症状外,具有下列情况之一者可诊断为轻度局部振动病;1.遇冷时指尖发白,界限分明,偶可波及个别手指近端指节;2.末梢循环功能虽改变不明显,但肌电图检查有神经原性损害,或伴手部肌肉轻度萎缩。
(三)重度具有下列情况之一者,可诊断为重度局部振动病:1.白指发展至多手指近端指节,除冬季外,其它季节遇冷后也发作,对生活和工作有一定影响,个别严重者可出现指端坏疽。
2.手指肌肉明显萎缩,肌电图检查可见神经原性损害。
【伤残等级与劳动能力丧失程度评定】根据局部振动病白指频繁发作程度,累积范围以及手部功能情况进行伤残评定。
一、双手除拇指外,白指发展到六个手指以上,近端指关节功能障碍,对工作和生活影响较大,或指端有坏疽,肌电图示神经原损害,可评定伤残四级,完全丧失劳动能力。
二、除拇指外,有三指以上,六指以下近端指关节受损或另一手有二指以上白指时,可评定伤残五级,大部分丧失劳动能力。
振动对人体的危害
振动对人体的危害,可分为全身性振动和局部性振动,振动往往伴有噪声,两者有互相促进作用。
(1)全身振动:乘坐各种交通工具发生的晕车、晕船,就是由于全身性振动,引起前庭和内脏受刺激后的反射作用。
全身性振动又可分为垂直型、水平型和摆动型振动。
轻的引起头晕、眩晕、恶心、呕吐等,重的可发生内脏器官充血和位置的移动,从而对神经系统、心血管、消化、生殖系统等产生一系列不良影响,如记忆力下降、工作效率降低、消化不良、女性月经增多等。
有晕车(船)史者,在乘坐车船前,可服用抗晕药物,可以防止或减轻发病。
(2)局部振动:是使用风动工具和电动工具,如风锤、风钻等,使用者手、腕部长期振动而引起振动病。
手部血管神经运动障碍,表现为末梢血管痉挛而缺血。
轻的有手指麻木感,僵硬;重的手指麻木失去知觉,出现刺痛。
属于职业需要在这种环境下工作的,应加强个人防护,减少局部振动的危害,工人休息地点要保持温暖的环境。
首先是收集的一些资料,关于局部振动的:资料一:控制结构的局部振动使有效质量系数满足规范要求在对结构进行整体控制设计的时候,我们有时会遇到这种情况,结构的“有效质量系数”达不到规范所要求的不小于90%的要求(见抗规5.2.2条文说明、高规5.1.13条2款),有时即使把“计算振型数”取得很大,也无法满足这个要求。
问题究竟出在哪里?我们又怎样来解决这个问题呢?对于存在这种情况的工程,我们通过继续观察其“结构空间振动简图”,可以发现这样一种现象,在我们所取“计算振型数”范围内的结构振型中,有的振型是结构的整体在振动,而有的振型只有结构的局部在振动。
继续分析下去,我们会发现,发生局部振动的部位,或空间刚度较差,或缺少约束。
如结构错层等原因形成的较长的越层柱;楼板开洞等原因形成的较长的无板梁段或无板墙段;悬臂端缺少约束的悬臂构件;没有设置屋脊梁的坡屋顶;楼顶设置刚度或约束较差的构架等。
因为上述问题的存在,使得这些部位的局部振动极易被激发。
由于这种振动是局部的,所以只有局部的构件参与其中,其参与的质量也只能是与这些构件有关的质量。
结构的有效质量是“计算振型数”所包含的各振型的有效质量由低阶到高阶的叠加,当其中存在较多的与局部振动有关的较低阶的振型时,结构的“有效质量系数”就不容易满足规范的要求。
笔者认为:发生低阶局部振型的部位是结构的薄弱部位,在地震中低阶局部振型容易被激发而在该部位产生较大的变形,当该部位的相关构件在结构中处于比较重要的位置时,可能影响结构的安全,故在设计中应采取措施尽量消除。
在结构设计时,可以加强与局部振动有关的构件沿振动方向的刚度,使相关局部振型由较低阶振型转变为较高阶振型,将其排除出“计算振型数”范围;也可以沿相关构件节点的振动方向增加约束,如加设拉梁等,以消除局部振动。
对于那些对结构安全没有影响或影响可以忽略不计的局部振动,可以强制采用“全楼刚性楼板假定”过滤掉局部振动,或增加“计算振型数”来增大结构的“有效质量系数”。
资料二:采用振型分解反应谱法进行结构地震反应分析时应确定合理的振型数。
要确保不丧失高振型的影响,程序要输入较多的计算振型数;但是输入的振型数过多超过了结构的自由度数,就会引起计算结果的不可靠.如何确定合适的振型数?1.《抗规》5.2.2不进行扭转联合计算的结构,水平地震作用标准值的效应,可取前2-3个振型,当基本自振周期大于1.5S或房屋高宽比大于5时,振兴个数应适当增加。
《高规》5.1.13-2 抗震计算应考虑扭转联合,振兴数不应小于15,对于多塔结构,不应小于塔数的9倍,且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。
上述规范给出的是计算振型数的下限!2.结构自由度的确定振型分析提供了两种结构计算方法:侧刚模型和总刚模型侧刚模型假定楼板为刚性楼板,对于无塔结构每层为一刚性楼板,有塔的结构一塔一层为一刚性楼板,每块刚性楼板有3个自由度,两个平动,一个转动。
侧向刚度就是建立在这些结构自由度上的。
例某n层无塔结构,侧刚模型结构的自由度为3*n。
有塔的结构如某30层3塔结构,第一塔1-30,第二塔6-25,第三塔3-28,则独立的刚性楼板数m=30+(25-6+1)+(28-3+1)=76,则结构自由度为3*76=228总刚模型是一种真实的模型,不再有刚性楼板的假定。
每个独立于刚性楼板的节点有两个水平方向的自由度。
对某n层无刚性楼板的结构,每层节点数为m 个,所以结构的自由度为2*n*m。
对于n层有刚性楼板的结构每层独立的节点为m个,有k个刚性楼板,则结构自由度为n*(2*m+3*k)。
上述结构的自由度为振型数的上限!3.选取足够的振型数对于一个大型结构计算所有的振型数,所花费的计算机资源相当大!故没有必要就算所有的振型数,因为最后的那些高振型对结构的地震作用贡献很小。
所以足够就可以了。
规范规定足够的振型数要保证有效质量系数超过90%,否则振型数不够!振型数不够也是造成剪重比不满足要求的一个原因。
4.总结先按规范初选振型数,计算,查看质量有效系数是否大于90%,不大于增加振型数重新计算,直至满足,但振型数不能大于结构的自由度总数。
结果分别在wzq.out(sat)和tat-4.out中查看。
=========================================================在对结构进行整体控制设计的时候,我们有时会遇到这种情况,结构的“有效质量系数”达不到规范所要求的不小于90%的要求(见抗规5.2.2条文说明、高规5.1.13条2款),有时即使把“计算振型数”取得很大,也无法满足这个要求。
我们又怎样来解决这个问题呢?对于存在这种情况的工程,我们通过继续观察其“结构空间振动简图”,可以发现这样一种现象,在我们所取“计算振型数”范围内的结构振型中,有的振型是结构的整体在振动,而有的振型只有结构的局部在振动。
继续分析下去,我们会发现,发生局部振动的部位,或空间刚度较差,或缺少约束。
如结构错层等原因形成的较长的越层柱;楼板开洞等原因形成的较长的无板梁段或无板墙段;悬臂端缺少约束的悬臂构件;没有设置屋脊梁的坡屋顶;楼顶设置刚度或约束较差的构架等。
因为上述问题的存在,使得这些部位的局部振动极易被激发。
由于这种振动是局部的,所以只有局部的构件参与其中,其参与的质量也只能是与这些构件有关的质量。
结构的有效质量是“计算振型数”所包含的各振型的有效质量由低阶到高阶的叠加,当其中存在较多的与局部振动有关的较低阶的振型时,结构的“有效质量系数”就不容易满足规范的要求。
笔者认为:发生低阶局部振型的部位是结构的薄弱部位,在地震中低阶局部振型容易被激发而在该部位产生较大的变形,当该部位的相关构件在结构中处于比较重要的位置时,可能影响结构的安全,故在设计中应采取措施尽量消除。
在结构设计时,可以加强与局部振动有关的构件沿振动方向的刚度,使相关局部振型由较低阶振型转变为较高阶振型,将其排除出“计算振型数”范围;也可以沿相关构件节点的振动方向增加约束,如加设拉梁等,以消除局部振动。
对于那些对结构安全没有影响或影响可以忽略不计的局部振动,可以强制采用“全楼刚性楼板假定”过滤掉局部振动,或增加“计算振型数”来增大结构的“有效质量系数”。
======================================================= ==有关振型的几个概念振型参与系数--每个质点质量与其在某一振型中相应坐标乘积之和与该振型的主质量(或者说该模态质量)之比,即为该振型的振型参与系数。
一阶振型自振频率最小(周期最长),二阶,三阶....振型的自振频率逐渐增大. 地震力大小和地面加速度大小成正比,周期越长加速度越小,地震力也越小。
自振振型曲线--是在结构某一阶特征周期下算得的各个质点相对位移(模态向量)的图形示意.在形状上如实反映实际结构在该周期下的振动形态.振型零点是指在该振型下结构的位移反应为0。
振型越高,周期越短,地震力越大,但由于我们地震反应是各振型的迭代,高振型的振型参与系数小。
特别是对规则的建筑物,由于高振型的参与系数小,一般忽略高振型的影响。
振型的有效质量:这个概念只对于串连刚片系模型有效(即基于刚性楼板假定的,不适用于一般结构。
某一振型的某一方向的有效质量为各个质点质量与该质点在该一振型中相应方向对应坐标乘积之和的平方((∑mx)2)。
一个振型有三个方向的有效质量,而且所有振型平动方向的有效质量之和等于各个质点的的质量之和,转动方向的有效质量之和等于各个质点的转动惯量之和。
有效质量系数:如果计算时只取了几个振型,那么这几个振型的有效质量之和与总质量之比即为有效质量系数。
这个概念是由WILSON E.L. 教授提出的,用于判断参与振型数足够与否,并将其用于ETABS程序。
振型参与质量:某一振型的主质量(或者说该模态质量)乘以该振型的振型参与系数的平方,即为该振型的振型参与质量。
振型参与质量系数:由于有效质量系数只实用于刚性楼板假设,现在不少结构因其复杂性需要考虑楼板的弹性变形,因此需要一种更为一般的方法,不但能够适用于刚性楼板,也应该能够适用于弹性楼板。
出于这个目的,我们从结构变形能的角度对此问题进行了研究,提出了一个通用方法来计算各地震方向的有效质量系数即振型参与质量系数,规范即是通过控制有效质量振型参与质量系数的大小来决定所取的振型数是否足够。
(见高规(5.1.13)、抗规(5.2.2)条文说明)。
这个概念不仅对糖葫芦串模型有效。
一个结构所有振型的振型参与质量之和等于各个质点的质量之和。
如果计算时只取了几个振型,那么这几个振型的振型参与质量之和与总质量之比即为振型参与质量系数。
由此可见,有效质量系数与振型参与质量系数概念不同,但都可以用来确定振型叠加法所需的振型数。
我们注意到:ETABS6.1中,只有有效质量系数(effective mass ratio)的概念,而到了ETABS7.0以后,则出现了振型质量参与系数(modal participating mass ratio),可见,振型参与质量系数是有效质量系数的进一步发展,有效质量系数只适用于串连刚片系模型,分别有x方向、y方向、rz方向的有效质量系数。
振型参与质量系数则分别有x、y、z、rx、ry、rz六个方向的振型参与质量系数。
注释:1)这里的“质量”的概念不同于通常意义上的质量。
离散结构的振型总数是有限的,振型总个数等于独立质量的总个数。
可以通过判断结构的独立质量数来了解结构的固有振型总数。
具体地说:每块刚性楼板有三个独立质量Mx,My,Jz;每个弹性节点有两个独立质量mx,my;根据这两条,可以算出结构的独立质量总数,也就知道了结构的固有振型总数。
2)若记结构固有振型总数是NM,那么参与振型数最多只能选NM个,选参与振型数大于NM是错误的,因为结构没那么多。
3)参与振型数与有效质量系数的关系:3-1)参与振型数越多,有效质量系数越大;3-2)参与振型数=0 时,有效质量系数=03-3)参与振型数=NM 时,有效质量系数=1.04)参与振型数NP 如何确定?4-1)参与振型数NP 在1-NM 之间选取。
4-2)NP应该足够大,使得有效质量系数大于0.9。
有些结构,需要较多振型才能准确计算地震作用,这时尤其要注意有效质量系数是否超过了0.9。
比如平面复杂,楼面的刚度不是无穷大,振型整体性差,局部振动明显的结构,这种情况往往需要很多振型才能使有效质量系数满足要求。
总结:本人也遇到这样一个工程,一个剧院,层层开洞,顶部为钢结构网架,网架周圈设置了十几米高的女儿墙,建模时把女儿墙也建入了模型参与了振型计算,结果计算完后发现振型质量参与系数才百分之七十多,总共七个标准层,加到二十一个阵型还是不够,后来通过看阵型振动动画,只是看了前四五个阵型,没发现异常,当看到十几个阵型时发现,顶部女儿墙由于没有侧向约束,造成了局部振动,即顶部女儿墙变形特别大,而下部没有什么变形,当把模型楼层组装中女儿墙层去掉后,阵型取15个,振型质量参与系数就达到了100%,可见这种结构很容易发现出现这种问题,解决方法就是找出局部振动构架要么进行加强,要么取消,以达到软件对振型质量的要求。