《振动试验装置基础工程技术规程》

CECS***-2021

中国工程建设标准化协会标准

振动试验装置基础工程技术规程

Technicalspecificationforfoundationengineeringofvibration

testdevice

(征求意见稿)

前言

根据中国工程建设标准化协会《2019年第一批协会标准制订、修订计划》（建标

﹝2019﹞12号的要求，由中国汽车工业工程有限公司会同有关设计、科研、制造和生产

单位共同编制而成。

在本规程编制过程中，编制组广泛调查研究，认真总结实践经验，并在广泛征求意

见的基础上，总结了我国在振动试验装置基础设计领域的科研成果，与相关标准进行了

协调，比较和借鉴了国际先进标准，充分考虑了我国的经济水平和工程实践，在此基础

上形成征求意见稿。

本规程共分为八章：1.总则、2.术语与符号、3.基本规定、4.地基动力特征参数、

5.荷载与荷载组合效应、6.地基基础设计、7.施工、检测与验收、8.监测与运维。

本规程由中国工程建设标准化协会建筑振动委员会归口管理，由中国汽车工业工程

有限公司负责解释。执行过程中如有意见或建议，请寄送至中国汽车工业工程有限公司

（天津市南开区长江道591号，邮编300113）

主编单位：中国汽车工业工程有限公司

参编单位：……

主要起草人：……

目录

1总则...........................................................................................................................1

2术语与符号...............................................................................................................2

2.1术语................................................................................................................2

2.2符号................................................................................................................2

3基本规定...................................................................................................................5

3.1一般规定........................................................................................................5

3.2振动试验装置基础设计................................................................................5

3.3基础方案........................................................................................................5

4地基动力特征参数...................................................................................................7

4.1一般规定........................................................................................................7

4.2现场测试法....................................................................................................7

3.3经验法..........................................................................................................15

5荷载与荷载组合效应.............................................................................................16

5.1一般规定......................................................................................................16

5.2静力荷载......................................................................................................16

5.3振动荷载......................................................................................................16

5.4荷载组合效应..............................................................................................17

6地基基础设计.........................................................................................................19

6.1一般规定......................................................................................................19

6.2静力设计......................................................................................................19

6.3动力设计......................................................................................................19

6.4构造要求......................................................................................................31

7施工、检测与验收.................................................................................................33

7.1施工..............................................................................................................33

7.2检测与检验..................................................................................................33

8监测与运维.............................................................................................................34

8.1监测..............................................................................................................34

8.2运维..............................................................................................................34

附条文说明…………..37

Contents

1Generalprovisions......................................................................................................1

2Termsandsymbols.....................................................................................................2

2.1Terms...............................................................................................................2

2.2Symbols...........................................................................................................2

3Basicrequirement.......................................................................................................5

3.1Generalrequirement........................................................................................5

3.2Basicdesignofvibrationtestdevice...............................................................5

3.3Basicplan.........................................................................................................5

4Dynamiccharacteristicparametersoffoundation......................................................7

4.1Generalrequirement........................................................................................7

4.2Fieldtest...........................................................................................................7

3.3Empiricalmethod...........................................................................................15

5Loadandloadcombinationeffect............................................................................16

5.1Generalrequirement......................................................................................16

5.2Staticload......................................................................................................16

5.3Vibrationload................................................................................................16

5.4Loadcombinationeffect................................................................................17

6Foundationdesign.....................................................................................................19

6.1Generalrequirement......................................................................................19

6.2Staticdesign...................................................................................................19

6.3Dynamicdesign.............................................................................................19

6.4Constructionrequirements.............................................................................31

7Construction,testingandacceptance........................................................................33

7.1Construction...................................................................................................33

7.2Testingandacceptance..................................................................................33

8Monitoringandoperation.........................................................................................34

8.1Monitoring.....................................................................................................34

8.2Operation.......................................................................................................34

Addition：ExplanationofProvisions…..…...………..37

1总则

1.0.1为了在振动试验装置基础建设中贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、

安全适用、经济合理、确保质量、保护环境，编制本规范。

1.0.2本规范适用于液压和电动振动试验台以及其他振动试验装置地基基础的勘察、设

计、施工、检测、验收、检测与运维。

1.0.3液压和电动振动试验装置基础的技术要求除应执行本规程外，尚应符合国家现行

有关标准的规定。

1

2术语与符号

2.1术语

2.1.1基组machine-foundationsystem

振动试验装置基础和基础上的机器、附属设备、填土的总称。

2.1.2地基刚度stiffnessofsubsoil

地基抵抗变形的能力，其值为施加于地基上的力（力矩）与它引起的振动位移（角

位移）之比。

2.1.3水平回转耦合振动vibrationcoupledwithtranslatingandrocking

基础沿一水平轴线平移并绕另一水平轴线同时产生回转的耦合振动。

2.2符号

2.2.1作用和响应

Fvz——作动器或激振器的竖向扰力；

Fx——作动器或激振器的水平扰力；

pk——基础底面平均静压力标准值；

Mφ——回转激振扰力矩；

Mψ——扭转激振扰力矩；

ux——基组质心处的水平x向振动位移；

uy——基组质心处的水平y向振动位移；

uz——基组质心处的z向振动位移；

x——基组绕x轴回转振动角位移；

y——基组绕y轴回转振动角位移；

z——基组绕z轴扭转振动角位移；

——激振扰力的圆频率；

nz——基组竖向固有圆频率；

nx——基组水平向固有圆频率；

nφ——基组回转固有圆频率；

nψ——基组扭转固有圆频率；

2

n1——基组水平回转耦合振动第一振型固有圆频率；

n2——基组水平回转耦合振动第二振型固有圆频率；

2.2.2计算指标

Cz——天然地基抗压刚度系数；

C——天然地基抗弯刚度系数；

Cx——天然地基抗剪刚度系数；

Cψ——天然地基抗扭刚度系数；

Cpz——桩尖土的当量抗压刚度系数；

Cp——桩周各层土的当量抗压刚度系数；

Kz——天然地基抗压刚度；

Kφ——天然地基抗弯刚度；

Kx——天然地基抗剪刚度；

Kψ——天然地基抗扭刚度；

Kpz——桩基抗压刚度；

Kpψ——桩基抗弯刚度；

m——基组的质量；

m——基组质量比；

z——天然地基的竖向阻尼比；

xφ1——天然地基的水平回转向耦合振动第一振型阻尼比；

xφ2——天然地基的水平回转向耦合振动第二振型阻尼比；

z——天然地基扭转向阻尼比。

[u]——基础容许振动位移；

[v]——基础容许振动速度；

[a]——基础容许振动加速度；

2.2.3几何参数

A——基础底面积；

I——基础底面对通过其形心轴的惯性矩；

J——基组对通过其重心轴的转动惯量；

Iz——基础底面通过其形心轴的极惯性矩；

3

Jz——基组通过其重心轴的极转动惯量；

h——基础高度；

h1——基组质心至基础顶面的距离；

h2——基组质心至基础底面的距离。

4

3基本规定

3.1一般规定

3.1.1本规程适用于以下两类振动试验装置的基础设计：

1液压振动试验台或试验装置单个作动器额定激振力不超过500kN，激振频率不超

过100Hz；

2电动试验台或试验装置单个激振器额定激振力不超过200kN，激振频率不超过

2000Hz，自带隔振装置。

3.2振动试验装置基础设计

3.2.1振动试验装置基础设计时，应取得下列资料：

1试验装置的类型与规格型号；

2作动器参数：最大激振力、最大振动加速度、最大振动速度、最大振动位移、设

备总质量、运动部件质量与工作频率范围等；

3对于汽车道路模拟试验机应取得作动器数量、平面布置、轮距和轴距范围；

4对于多轴向振动试验台应取得作动器布置、作动器数量、作用方向、作用点高度

等。

5设备相关的辅助设备资料和布置图，如液压泵房，管线布置，控制柜等。

6被试对象参数：被试对象的最大尺寸、最大质量，以及动力特性等。

7场地的工程地质勘察报告，包括地基土的静力和动力参数。

8工程设计资料，包括相关的工程设计施工图。

3.3基础方案

3.3.1地基土类别

振动试验装置基础设计按照地基土的名称和承载力，并根据《动力机器基础设计标

准》GB50040的规定划分地基土类别，分为四类。

3.3.2基础方案

振动试验装置的基础设计方案选型根据设备类型、布置方式、荷载大小和地基土类

别确定。主要类型包括：块状基础、坑式基础、桩基加块状基础和桩基加坑式基础。

5

（a）块状基础（b）坑式基础

（c）桩基加块状基础（d）桩基加坑式基础

图3.3.2-1主要基础类型

6

4地基动力特征参数

4.1一般规定

4.1.1振动试验装置基础的地基动力参数可采用现场测试法和经验法确定。地基动力参

数包括基组的参振质量、地基（抗压）刚度、固有频率和阻尼比等。地基动力参数应以

现场测试法为准。当无法进行现场测试时，可按经验法计算。

4.1.2现场测试法应按照《地基动力特性测试规范》GB/T50269规定进行模型试验，通

过现场振动试验测试得到地基动力参数。

4.1.3经验法应按照《动力机器基础设计标准》GB50040规定的经验数据和计算方法，

通过计算分析得到地基动力参数。

4.2现场测试法

4.2.1基本要求

现场模型振动试验的要求，如测试仪器，试验模型，测试方法等应符合《地基动力

特性测试规范》GB/T50269的规定。地基动力参数应按照本标准确定。

4.2.2地基阻尼

地基阻尼按照粘性阻尼计算，用阻尼比来表示。可以采用以下几种方法：

1点峰法

对于激振器激振试验，可根据基础振动位移的频响曲线，选取共振峰点0.5~0.85范

围内不少于三个点的频率和振动位移（如图4.2.2-1~2所示），并应按下列公式计算：

（）

�4.2.2-1

�=1��

ζ=�

1（）

224.2.2-2

1��−1

442

ζ�=21−��−2�2+��

（4.2.2-3）

��

�

当为变扰力时：�=��

��

�

当为常扰力时：α=��

��

式中，为基组阻α尼�=比�；�

为第i点计算基组阻尼比；

ζ

为基组振动的共振频率（Hz）；

��

为基组共振频率处的幅值（m）；

��

��7

为基组位移幅频响应曲线上第i点的频率（Hz）；

为基组对应位移幅频响应曲线上第i点的频率处的幅值（m）；

��

为基组振动的共振频率与幅频响应曲线上选取第i点频率比值；

��

为幅频响应曲线上选取计算点的数量。

��

�

图4.2.2-1变扰力位移频响图4.2.2-2常扰力位移频响

2双峰法

采用激振器激振进行受迫振动试验时，可以根据变扰力试验得到的峰值频率和常

扰力试验得到的峰值频率来估算基组阻尼比，见图4.2.2-3所示。阻尼比计算公式

�𝑛

为：

�𝑛

（4.2.2-4）

1�𝑛

�=21−��e

图4.2.2-3双峰法示意

3自由振动衰减法

根据图4.2.2-4所示，自由振动时的固有频率为：

（4.2.2-5）

1

自由振动时的阻尼比为��0=�0

8

（4.2.2-6）

1��

�0=2��0����+1

图4.2.2-4自由振动位移衰减

图中，为基础振动位移衰减过程第i个峰值；

为��基础振动位移衰减过程第i+1个峰值；

��+为1位移衰减过程中，两个波峰之间的时长，亦即自由振动的固有周期；

4.2.3地�基0参振总质量

1对于变扰力试验：

（4.2.3-1）

�0�01

2

2对于常扰力试验：�=��∙2�1−�

（4.2.3-2）

𝑛1

22

��(2��𝑛)

�=∙2�1−�（4.2.3-3）

��

𝑛2

式中m为基础参振总质量（t）；�=1−2�

为变扰力机械激振器旋转部分质量（t）；

�0为变扰力机械激振器旋转部分质量的偏心距（m）；

�0为常扰力电磁激振器的激振力（kN）；

𝑛为基础竖向无阻尼固有频率（Hz）。

�注𝑛：当m大于基础质量的2倍时，应取m等于基础质量的2倍。

4.2.4地基抗剪刚度、地基抗剪刚度系数应按下列公式计算：

1当为变扰力时：

2

Kxmx2fnx（4.2.4-1）

Kx

Cx（4.2.4-2）

A0

9

fn1

fnx

h（4.2.4-3）

12

1

2

fn1fm112x1（4.2.4-4）

式中：Kx——地基抗剪刚度（kN/m）；

3

Cx——地基抗剪刚度系数（kN/m）；

fnx——基础水平向无阻尼固有频率（Hz）。

2当为常扰力时，地基抗剪刚度、地基抗剪刚度系数应按本规范公式（4.2.4-1）~

（4.2.4-3）计算。

4.2.5地基抗弯刚度和地基抗弯刚度系数应按下列公式计算：

1当为变扰力时：

22

KJ2fnKxh2

（4.2.5-1）

K

C

I（4.2.5-2）

h222

fn12fnxfn1

i（4.2.5-3）

式中：K——地基抗弯刚度（kN/m）；

3

C——地基抗弯刚度系数（kN/m）；

基础回转无阻尼固有频率（）；

fn——Hz

J——基础对通过其重心轴的转动惯量（t·m2）；

I——基础底面对通过其形心轴的惯性矩（m4）。

2当为常扰力时，地基抗弯刚度和地基抗弯刚度系数应按本规范公式（4.2.5-1）~

（4.2.5-3）计算。

4.2.6地基扭转向阻尼比应在扭转力矩作用下的水平振动线位移随频率变化的幅频响

应曲线上选取，基础扭转振动的共振频率和为0.707基础扭转振动的共振频率所对应的

水平振动线位移，并应按下列公式计算：

1当为变扰力时：

10

1

2

u

1x（）

=114.2.6-1

2u

m

2当为常扰力时：

1

2

11（）

=114.2.6-2

22

um

34

u

x

式中：——地基扭转阻尼比；

基础扭转振动的共振频率（）；

fm——Hz

基础扭转振动共振峰点水平振动线位移（）；

um——m

为基础扭转振动的共振频率所对应的水平振动线位移（）。

ux——0.707m

4.2.7基础扭转振动的参振总质量应按下列公式计算：

1当为变扰力时：

12J

z

m22

lb（4.2.7-1）

meel1

J00e

z2

um21

（4.2.7-2）

ff122

nm（4.2.7-3）

2f

nn（4.2.7-4）

2当为常扰力时：

fm

fn

122

（4.2.7-5）

2

Ml12

J

z22

umm21

（4.2.7-6）

式中：m——基础扭转振动的参振总质量（t）；

2

Jz——基础对通过其重心轴的极转动惯量（t·m）；

11

基础扭转振动无阻尼固有频率（）；

fn——Hz

基础扭转振动固有圆频率（）；

m——rad/s

M——激振设备的扭转力矩（kN·m）；

ee——激振设备的水平扭转力矩力臂（m）；

l——扭转轴至实测线位移点的距离（m）。

4.2.8地基抗扭刚度和地基抗扭刚度系数应按下列公式计算：

2

KJzn（4.2.8-1）

K

C（4.2.8-2）

Iz

式中：K——地基抗扭刚度（kN·m）；

3

C——地基抗扭刚度系数（kN/m）；

4

Iz——基础底面对通过其形心轴的极惯性矩（m）。

4.2.9地基动力参数的转换

1由明置块体基础测试取得的地基抗压、抗剪、抗弯、抗扭刚度系数以及由明置桩

基础测试取得的抗剪、抗扭刚度系数，应乘以基础底面积与基础底面静压力的换算系数，

换算系数应按下列计算：

A0Pd

33

A（4.2.9-1）

AdP0

式中：A——基础底面积与基础底面静压力的换算系数；

2

A0——模型基础底面积（m）；

2

Ad——设计基础底面积（m）；

P0——模型基础底面静压力（kPa）；

Pd——设计基础底面静压力（kPa）。

22

注：1当Ad20m时，应取Ad20m；

当Pd50kPa时，应取Pd50kPa。

12

2基础埋深对设计基础的地基抗压、抗剪、抗弯、抗扭刚度的提高系数应按下列公

式计算：

2

K

1z01d（4.2.9-2）

z

Kz00

2

K

1x01d（4.2.9-3）

x

Kx00

2

K0d

11（4.2.9-4）

K

00

2

K0d

11（4.2.9-5）

K

00

h1

0（4.2.9-6）

A0

hd

d（4.2.9-7）

Ad

式中：z——基础埋深对地基抗压刚度的提高系数；

x——基础埋深对地基抗剪刚度的提高系数；

——基础埋深对地基抗弯刚度的提高系数；

——基础埋深对地基抗扭刚度的提高系数；

Kz0——明置模型基础的地基抗压刚度（kN/m）；

Kx0——明置模型基础的地基抗剪刚度（kN/m）；

明置模型基础的地基抗弯刚度（）；

K0——kN·m

明置模型基础的地基抗扭刚度（）；

K0——kN·m

Kz0——埋置模型基础的地基抗压刚度（kN/m）；

Kx0——埋置模型基础的地基抗剪刚度（kN/m）；

埋置模型基础的地基抗弯刚度（）；

K0——kN·m

埋置模型基础的地基抗扭刚度（）；

K0——kN·m

13

0——模型基础的埋深比；

d——设计块体基础或桩基础的埋深比；

h1——模型基础的埋置深度（m）；

hd——设计基础的埋置深度（m）。

3由明置模型基础测试的地基竖向、水平回转向第一振型和扭转向阻尼比，应按下

列公式换算成设计采用的阻尼比：

c

zz0（4.2.9-8）

c

x1x10（4.2.9-9）

c

0（4.2.9-10）

m

=

m

d（4.2.9-11）

mf

m

AA

00（4.2.9-12）

md

md

AA

dd（4.2.9-13）

式中：z0——明置模型基础的地基竖向阻尼比；

——明置模型基础的地基水平回转向第一振型阻尼比；

x10

明置模型基础的地基扭转向阻尼比；

0——

c明置设计基础的地基竖向阻尼比；

z——

c——明置设计基础的地基水平回转向第一振型阻尼比；

x1

c

——明置设计基础的地基扭转向阻尼比；

——与基础的质量比有关的换算系数；

mf——模型基础的质量（t）；

md——设计基础的质量（t）；

14

m——模型基础的质量比；

md——设计基础的质量比；

——地基的质量密度（t/m3）。

4基础埋深对设计基础地基的竖向、水平回转向第一振型和扭转向阻尼比的提高系

数，应按下列公式计算：

z0d

z11（4.2.9-14）

z00

x10d

11（4.2.9-15）

x1

x100

0d

11（4.2.9-16）

00

式中：z——基础埋深对竖向阻尼比的提高系数；

——基础埋深对水平回转向第一振型阻尼比的提高系数；

x1

——基础埋深对扭转向阻尼比的提高系数；

z0——埋置测试的模型基础的地基竖向阻尼比；

——埋置测试的模型基础的地基水平回转向第一振型阻尼比；

x10

埋置测试的模型基础的地基扭转向阻尼比。

0——

5当计算机器基础的固有频率时，由明置模型基础测试取得的地基参加振动的当量

质量，应乘以设计基础底面积与模型基础底面积的比值。

6由2根或4根桩的桩基础测试取得的单桩抗压刚度，当设计的桩基础超过10根时，

应分别乘以群桩效应系数0.75或0.90。

3.3经验法

3.3.1天然地基和桩基的动力特征参数按照《动力机器基础设计标准》GB50040第3.3

的规定计算。

15

5荷载与荷载组合效应

5.1一般规定

5.1.1振动试验装置荷载可分为下列三类：

1永久荷载，包括基础结构自重、土压力和水压力等。

2可变荷载，包括基础顶面活荷载、设备荷载和被试对象荷载等。

3振动荷载，包括激振作用、倾覆力矩等。

5.1.2可变荷载代表值应采用50年设计基准期。

5.2静力荷载

5.2.1振动试验装置基础设计的静力荷载包括永久荷载和可变荷载，应按照《建筑结构

荷载规范》GB50009确定。

5.3振动荷载

5.3.1一般规定

1振动试验装置荷载应依据设备厂家提供的资料计算。当设备厂家无法提供动力参

数资料时，可按《建筑振动荷载标准》GB/T51228规定取值。

2单个作动器或激振器的振动荷载在频域范围应按照加速度特性曲线方法加载。动

力分析时，尚应根据试验加载振动信号进行时程分析。

3振动试验对基础作用的振动荷载应考虑全频段、多方向、多种负载、多个激振器

作用下的各种不利条件。

5.3.2液压振动试验装置振动荷载

1液压振动试验装置是由作动器驱动运动部件和被试对象产生振动，由惯性力反作

用于振动台基础。

2振动荷载应按照作动器动力特性曲线计算，振动荷载应分别考虑空载和满载条件

下的情况。

振动荷载应按5.3.2-1和5.3.2-2计算：

F0(f)m0a0(f)(5.3.2-1)

Ft(f)mtat(f)(5.3.2-2)

mtmem0(5.3.2-3)

16

式中，单个作动器空载条件下不同频率的激振力（）；

F0(f)——kN

单个作动器满载条件下不同频率的激振力（