DB21/T 1564.8-2007 岩土工程勘察技术规程 动力机器基础地基动力特性测试规程

辽宁省地方标准

八、动力机器基础

地基动力特性测试规程

Specificationsforsuhsoildynamicpyoperty

testofdynamicmachincfoundation

DB21/T1564.8-2007

主编单位:辽宁有色勘察研究院

批准部门:辽宁省建设厅

施行日期:2∞8年01月12日

2∞7沈阳

1总则

1.0.1为了统一动力机器基础地基动力特性的测试方法，

确保测试结果的科学性、可靠性，为动力机器摹础设计提供准确

的地基土动力参数，特制定本规程。

1.O.2为满足动力机器基础的设计要求，地基土动力参数

的测试应采用激振法试验。对于产生简谐振动的动力机器，宜采

用强迫振动试验法，对于冲击式的机器，宜采用自由振动试验

法。

1.O.3本规程适用以下各类机器基础的设计:

l活塞式(曲柄遥杆式)压缩机、空气压缩机等:

2旋转式机器，包括透平氧压机、透平空压机、透平膨胀

机和螺杆压缩机等;

3汽轮机组和电机;

4破碎机、磨机;

5冲击式机器，如锻锤、落锤;

6热模压缩机;

7金属切削机床。

1.0.4为确保提供的动力机器基础设计参数的科学性、可

靠性，应根据设计要求，在条件允许的情况下，结合地基土波速

测试结果或循环荷载试验结果及室内动三轴和共振柱测试结果进

行综合评价。

t.O.5地基士动力特性的测试，除应符合本规程的规定之

外，尚应根据设计要求确定试验基础的尺寸和选择试验方法。

•182•

2术语、符号

2.1术语

2.1.1强迫振动测试

对试验基础施加简谐扰力，测定基础在各种频率下的振幅和

基组的共振频率，确定地墓胡力特性的各种参数的试验。

2.1.2自由振动测试

对试验基础施加瞬时冲击荷载，使试验基础及地基同时产生

振动，测定其振幅和共振频率，确定地基动力特性的各种参数的

试验。

2.1.3地基刚度

地基抵抗变形的能力，其值为施加于地基上的力(力矩)

与它引起的线变形(角变形)之比。

2.1.4基组

动力机器基础和基础上的机器及附属设备、填土的总称。

2.1.5水平回转搞合振动

基础沿一水平轴平移，并绕另一水半轴同时产生回转振动的

捐合振荡lJ。

2.2符号

2.2.1作用和作用响应

pz-激振器!再向扰力

pχ一激振器水平扰力

Az基组坚向振动振幅

Ax-基组水平向振动振幅

Aψ二基组回转振动角{立移

Aqr-基组扭转振动角位移

.183.

A呻一水平回转藕合振动基础顶面坚向振动振幅

11x.一水平回转搞合振动基础顶田水平向振动振幅

.4"基组竖向振动的共振振幅

Am'一基组水平囚转搞合振动第一酝型共振峰点的水平振幅

A叩i一基组水平回转搞合振动第一振型共振峰点竖向振幅

A，呻一基组扭转振动共振峰点水平振幅

f.，一基组有阻尼固有频率

，正iI一基组水平回转搞合振动第一振型有阻尼固有频率

fm←基组竖向振动的共振频率

人I一基组水平回转稿合振动第一振型共振频率

儿v基组扭转振动的共振频率

;:t\一基组水平回转振动第一振型元阻尼固有频率

f旧一基组水平向无阻尼固有概率

1.斗-1在组回转向无阻尼固有频率

λv一基组扭转振动无阻尼固有频率

f-激振器激振频率

2.2.2几何参数

A。一试验基础底面积

h一试验基础高度

hI-试验基础重心至基础顶面的距离

h2→试验基础重心至基础底面的距离

h3一试验基础重心至激振器水平扰)J中心的距离

h]←试验基础的埋置深度

I一基础底面对通过形心铀的惯性矩

1，一基础底面对通过形心轴的极惯性矩

J一基础对通过重心轴的转动惯量

λ基础对通过重心轴的极转动惯量

b一质量比

2.2.3计算指标

Cz-天然地基抗压刚度系数

.184•

C草一大然地基抗剪刚度系数

C'l'天然地基抗弯刚度系数

C.，.→天然地基抗扭刚度系数

Kz一天然地基抗压刚度

扎一夭然地基抗弯刚度

Kx一天然地基抗剪刚度

Kψ天然地墓抗扭刚度

Kn一柱基抗压刚度

Kp"，一桩基抗弯刚度

ι天然地基竖向阻尼比

5哼1一天然地基水平回转嘱合振动第一振型阻尼比

乌2一天然地基水平回转稠合振动第三振型阻尼比

(.，.一天然地基扭转振动阻尼比

ι一桩基竖向振动阻尼比

5呻1一桩基水平回转搞合振功第一振型阻尼比

ιz桩基水平回转摘合振动第二振型阻尼比

(.p桩基扭转振动阻尼比

mf一试验基础的质量

mz一基组竖向振动的质量，包括基础，激振设备和地基土的

附加质量

肌呻-一基组水平回转祸合振动的参振质量，包括基础、激振

设备和地基土的附加质量

2.2.4计算系数及其他

αz一基础埋深对地基抗压刚度的提高系数

α呼一基础理深对地基抗剪、抗弯和抗扭刚度的提高系数

β一基础埋深对竖向阻尼比的提高系数

β坪1一基础理深对水平回转摘合振动第一振型阻尼比的提高

系数

•]85.

3仪器设备

3.0.1地基动力特性的测试仪器与设备由激振设备、无细

调频装置、拾振器和数据采集分析装置组成。

3.0.2进行强迫振动试验肘，激振器扰力作用方向应与所

需测定的指标相适应，扰力的选择应使基础振动加速度小于重力

加速度的1/50散振设备应符合F歹IJ要求:

l采用机械式激振器试验时，其扰力称之为坐扰力，工作

频率宜为3-60恤，能产生单一的垂直或水平简谐振动;

2采用电磁式撤振器时，其扰力称之为甫抗力，其扰力的

大小不宜小于6∞No

3.0.3进行自由振动试验时，可采用铁球激振，铁球的重

量宜控制在试验基础重量的11100-11150之间。

3.0.4拾振器宜采用垂直、水平两用速度型传感器，其通

频带应为2-80Hz，阻尼系数为0.65-0.70，电!王灵敏度不应小

于30V.S/m，最大可测位移不应小于0.5mmo

3.O.5放大器应采用低通滤波多道放大器，其振幅一致性

偏差小于3%，相仿一致性偏差应小于O.1IlIS，于斤含输入端的噪

声水平应低于2μV，电压增量应大于80dBυ

3.0.6数据采集与记录装置宜采用多通道数字采集和存储

系统，其模数转换器(A/D)1~数不宜小于12位，幅度畸变宜

小r1.OdB，电压增量不宜小于60dBo

3.O.7数据分析装置应具有频谱分析及专用分析软件功能，

其内存不应小于4.0MB，使盘内存不应小于100MB，并应具有

抗混淆滤披、力日窗及分段平滑功能。

3.O.8测试仪器的使用应符合下列要求:

1J合振器、放大器等仪器间的输入、输出阻抗应相匹配，

应采用屏蔽导线统一配套连接，保证电绝缘良好，并设置地线。

2测试仪器应具有防尘、防潮性能，其工作温度应在

.186•

一10-50"C范围内已在现场测试和运输过程中，对测试仪器应有

防雨、防H岳和防振动等保护措施。

3测试仪器应每年或每次使用前在国家计量部门的标准振

动台上进行系统灵敏度系数的标定，以确定灵敏度系数随频率变

化的曲线。当仪器元件更换或检修仪器而影响灵敏度时，应重新

标定。仪器标定其振幅宜控制在5x1O-5m-1x1O-4m，频率变

化宜选用2-60Hz，己录间隔一般可选用2-3Hzo

4测试方法

4.1一般规寇

4.1.1进行地基土动力特性的现场试验时，应取得下列资

料:

l机器的型号、转数、功率、规格，机器的扰力和扰)J矩

及其方向等;

2基础顶面和机器主轴最大允许振幅和最大振功加速度;

3拟建动力机器基础的基础理式、尺寸及底而标|高，当采

用桩基设计时应提供桩的类型、桩的截面积、桩长和桩闯距，必

要时应提供承台的埋肯深度和顶面标高;

4建筑场地的工程地质勘察资料，建筑场地的地下设施

(包括管道、电缆等)平面位置图;

5建筑场地及邻近的干扰源。

4.1.2进行地基士动力特性试验之前，应根据确定的测试

方法制定测试方案，测试方案应包括下列内容:

l测试的依据、目的和要求:

2试验点的选择，包括试验标高，试验基础(块体基础或

桩基)的平面布置图，必要时应明确对试验场地避开干扰游、或

隔振的要求:

3明确扰力的施加方式和相应的试验设备和测试点的平面

•187•

布置;

4采用强迫振动试验时，应提供试验基础预埋件的规格，

尺寸及平面布置图;

5明确本次试验所使用的测试仪器的标定(检定)的计划

及日期;

6明确试验场地的安全顶防措施。

4.1.3试验士层要保持天然结构状态和强度，冬、雨季试

验应防止试验土层冻结和浸泡。

4.1.4如果进行埋置基础试验，对基础周围的回填士应进

行分层至于实。

4.1.5属于简谐振动的机器基础宜采用强迫振动试验，对

于冲击式机器基础可采用自由振动试验。

4.1.6除桩基外，天然地基和其他人工地基的动力测试应

提供下列动力参数:

l地基抗压、抗剪、抗弯和抗扭刚度系数;

2地基竖向和水平回转向第一振型及扭转向的阻尼比;

3地基坚向、水平回转向和扭转向的参振质量。

4.1.7桩基动力特性试验应提供下列动力参数:

1单桩的抗压刚度;

2桩基的抗剪、抗扭刚度系数;

3桩基坚向和水平回转向第一振塑及扭转向的阻尼比;

4桩基竖向和水平回转向及扭转向的参振质量。

4.1.8测试结果应包括下列内容:

l测试的各种幅频响应曲线。

2地墓士动力试验的测试指标和计算成果。可按本规程附

录A、附录B规定的表格形式提供。

3地基士动力参数的设计建议值。

4.2试验准备

4.2.1试验基础可采用2.0mX1.5mx1.Om的块体基础，

•188•

根据工程甫要也可改变试验基础的尺寸。试验基础一般可采用2

个，也可在同一基础上变化扰力值完成多组振动试验。

4.2.2当进行桩基动力试验时，宜采用两根桩，桩间距应

取设计怔基础的|同距，桩台(承台)边缘至桩轴线的距离可取

桩间距的112，桩台的长宽比应为2:1，其高度不宜小于1.6m;

当需要做不同桩数的对比试验时，应按桩的数量按上述要求增加

桩台(承白)的面积。

4.2.3试验基础应设置在拟建基础的位置或附近，其基底

标高应与设计基础的标高今致，试验基础附近应有钻孔资料，并

具有土层的物理力学性质指标。

4.2.4试坑坑壁至试验基础侧面的距离应大于O.5m;试验

土层应保持原状结构且平整，试坑底面与试验基础底面应保持同

一水平面。

4.2.5当试坑底面位于地下水位以下时，在进行试验基础

挠注前应排水，试验时，应使水位保持在试验基础的底面上。

4.2.6试验基础的混凝土强度等级不宜低于C150试验墓

础的制作尺寸应准确，混凝土应搅拌均匀，振动捣实，基础表面

要用水平尺找平并抹平，并保证混凝土的养生期。

4.2.7当采用机械式激振设备时，地脚螺栓的埋置深度应

大于400mm，下端w采用弯钩形，地脚螺栓或预留于L在试验基

础平面上的位置应符合下列要求:

"与进行竖向振动试验时，激振设备的垂直扰力应与基础

重心在同」垂直轴线上;

2当进行水平振动试验时，水平扰力应在试捡基础长轴方

向的轴线上。

4.2.8当采用预制的试验基础时，在挖好试坑后，用水平

尺找平试面，然后将试验基础平稳吊入，预压一定时间后方可进

行试验。在!、类土预压时间不宜少于12h，粘性士预压时间不宜少

于24ho

4.2.9当现场有合适的已建基础可利用作为试验基础时，

•189•

应在满足本规程4.2.1条款的规定基础上，还应提供已建基础的

设计图，了解和掌握基础的几何尺寸、质量、重心和形心等位

置，并根据本规程4.2.7条款的规定设置和安装激振器的底脚螺

栓。

4.3强埠振动试验

4.3.1安装机械式激振设备时，应将激振器和电机牢固地

固定在底架上，底架与试验基础必须保持紧密接触和牢固连接，

测试过程中各部件的固定螺栓不应松动。

4.3.2安装电磁式激振器时，其垂直扰力的作用点院选择

在通过试验基础重心(形心)的垂直轴线上;水平扰力作用点

宜布青在试验基础侧面靠近基础顶面的中心位暨，水平扰力的作

用方向应与试验基础的长轴方向平行(图4.3.2)。

l

2

图4.3.2电磁式激振器垂直、水平回转振动设备、仪器布置固

1一激振器2一垂直拾振器3一水平拾振器4试验基础

4.3.3安装机械式激振器时，预埋螺栓的设计与安装应满

足如下要求:

1竖向振动试验时，垂直扰力应作用在通过试验基础重心

.190.

的垂直轴线上(图4.3.3);

2水平回转振动试验时，激振器的扰力方向应调整为水平，

水平扰力应以试验基础垂直轴线为中心，沿基础长轴方向施加

(因4.3.3)0

4

乡Z

圄4.3.3机楠式激振揭垂直、水平回转振动设备、仪器布置图

1激振器2一垂直拾振器3一水平拾振器4一试验基咄

4.3.4拾振器可用橡皮泥或石膏固定在试验基础顶面c拾

振器的设置方式规定如下(图4.3.2、图4.3.3):

1当对试验基础施加垂直扰力时，在激振器的两侧分别设

置一台垂直向抬振器.并力求与轴线对称:

2当对试验基础施加水平扰力时，在与扰力方向垂直的基

础顶面中心线上，在激振器的两侧分别设置一台水平向拾振器

(取测试结果的平均值)。在水平向拾振器的两端并接近试验基

础的边缘处各设置一台垂直向拾振器，力求使W，j台垂直向拾振器

与主主础水平轴线对称，两个拾振器的连接线应与扰力方向平行，

并用钢尺测量其距离(图4.3.3)0

4.3.5当进行扭转振动试验时，应在试验基础主施加一扭

转力矩，使基础产生绕垂直轴的扭转振动。拾振器应水平|司同相

位布置在基础顶面沿水平铀线的两端，其水平振动方向应与水平

•191•

轴线垂直。

4.3.6试验开始前所使激振器试运行，检查设备的安装情

况，如发现异常，应及时排除。

4.3.7试验所需电压不应低于或超过额定电压的10%，当

电压不稳时应采取稳压措施。

4.3.8试验过程巾，应避开和减少其他振源、对试验的T扰，

必要时应采取隔振措施n

4.3.9幅频响应测试时，激振扰力的频率间距，在共振区

外不大于2Hz，在共振区内宜小于1Hz;共振时的振幅不宜大于

150件mo

4.3.10试验时激振器的工作频率由低到高逐级改变，使每

一级频率r振动稳定后才司记录。输出的振动被形应采用显示器

监视，t寺披形为正弦波时方可进行记录。

4.3.11试验记录应及时寻整理，若发现异常应苟明原网及时

重做试验。

4.3.12每种试验的测试次数不应少于2次。

4.4自由振动试验

4.4.1垂直自由振动试验，可采用铁球自由下落，冲击试

验基础顶面的中心处，记录基础振动的固有频率和最大撮幅

(图4.4.1)()

4.4.2水平回转自由振.，gJ试验，可用铁球水平冲击试验基

础水平轴线侧面的顶部，记录基础振动的固有频率和最大振幅

(图4.4.2)。

4.4.3测试的次数不应少于3次，实测的固有频率和最大

振幅的相对误差不应大于3%，否则应检查测试系统，查明原网

后及时重做试验。

4.4.4测试方法与拾振器的布置应符合本规程4.4.3~

4.3.7、4.3.8条款的规定。

•192.

2

ι;

4

乡乡

图4.4.1垂直自由振动仪器布置圈圈4.4.2水平回转振动仪器布置固

1-重球2→垂直拾振器l一重球2一垂直拾振器;

3←水平拾振器

5资料整理

5.1强迫振动试验

5.1.1通过对试验幕础竖向振动数据的采集和处理，可得

到试验基础竖向振动振幅随频度变化的幅频响应曲线Az-1(图

5.1.1-1、图5.].1←2)。

5.1.2地基竖向振动的阻尼比，应在实测Az-1幅频响应

曲线上选取共振频率(Jm)和O.7写fm所对应的振幅，按下列公

式进行计算:

{z=[~(1-J~去!1+ß2)f(5.1.1-1)

•193•

Azl(阳.)Azl(μm)

A,

A一-一一A

A←一-一一一-'1

-←--L一-.LO

队751m品I(H吕)O.吭一五f(Hg)

变幅扰频力晌垂应直曲据续二hf

圄5.1.1-1固5.1.1-2常扰力垂亘振动

幅频晌应曲线

山一n-qw呵‘句、竹、

α•

-F-o7fMdvv(5.1.1-2)

A

β­(5.1.1-3)

AO.75

将常数α代人式(5.1.1-1)中可得如下简化公式:

(，=[~(I←Jr(5.1.1-4)

式中:王z一地基竖向阻尼比;

Am一基组l里向振动共振幅(m);

Ao把一基组竖向振动0.751m点的所对应的振幅(m)0

上述公式仅适用于变扰力的简谐振动，当用于常扰力时，地

基l哇向阻尼比的计算公式与之相同，只需要将公式(5.1.1-2)

。.75f

改成α=-z2=0.75即可，常扰力作用F的地基坚向阳尼比可

用下式计算:

•194•

川斗÷刊才才(，-卜，-j(ω叫叫(d4d♂4dιι)y/卢zJ巧1TL!

5.1.3基组竖向振动参振总质量应按下3茹列肉时j公式计算:

l当变扰力时:

(5.1.3-1)

问zlf25zJ丁言

2当常扰力时

p

z-一←一一-τ「一(5.1.3-2)

A川崎;")"'2lzjlτz

f

fm=一工兰二(5.1.3-3)

-11-2(;

式中mz←基础l墅向振动参振的总质量(t)包括基础、激振设

备和地基参加振动的当量质量，当mz大于基础质量

的2倍时，应取mz等于基础质量的2倍;

m.一激振器偏心块的质量(t);

f一偏心块重心到旋转中心的距离即偏心距(m);

P一电磁式激振器的扰力(kN);

fnz一基础竖向无阻尼固有频率(Hz)0

5.1.4地基的抗压刚度和抗压刚度系数、单桩抗压刚度和

桩基抗弯刚度，应按下列公式计算:

1当为变扰力时:

Kz=mz(27叽)2(5.1.4-1)

C-•Kz(5.1.4-2)

ZAo

k(5.1.4-3)

pz=ENp

Kp.p=Kpz三巧(5.1.4-4)

f旧礼Jτ玄(5.1.4…5)

•195.

式中Kz一地基抗压刚度(kN/m)

Cz一地基抗压刚度系数(kN/旷)

A()一试验基础的底面积(口}2)

kJ>Z一单桩抗压刚度(kN/m)

K阳桩墓抗弯刚度(kN•m)

ri一第z根桩的轴线至基础底面型心回转轴的距离(m);

Np一桩数。

2当为常扰力时，地基抗压刚度系数、单桩抗版刚度和桩

基抗弯刚度应按公式(5.1.4-2)、(5.1.4-3)和公式(5.1.4

-4)计算:地基抗压刚度可按下式计算:

Kz乒→(5.1.4-6)

11m2Çz,)1-Ç;

5.1.5试验基础在水平扰力的作用下，产生X向水平、绕

Y轴回转的桐合振动(图5.1.5-1)，对测试数据的记录和处

理，可得到试验基础顶商测点沿X轴的水平振幅随频率变化的

幅频响应曲线(A呻-f)，及基础顶面测点由回转振动产生的竖

νIZ

..0

ZX

L

(a)

。

(b)

固5.1.5一1水平扰力作用基础振动示意圄

(a)试验基础平面图