振动在工程中造成的问题及其防治

振动在工程中造成的问题及其防治

摘要

本文简单概括总结了振动在工程中所引起的危害建筑结构安全

和生产、工作、生活的问题，并根据分析振动的特性而提出一些简

要的防振措施。

关键词

振动、建筑结构安全、精密设备、健康、振源、振动输出、振

动输入

引言

在生产生活中，各类机械设备在工作时会产生振动，而这些振

动会对人们的正常生活及安全产生威胁。它具体会影响到建筑结构

的寿命和安全，会影响精密设备和精密仪器的精确性，同时也会影

响到人类正常生产、工作和生活的环境。由于以往人们对振动的认

识不足与考虑不周导致振动是造成工程问题的重要因素之一。由此

可见，振动在工程设计中是一个不可忽略的问题，我们应该认真研

究其规律及其影响，及时采取措施预防整治其造成的危害与影响，

保证人们的正常生活。

正文

1.振动引起的常见问题

1.1影响建筑结构的安全

振动最常见的危害之一就是会影响建筑结构的安全。由于机械

设备运转过程中会产生不平衡扰力，建筑结构在动荷载作用下，将

引起构件的动应力，动力疲劳，应力集中，整体或局部的动力稳定

等一系列问题。建筑结构在振动的环境下会产生基础下沉或不均匀

下沉，墙体、构件出现裂缝，建筑物倾斜等现象，甚至会发生局部

损坏。

同时振源还会引起梁、柱、墙围护结构以及装饰板的裂缝；引

起屋架斜拉杆，上弦端节点，特别是端节点虎口处应力集中而出现

的裂缝；引起构件连接处松动、掉物、甚至破坏，引起焊接（或因

存在缺陷）应力集中而破坏；引起管道接头松动或断裂，造成漏油、漏气和漏水。

另外，结构在动荷载作用下，其反复效应将引起疲劳，影响程

度与材料、应力幅度，疲劳次数有关，最大可达动应力的三倍之多。动力疲劳作用下，所引起的局部损坏，会导致内力重分布，严重时

将促使结构整体性损坏。

1.2引起精密设备的正常使用

振动还会降低精密仪器的加工精度，降低精密仪表的测示检验

和计量精度，降低精密设备的使用寿命，严重时还将造成精密设备

的损坏。

各类精密加工设备，对不同加工精度有其不同的允许振动要求，其允许振动速度控制指标一般在0.03mm/s～1.5mm/s范围内。当外

界振动超过其允许振动速度的控制指标，就会对产品的光洁度、波

纹度、不圆度、垂直度或尺寸精度的累积误差等发生不良的影响。

同时各类精密计量、理化分析及其他仪器、仪表，均有其相应

于正常检验测出时的振动条件，其允许振动速度控制指标一般也是

在0.03mm/s～1.5mm/s范围内。当外界振动超过其允许振动控制指

标时，则精密仪器、仪表的检验测示和指示（或指针）系统会发生

晃动或颤动，致使无法判定指示值，造成检验测示系统误差，继而

会无法工作。严重时会降低检验精度和使用寿命，甚至造成刀口损坏，指针失灵，内部机构松动或损坏而导致报废。

因此，许多工厂在生产过程中，会特意将精磨加工设备，

精密仪器、仪表与有影响的振源设备错开使用，或改在夜间使用，

有的甚至迁走，以免造成损害。

1.3影响人们的身心健康

据调查，在不同的时间内，根据生理特征，人们能承受的振动

是有限的，一旦超过承受范围，振动将会给人们的健康带来危害，

特别是当外界振动的干扰频率与人体某部位固有频率接近或一致而

发生共振，它将致使人们难受，情绪不安，心情烦躁，精神分散。

人类在长期有害振动条件下生产、工作和生活，还会造成“振动病”。

2.防治工程振动问题的措施

2.1合理布置振源

工程设计时，首先要根据生产的可能性，尽量将较大振源和有

精密要求的部分分区分离。然后根据振源设备运行的特点，将同类

设备布置成反对称的格局，避免同类设备多台运行时处于同向、同

步状态，以便使其振动在不同相位上互相起到抵消作用。同时尽可

能把振源设备的旋转运动方向和水平往复运动方向不对准精密设备，并与支承结构刚度大的方向一致。

2.2减少振动输出

所谓的减少振动就是指设法减少振源振动产生的能量，一般常

用以下两种方法。

1、选择动平衡性能好的设备，定期维修或更换

设计时，首先要注意到选用动平衡性能好的机械设备，它扰力小，输出的振动能量也会小。使用中要定期维修，有利于调整平衡

性能。

2.刚性减振

刚性减振就是提高振动设备支承结构（包括基础）刚度和整体性。从而减小振源振动的输出。通常有以下两个措施。

（1）提高结构刚度

一般多采取增加构件断面，或减小结构跨度，从而提高支承结

构的自振频率，来增强支承结构的刚度。

（2）提高地基基础刚度和整体性

为了减少机械设备基础的振动，设计时可以考虑提高地基基础

的刚度。增强地基基础刚度的办法，一般可采用硅化或灌注水泥浆

胶结松散地基；在基础周边打桩；加大设备基础底面积；加深基础

或加强地面与设备基础上部的整体联接，均能在一定程度上达到提

高地基刚度的目的。

2.3减少振动的输入和放大

任何区域的精密设备，都可能受到某些振源通过支承结构和土

质介质传递而发生的振动干扰影响，当不可能消除外界振动影响时，有必要采取振动输入措施的消极隔振，使之满足精密设备正常使用

的要求。一般有以下几种措施。

1.远离振源。如果高精密设备在使用过程中受振后发生无法正常工作时，亦可通过普测找到一个振动最小的区域，迁移到该区域内设置，从而满足使用精度要求。

2.增大地面刚度和质量。则可将混凝土地面设计成厚地面，并与建筑物设缝加以分开，使精密设备间的地面形成一个大块体的刚性质量，利用地面刚度的增大和大质量的惯性作用，减小外界振动影响。

3.设置防振沟。防振沟可以设置在精密设备间的周围，亦可设置在精密设备基础的四周，但防振沟的深度必须超过干扰振动波长的2／3以上，才能起到较好的减振作用。

4.隔离输入振动

精密设备无法避开有影响的振源时，可对不同特性的振源干扰采取相应的隔振措施，有效地吸收外来振动能量的输入，如采用隔振器、防振垫隔振。隔振设计时，必须经过严格的计算，否则不但起不到减振作用，反而可能增大振动影响。

结语

我们作为未来的工程师要客观的认识到振动带来的诸多问题，而且要认真研究有关振动的知识，在以后的工程设计中要充分考虑减振问题，采取有效的防振、减振措施，已达到工作、学习和生活的正常条件。

参考文献

1.《工程中的振动问题》（PPT），百度文库。

2.《振动案例分析》（PPT），百度文库。

3.《工程振动问题的分类及若干核心问题》，胡海昌。

4.《工程中的管道振动问题》，党锡淇、黄幼玲。