기계의 기초와 진동 (기계의 기초와 진동과의 관계)

 기계의 기초와 진동 (기계의 기초와 진동과의 관계)

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기계는 대부분 회전하는 회전력과 충격력을 동반한 강한 진동을 발생하기 때문에 자체적으로 그 위험을 방지하거나 진동이 전달되는 것을 차단하기 위해 기초(Foundation)에 고정한다. 진동이 전달되는 것을 차진하기 위해서 탄성지지를 사용하기도 하지만(건축물 내 설치, 시험실 등)산업현장의 대부분 기계는 강하게 바닥기반에 고정된다. 이때 대부분의 기계 고정형태는 기계-(강한 고정)-철프레임-(강한 고정)-콘크리트기초의 지반내 매입되는 구조로 되어 있다. 자세히 살펴보면 기계와 철프레임 사이에 탄성(스프링)이 존재하고 또 다른 탄성역할은 지반의 탄성이 콘크리트를 받쳐주고 있는 이중구조임을 알 수 있다.

 

기초콘크리트와 지반의 관계

지반에는 지반계수(Kv수직, Kh수평)가 존재한다 할 수 있는데 이는 전체 계의 스프링정수로 생각하면 지반에 접하는 면적(A)와 수직지반계수의 곱한 값으로 환산한다. 따라서 수직방향의 기초 지반과 관련된 고유진동수는 다음과 같이 계산된다.

 

이 때 Kh=0.6~0.7Kv이며 수평일 경우에는 두 면이 접하므로 K=2AKh로 계산해야 한다. 이 식을 검토하면 접촉면적을 늘리면 강성이 증가하는 효과로 지반지지 고유주파수가 상승하여 더욱 강한 지지조건이 되며 지반접촉 면적이 작거나 지반이 무르면 유연지지 조건이 되어 저주파 가진 기계(왕복동 설비류)에 공진을 유발하기 쉬운 구조가 된다.

지반의 종류별 고유진동수는 Vs(횡파속도: 지반의 분산파로 약 200~300m/s가 된다), 견고한 지층 위에 두께 H의 연약계층이 있을 경우(Fn1), 중간에 연약계층이 있을 경우(Fn2) 대략 다음과 같은 기초계의 고유진동수를 구할 수 있다.

( Fn1=Vs/4H,  Fn2=Vs/2H ) 또한, 다수의 기계의 설치간격에도 규칙이 존재하는데 기계수n, 설치간격D일 때 Fn3=nVs/2D가 된다.

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키워드	방진, 고유주파수, 기계의 기초, 기계의 Foundation