钢渣处理车间落锤致振动影响及减振效果分析

　　摘要工业炼钢厂房机械作业具有强度大、振动明显、危险性高等特点，对厂房结构安全和其园区内的工作人员的工作舒适度产生一定的影响，厂房振动不满足要求时宜进行改造或采取减隔振措施以提高厂房的安全性和舒适性。本文以广东湛江宝钢厂的钢渣处理车间为研究对象，开展实地振动测试，分析落锤处理钢渣工艺对结构与周围环境振动的影响，提出减振措施并建立有限元模型分析减振效果。结果表明，落锤产生的地面振动响应较大，在局部地区，地面振动加速度和振动计权加速度级超出了规范容许限值，对舒适度影响显著;厂房结构对振动的阻隔作用不明显，周围环境振动较大;采用增设软土层的方式减振效果明显，软土层厚度0.3m时，振动幅值减小至原值的10%。

　　关键词工业厂房;振动测试;计权加速度级;人体舒适度;减振措施

　　1引言

　　钢铁行业是自我国建设初期发展至今的重要工业分支，是工业化和现代化进程中最主要的组成部分。炼钢及相关作业的厂房大多建设时间较远，服役年限较长，炼钢工艺具有高温、高压、振动大等特点，因此多数工厂车间的人工作业环境恶劣，采用落锤进行钢渣处理的工业厂房，振动干扰大，对厂房的建筑结构、厂房周边工厂区域以及厂房内的工作人员舒适度的影响不可忽视。针对工业厂房的振动问题，近年来学者们开展了相关的试验与理论研究，对大型设备作业产生的振动3]、精密仪器厂房振动控制5]、新型多层工业厂房异常振动测试7]等均进行了试验和理论分析。

　　钢铁行业论文： 钢铁生产中料仓料位测量装置的应用探究

　　然而，车间除了完成工业生产任务，同时也是大量的工厂从业人员日常工作的场所，厂房振动对人体舒适度的影响直接反映了车间人员的工作环境舒适性。研究者们针对工业厂房展开的振动测试，探讨了多种减隔振措施12]，其研究对象多数集中于建筑结构自身或者仪器设备，而较少涉及振动对人体舒适性的影响以及厂房内部振动对厂房外部公共空间的影响。

　　本文以某钢厂钢渣处理车间为工程实例，开展振动测试，分析结构振动响应，并对振动响应对结构和人体的影响进行了评价，为厂房车间后期的减隔振设计和结构加固改造提供了依据。工程概况广东湛江宝钢基地的钢渣处理落锤厂房车间为单层框架结构，车间面积4300，柱结构采用钢筋混凝土双肢柱，屋面为型钢钢架。钢渣处理工程使用磁吸重物(落锤)至一定高度处后重物自由落体锤击钢渣的作业流程，落锤重量10，磁吸攀升高度17，落锤频率平均约次小时。图给出了落锤车间操作现场图，落锤作业频率高、产生的冲击强度大。

　　2现场振动测试

　　为探究落锤对厂房结构、周围环境与人员舒适度的影响，本文在落锤工厂内外分别布设传感器，测试落锤时的振动响应。

　　3数据分析

　　落锤工厂的振动激励源为重球(落锤)的自由落体冲击，车间内的落锤直径、提升高度均为定值，因此，每次落锤冲击的能量基本一致，通过自由落体公式计算得到单次冲击能为1666。

　　3.1结构振动容许标准

　　为了在建筑工程振动控制中贯彻国家的技术经济政策，以符合安全适用、经济合理、确保正常生成和满足环境要求，相关部门制定了《建筑工程容许振动标准》13]。标准中并未有专门针对使用落锤的钢渣处理厂房的振动容许值相关规定，本文以与落锤作用近似的锻锤基础振动容许标准为依据，当落锤重量大于时，地面振动的容许加速度峰值为6.80m/s。

　　工业厂房具有人机共同作业的特征，因此，除考虑建筑结构的振动容许标准外，还需考虑振动对人体舒适度的影响，考虑到落锤厂房作业人员以站姿为主，采用竖向振动为控制指标。根据《建筑工程容许振动标准》，对于连续振动、间歇振动和重复性冲击振动的车间，满足人体舒适性的竖向容许振动计权加速度级为92dB。

　　4减振措施分析

　　根据实测分析，落锤对厂房及周边的振动影响较大，严重影响园区内作业工人的舒适度。采取有效减隔振措施，对保证工人正常生产、结构安全作业意义重大。综合考虑对生产的干扰、减振措施的实施便捷性、经济成本等因素，本文提出一种在落锤区域下方加设软土层的减振措施，通过有限元模型分析，确定软土层的减振效果并给出减振建议。

　　4.1有限元模型的建立与验证

　　采用有限元分析软件ANSYS建立10重小球及2020地基模型，完美匹配层外轮廓取为2222，小球落地时速度为18.25m/s。

　　5结论

　　根据落锤厂房现场实测振动响应与有限元数值分析，可得到以下结论：

　　1)渣处理厂房的落锤作业产生显著的激励作用，受此冲击作用，厂房内外均产生强烈的地面振动，局部地区的振动加速度超过规范容许限值;2)受落锤激励，厂房内外产生地面振动，振动的计权加速度级超出或非常接近规范给出的人体舒适度振动容许限值，在落锤厂房以及周边工业园区工作的人员，其日常工作的舒适性受到影响;3)距离落锤点越近，地面的振动响应越大，厂房结构对落锤产生的振动的阻隔和消减作用不明显。4)采用增设软土层的措施可有效减少落锤导致的土体振动，随着软土层厚度的增加，减振效果提升，当软土层厚度达到0.3时，振动幅值可减小至原值的10%根据以上结论，该落锤厂房既有状态无法保障作业时人员的舒适度，且对厂房周边园区产生了不利振动影响，宜考虑采用减振措施，减少落锤振动对建筑结构及工作人员的影响，提升工作环境品质，保障作业安全。

　　参考文献

　　[1]高广运，聂春晓，李绍毅.电子厂房环境振动测试及有限元分析[J].合肥工业大学学报，2016，39(4)：518522.

　　[2]李亚平，连育辉，陈定乐.某钢渣处理厂房混凝土楼板振动测试及加固[J].工业建筑，2016，46：685686.

　　[3]朱丽华，白国良，曾金盛.破碎机引起的钢-混凝土混合结构工业厂房振动测试与治理[J].地震工程与工程振动，2012，32(5)：8188.

　　[4]高广运，李佳，张博，等.电子工业厂房环境振动实测与分析[J].桂林理工大学学报，2012，32(3)：8892.

　　[5]幸享林，陈建康，廖成刚，等.大型地下厂房结构振动反应分析[J].振动与冲击，2003(9)：2127.45.

　　[6]谢开仲，王红伟，周剑希，等.高层工业厂房异常振动测试与加固试验[J].建筑科学与工程学报，2018，35(5)：3945.

　　作者：徐曼曾滨许庆