振动锤的设计计算

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1、..振动锤的设计计算振动锤是20世纪末迅速发展起来的一种桩工机械，具有施工噪音低、可进行沉拔桩作业、施工范围广等特点；可进行钢管桩、全套管灌注桩、钢板桩、PHC桩、异型桩、薄壁筒桩(外径800～2000mm，壁厚100～250mm，中心充满地基土，现浇灌注而形成的混凝土筒形桩体。)等多种桩型施工。它具有施工速度快、功能多、适应地质广、运输方便和环保等特点，已广泛应用于国内外工程建设的众多领域。一、沉桩原理沉桩原理有强迫振动与土壤共振、强迫振动与土桩系统共振、强迫振动与桩体共振、振动冲击几种理论，它们分别是中频振动锤、高频振动锤、超高频振动锤、振动冲击锤的设

2、计原理。强迫振动与土桩系统共振理论可将振动锤、桩和土壤的系统简化为如下图所示的单自由度的振动系统。以振动体静止时自然平衡位置为零点，列出振动体微分方程式：F系统的运动微分方程为…………..…..(1)Word完美格式..M------参振质量c------土壤的弹性系数β------阻力系数Fmax-----最大激振力最大激振力（1）式移项整理得设，上式表达为……….(2)(2)的解为...(3)式（3）的前项为齐次方程的通解，其物理特征是衰减振动，是系统对干扰力的瞬间响应，很快消失。后项为方程的特解，其物理特征是表示系统在简谐干扰力作用下的强迫振动。这样

3、上式可表达为Word完美格式..当----------(4)Word完美格式..由以上式子看出，当Z=1时，出现共振。当Z＞3以上，振幅，这时振动体的振幅不因外界条件变化而变化，也就是说，当振动体因此，设计时应尽可能选择较高的振动频率ω。考虑到土壤参与振动的影响，实际振幅小于稳定振幅。二、激振器的设计计算激振器的主要参数为：频率、激振频率、偏心力矩、激振力、激振器质量、振幅及功率。设计过程可按以下步骤进行：1、根据使用目的和地层情况确定振动器的类型、变频、变矩的方式。2、选择激振器的频率、角频率和振幅。3、初步估算激振器和钻具的质量。4、计算偏心矩。5、计

4、算动力机功率。Word完美格式..1、校核激振力。2、计算最大拔桩力。3、进行振动锤的激振器的结构设计，并根据实际设计情况修改估算的参数。4、进行零件的计算和校核，要注意校核轴的自振频率，偏心轮轴的轴承多选用双列球面向心轴承，与轴承配合其表面粗糙度要达到，配合采用过渡H7/n6、N7/h6、H8/n7、N8/h7配合。(一)相关参数的估算：（1）激振力选择激振力时，一方面要满足钢护筒下沉条件的要求，即激振力F要大于各土层极限动侧摩阻力之和Tv，---------(5)单位为m饱和砂土、软粘土为6KPa，饱和砂土、软粘土（有砾石）为8KPa，塑硬性粘土为15

5、KPa。单位为m；另一方面，激振力F与振动锤激振体质量M(振动锤、夹持器、钢护筒三者总重量)的比值要满足协调方程：-------(6)。（2）振动锤沉桩克服桩端动阻力的估算根据桩的类型、尺寸和土壤种类，利用以下经验公式估算和检验该振动锤能否克服桩端阻力，下沉至要求的深度，换言之，即振动体系的重量应大于桩端动阻力。端动阻力：对于粘性土，桩端动阻力：(7)对于砂性土，桩端动阻力：(8)振动体系重量：(9)Rv-----桩端动阻力，N。N------桩沉入深度土层的最大标准贯入击数。Word完美格式..S-----桩的横截面面积，。e-----自然对数的底。（1

6、）振幅理想振幅由偏心矩除以振动锤激振体质量M(振动锤、夹持器、钢护筒三者总重量)而求得，实际工作振幅A受激振力、频率、土壤弹性影响而改变，为了有效下沉钢护筒，，使得振动力大于护筒周围土壤的瞬间全部弹性力，并破坏钢护筒周围土壤，减少阻力。美国ICE公司认为：各类型的土质对最小振幅要求有所不同。在沙质的土壤里，用ICE振动锤工作，最小振幅为3mm。在粘土里，最小振幅为6mm。在水下的沙质土壤中，最小振幅为2mm就足够了。法国PTC公司根据30年的经验，用于评估沉桩的最小振幅列入下表Word完美格式..要求实际工作振幅A＞A0。（1）频率由表可以看出，各种地层对

7、应的频率为8～19.1Hz，当Z＞3以上，振幅若振动锤的振动频率f＞60Hz时，除岩层外，其它各地层都可以沉桩。频率f=n/60Hzn------偏心块转速r/min振动锤振动频率：低频f≤15Hz，在较软土壤，振幅15-36mm。中频f=15-25Hz，是强迫振动与土层共振下沉的，振幅7-20mm，适用粘土层。高频f=25-60Hz，此类振动加速度很大，振幅3-8mm，适宜砂土层。超高频f≥60Hz以上，用于硬土层。（2）功率大型振动锤的功率都在250KW以上，对现场电源稳定性要求很高，通常用柴油机作为动力源。以上相关参数的估算为客户对振动锤的选型提供参

8、考依据，也对设计人员提供设计的最基本的计算依据。（二）计算激振力-