窑尾结构的实测分析

王建群，申昌俊，魏文晖，李 苑，陈 军

（1.天津水泥工业设计研究院有限公司，天津 300400；2.武汉理工大学道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室，武汉 430070）

水泥厂窑尾结构是一种平面尺寸小，总高、层高大，而且荷载大的工业特种结构，通常采用底层混凝土、上层钢结构的形式。在抗震设计计算时，阻尼比等参数不易确定，这给该类结构的研究与设计带来了很大的困难。为了确定窑尾结构的阻尼比等参数，从而为有限元程序分析提供荷载依据以及对其分析结果进行校核和修正，对大连天瑞水泥有限公司一号线、二号线、三号线的底层采用混凝土、上层采用钢结构的窑尾工程分别进行了测试，采集了控制点的加速度时程，并对其进行了频谱分析等相关动力分析，得到了该类结构的阻尼比等参数，为同类结构设计提供了依据。

1 试验模态测试技术

测试采用的动态信号测试系统为TMR－7200智能信号采集处理分析仪。

该系统的主要特点有：

1）利用设备自带的模块和显示屏进行数据记录和观测，满足了对便携式设备和采样速度的各种要求，方便应用于室内和野外测试；测试中TMR－7200系统配合使用的传感器是借助高灵敏度的ARF－20A 加速度计和SB－120DD－1R小桥盒的，该仪器可用于结构在正常工作状态下和脉动时的测量，满足本次测试窑尾结构自振特性的要求。

此次测试共使用5 台水平向和3 台铅垂向的ARF－20A 加速度计，分别用于测试结构水平向和铅垂向的加速度信号。采用东方噪声动态信号分析软件中的频谱分析模块得到结构水平方向（包括横向、纵向）的阻尼比和自振频率。

在检测中，采取对控制点的加速度时程分别采样的方案，即8个通道同时对结构的脉动进行测试，利用TMR－7200智能信号采集处理分析仪对测点的数据进行采样，然后采用数据采集和处理系统对采样的数据进行分析研究。试验模态分析流程图如图1所示。

2 工程概况和测点的布置

由于篇幅有限，仅取大连天瑞水泥有限公司二号线烧成窑尾结构的相关测点布置以及相应的测试和分析结果作详细介绍。该结构的立面如图2所示，窑尾结构共7层，总高91.71m。其底层为钢筋混凝土结构，其上6层为钢框架－支撑结构体系。其中，框架柱为钢管混凝土柱，梁为H 型钢梁，支撑则采用空心钢管。

在窑尾结构的第7层布置了5个测点，第6层均布置了2个测点。在测试过程中，采集了窑尾结构在相应各控制点上的纵向、横向、竖向3个方向的加速度。测点布置如图3所示。

图4为现场测点布置照片。

3 窑尾结构测试数据整理分析

3.1 窑尾结构加速度反应

各测点提取数据以E点为例。工作状态下，截取0～30s时间历程，E点水平两个方向的加速度时程如图5所示。

3.2 窑尾结构的频谱分析

将加速度时程进行自谱分析，再FFT／FT 频谱细化分析，经过计算，得到细化分析的结果如图6所示。

3.3 测试总结

按照以上步骤可同样得到大连二号线7层各点的相关测试数据和频谱分析结果，并取各项指标平均值，结果如表1所示。

表1 窑尾结构主要动力参数

4 结论

通过现场采集窑尾结构各控制点的加速度时程，并进行频谱分析等相关动力分析，全面地了解了窑尾结构自振频率和阻尼比等动力特性的变化规律。

从以上测试结果可以看出：窑尾结构水平横向和水平纵向第一频率约为0.385Hz和0.412Hz，与有限元分析结果基本一致，第一频率的平均阻尼比为3.15%，从本次测试的结果来看，建议在窑尾结构设计时其阻尼比可按混合结构的阻尼比3.15%考虑。

［1］星谷胜（日）.随机振动分析［M］.北京：地震出版社，1977.

［2］张 帆.水泥厂窑尾结构体系的性能与设计研究［D］.南京：河海大学，2004.

［3］司马德义，王建环.新型干法水泥厂窑尾塔架的结构选型［J］.工程建设，2006（4）：73－75.

［4］赵茁跃.水泥厂窑尾高层钢管混凝土塔架结构的研究及应用［A］.第三届全国水泥企业总工程师论坛暨全国水泥企业总工程师联合会年会文集［C］.大连，2010：150－156.

［5］徐自国，王怀伟，程小燕等.水泥库窑尾塔架结构的地震反应研究［J］.工程建筑，2012，42（4）：41－47.

［6］赵茁跃，赵东岚，王建群，魏文晖.风机基础的现场检测［J］.水泥技术，2011（3）：105－111.

［7］黎小林，黄 莹，胡小龙，等.换流站阀厅结构动力特性的实测研究［J］.南方电网技术，2008，2（6）：36－46.