Экспериментальная динамика сооружений - часть 1

 

  Главная      Учебники - Разные     Экспериментальная динамика сооружений

 

поиск по сайту            правообладателям  

 

 

 

 

 

 

 



 

 

содержание   ..    1  2   ..

 

 

Экспериментальная динамика сооружений - часть 1

 

 

 

3

 
 

Оглавление 

 
 
 
Предисловие научных рецензентов  ........................................................................  4 
Предисловие авторов  ................................................................................................  6 
Введение  ....................................................................................................................  7 
 
Глава 1. Исследования транспортной вибрации 
 ..............................................   13 
1.1. Автомобильная вибрация  ..................................................................................  14 
1.2. Трамвайная вибрация  ........................................................................................  16 
1.3. Железнодорожная вибрация  .............................................................................  23 
Выводы  .......................................................................................................................  29 
 
Глава 2. Методология исследования 
 ...................................................................   34 
2.1. Общая характеристика типов транспортных потоков  ....................................  35 
2.2. Методика проведения экспериментальных измерений,  

обработки и анализа результатов  .....................................................................  38 

2.3. Передаточные функции  .....................................................................................  43 
2.4. Оценка риска. Допустимость колебаний  .........................................................  45 
Выводы  .......................................................................................................................  48 
 
Глава 3. Экспериментальное исследование вибрации  

грунта, генерированной транспортными потоками  ........................   49 

3.1. Автомобильное движение  .................................................................................  49 
3.2. Трамвайное движение  .......................................................................................  53 
3.3. Железнодорожное движение  ............................................................................  55 
Выводы  .......................................................................................................................  60 
 
Глава 4. Экспериментальные исследования вибрации  

конструкций зданий от движения  
автомобильного транспорта и трамваев 
 ............................................   63 

4.1. Здание торгового центра (владивостокский ГУМ)  .........................................  63 
4.2. Здание Академии народного творчества (АНТ)  .............................................  73 
4.3. Учебный корпус (строение № 1) Дальневосточного государственного  

технического университета (ДВГТУ)  ..............................................................  86 

Выводы  .......................................................................................................................  95 
 
Глава 5. Экспериментальные исследования вибрации  

конструкций зданий от движения  
железнодорожного транспорта 
 .............................................................   98 

5.1. Здание железнодорожного вокзала станции Владивосток  ............................  98 
5.2. Здание товарной конторы станции Владивосток  ............................................  112 
5.3. Учебный корпус (строение № 2) ДВГТУ  ........................................................  117 
Выводы  .......................................................................................................................  120 
 
Заключение  ................................................................................................................  122 
Литература  .................................................................................................................  124 

 

4

 

 
 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ НАУЧНЫХ РЕЦЕНЗЕНТОВ 

 
Воздействие на сложные строительные сооружения случайных шумов и волн той 

или иной природы является актуальной проблемой для нашего энергонасыщенного ми-
ра. Однако сложность входных и выходных процессов приводит к необходимости при-
менять  для  их  обработки  и  анализа  неординарный  математический  аппарат – теорию 
случайных процессов, нелинейной фильтрации и выделения сигналов из шумовых воз-
действий в сочетании с современными системами компьютерной математики. 

Для Владивостока рассматриваемая в монографии проблема достаточна типичная. 

Можно вспомнить хотя бы прохождение трамваев по Светланской – главной улице го-
рода – и вибрации, которые они вызывают в близкорасположенных зданиях. 

Авторы рассматривают действия, генерированные отдельными видами транспорт-

ного  движения:  автомобильного,  трамвайного  и  железнодорожного – в  отдельности  
и в сочетаниях, а также действия динамических полей в грунте на ряд объектов, являю-
щихся в основном зданиями постройки начала XX в. 

Для этого используется физическая модель, в которой вибрационное транспортное 

воздействие  понимается  как  квазидетерминированный  процесс,  имеющий  многомодо-
вую широкополосную структуру. Для выявления собственных частот колебаний отдель-
ных конструктивных элементов сооружений как откликов на соответствующие воздей-
ствия  на  достаточно  серьезном  математическом  уровне  используется  спектральный 
анализ Фурье. Грунты и фундаменты различного типа приближенно, что вполне допус-
тимо,  рассматриваются  как  некоторые  избирательные  демпферы,  изменяющие  спектр 
воздействия. При анализе спектральных откликов конструкций зданий последние пред-
ставляются как узкополосные фильтры, которые вырезают моды в исходных спектрах. 

В  традиционной  динамике  строительных  сооружений  в  настоящее  время  господ-

ствует  концепция  собственных  частот  колебаний  строительных  элементов,  совпадения 
которых с частотой нагружения приводят к резонансным явлениям. Однако все чаще мы 
сталкиваемся как в нашей стране, так и за рубежом с катастрофическими разрушениями 
достаточно  сложных,  пространственно  развитых  сооружений,  яркими  примерами  кото-
рых  могут  являться  здания  Трансваальпарка  и  Басманного  рынка.  Маловероятно,  что 
причиной  этих  событий  являются  статические  нагрузки.  Скорее  всего,  такие  сложные 
сооружения находятся в области критической устойчивости. Кроме того, с позиций тео-
рии  нелинейных  фильтров  такие  сооружения  обязаны  подчиняться  теории  неаддитив-
ных реакций. При малом случайном воздействии в нелинейной сложной системе может 
разыграться каскад бифуркаций, что приведет к катастрофическому разрушению. В ре-
зультате многоконтурной положительной обратной связи в системе реализуется лавин-
ная реакция. Хотелось бы подчеркнуть, что это не резонансные явления и даже не ошиб-
ки  при  проектировании  и  строительстве – просто  здание  конструировалось  исходя  из 
классических принципов строительной механики, в результате чего система оказалась на 
границе критической устойчивости. 

Определенный  интерес  представляют  и  отдельные  разработки  авторов.  Так,  на-

пример, на их основе может быть синтезирован фильтр по преобразованию широкопо-
лосного  спектра  колебаний  для  вертикальной  составляющей  при  переходе  от  грунта  
к центру перекрытия, колебания которого характеризуются глобальной модой на частоте 
12 Гц, в то время как стены, являющиеся для перекрытия опорным контуром, наследуют 
широкополосный  спектр  грунтовых  колебаний.  Именно  несогласованность  спектраль-
ных характеристик крупномасштабных элементов зданий может дать основание для раз-
вития бифуркационного каскада потери устойчивости. 

 

5

Оценивая монографию в целом, следует отметить ее достаточно высокий физико-

математический уровень, явно превосходящий обычный математический потенциал ис-
следований  инженерно-технического  профиля  по  строительной  механике.  Зная  совре-
менную  отечественную  и  зарубежную  научно-техническую  периодику,  мы  не  думаем, 
что исследования такого рода широко распространены, тем более что разрабатываемое в 
серии  монографий  направление – статистическая  динамика  сооружений – требует  не 
только хорошего знания теории случайных процессов, спектрального и корреляционно-
го анализа, но и умения проводить вычислительные эксперименты на довольно сложных 
пакетах программного обеспечения. 

Особо  следует  отметить,  что  полевые  экспериментальные  наблюдения  выполня-

лись на протяжении почти 15 лет по эволюционно развиваемой методике и все получен-
ные результаты переработаны по ее окончательной модификации. 

Недостатком  работы  можно  считать  то,  что  ее  авторы  никак  не  могут  расстаться  

с  представлением  сложных  систем  механическими  моделями,  хотя  современное  развитие 
спектрального анализа вполне позволяет перейти на многоуровневые спектральные модели. 

Надеемся,  что  последующие  монографии  этого  коллектива  будут  развивать  вы-

бранное их авторами направление, показывая пример эффективного сочетания полевых 
экспериментальных работ с современными методами статистической физики и компью-
терными технологиями, и перейдут к рассмотрению нелинейных систем. 

Считаем, что монографию с определенным интересом встретят читатели, особенно 

научная  молодежь,  интересующиеся  современными  проблемами  статистической  дина-
мики  сооружений.  При  практическом  отсутствии  работ  такого  направления  она  может 
явиться хорошим руководством при выполнении исследований в области динамики сла-
босвязанных систем и в определенной мере своеобразным справочным пособием. 

 
 
 
 

И.Б. Друзь, д.т.н., профессор  

Н.В. Земляная, д.т.н., профессор  
В.В. Юдин, д.ф.-м.н., профессор  

 
 

 

6

 

 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРОВ 

 
В очередной, третьей по счету, монографии серии «Экспериментальная динамика 

сооружений»  излагаются  основные  результаты  статистического  анализа  эксперимен-
тальных  измерений  транспортной  вибрации  грунта  и  ряда  зданий-памятников  архитек-
туры Владивостока с использованием разработанной в предыдущих монографиях мето-
дики с дополнениями, соответствующими специфике исследованных процессов на базе 
общей  методологии  статистической  динамики  сооружений  и  статистики;  намечаются 
возможные перспективные направления дальнейших исследований в этой области. 

Все изложенное в монографии основано на результатах измерений, выполненных лично 

авторами и коллективом под общим научным руководством Е. Борисова в 1990–2006 гг. 

Мы отдаем себе отчет в том, что ряд важных аспектов поднимаемой проблемы ос-

тался  или  вне  рассмотрения  вообще,  или  рассмотрен  недостаточно  исчерпывающе.  
К ним относятся: 

–  оценки допустимости уровней вибрации по критериям прочности, выносливо-

сти, санитарным нормам; 

–  динамика  самих  транспортных  магистралей  и  связанных  с  ними  сооружений 

(туннелей, мостов, переходов, путепроводов и развязок); 

–  корреляция параметров транспортной вибрации с рельефом, грунтовыми усло-

виями прилегающих территорий, типом охраняемых сооружений и т. п. 

Однако в работе полевых экспериментаторов, к каковым относят себя авторы на-

стоящей монографии, всегда должен быть рубеж, на котором следует остановиться, что-
бы осмыслить выполненное и наметить направления дальнейших исследований. 

В нашей монографии мы хотим еще раз обратить внимание всех работающих в об-

ласти  динамики  сооружений,  во-первых,  на  перспективность  применения  статистиче-
ских методов для анализа процессов, протекающих в сложных системах, особенно в тех 
случаях,  когда  между  отдельными  объектами,  входящими  в  системы,  связи  являются 
статистически слабыми и неустойчивыми; во-вторых, на необходимость сбалансирован-
ного  сочетания  экспериментально  накопленных  информационных  массивов  и  систем 
компьютерной математики. 

К  сожалению,  вероятностные  методы  исследований  не  нашли  пока  достойного 

применения в практике оценки динамики и вибрации сооружений, где до сих пор преоб-
ладают классические детерминированные подходы. 

Надеемся, что наша монография будет полезной и обратит внимание в первую оче-

редь  научной  молодежи:  студентов,  магистрантов  и  аспирантов – на  актуальность  
и  перспективность  рассматриваемых  в  серии  «Экспериментальная  динамика  сооруже-
ний» проблем и методов их решения. 

 
 
 

Е. Борисов, С. Алимов, А. Усов 

Л. Лысак, Т. Крылова, Е. Степанова 

 
 
 

 

7

Посвящается нашим учителям 

 

 

Есть  многое  такое,  друг  Горацио,  что 

и не снилось нашим мудрецам. 

В. Шекспир 

 

ВВЕДЕНИЕ 

 
Развитие  современных  городов  не  представляется  возможным  без  соответствую-

щего  развития  транспортных  коммуникаций:  автомобильных,  трамвайных,  железнодо-
рожных,  систем  метрополитенов  различной  глубины  заложения  и  других,  призванных 
обеспечивать  перевозки  всех  типов.  Мощность  и  сочетание  типов  транспорта  в  значи-
тельной степени определяются географией и рельефом городов, численностью населения, 
историей их развития, экономико-социальными тенденциями развития региона и страны. 

С физической точки зрения инженерное сооружение является потребителем коле-

бательной энергии, которая подводится к нему в зависимости от природы ее генерации, 
физико-механических  характеристик  трасс  распространения  и  характера  контакта  со-
оружения с энергонесущей средой. 

Любой вид транспорта является источником колебаний, передающихся через грун-

товую среду на расположенные вблизи транспортных магистралей сооружения и вызы-
вающих  их  вибрацию  (транспортную  вибрацию),  которая  сказывается  как  на  техниче-
ском  состоянии  зданий,  так  и  на  санитарно-гигиенических условиях  пребывания  в  них 
людей. По характеру передачи колебательной энергии на сооружение транспортная виб-
рация является кинематическим возмущением исследуемого сооружения (охраняемого). 

Рост  всех  видов  грузопотоков,  увеличение  скорости  и  интенсивности  движения 

транспорта  обусловливают  необходимость  получения  качественных  и  количественных 
оценок влияния транспортной вибрации на сохранность зданий. Как в отечественной, так 
и  в  зарубежной  литературе  периодически  появляются  сообщения  об  отрицательных  по-
следствиях транспортной вибрации, однако она, как правило, не учитывается ни при но-
вом строительстве, ни при реконструкциях существующих зданий и сооружений [1–6]. 

То, что транспортная вибрация не приводит в настоящий момент к чрезвычайным 

ситуациям,  в  определенной  степени  объясняет  и  практическое  отсутствие  нормативов, 
регламентирующих  ее  интенсивность  в  численных  оценках  по  критериям  прочности  и 
надежности охраняемых объектов. 

Учитывая  общее  физическое  старение  существующих  зданий,  особенно  памятни-

ков  архитектуры,  которые  не  будут  сноситься  при  модернизации  исторически  сложив-
шихся центров, вопросы обеспечения надежности сооружений, связанные с транспорт-
ной  вибрацией,  могут  в  ближайшее  время  стать  вполне  актуальными.  Особенно 
убыстряется  этот  процесс  в  тех  случаях,  когда  проводимые  работы  нарушают  сложив-
шийся гидрологический режим. 

Выдвижение на передний фронт прикладной науки проблем динамики сооружений 

в значительной степени обусловлено быстрым ростом их энергонасыщенности, внедре-
нием новых конструкционных материалов и нестандартных пространственных решений. 
Прямое применение традиционных теоретических методов решения задач динамики за-
трудняется необходимостью иметь численные оценки коэффициентов, которые исполь-
зуются в системах уравнений. Это приводит к тому, что во многих случаях методы клас-
сической  строительной  механики  не  дают  устойчивых  решений,  пригодных  для 
практического применения. 

В подобной ситуации несколько меняется система взаимоотношений между теоре-

тическими и экспериментальными исследованиями: последние начинают проявлять все 
больший интерес к методам статистической физики. Эта тенденция не является чем-то 
новым. Еще в 60-х гг. В.В. Болотин [7] и В.В. Екимов [8] – пионеры применения стати-

 

8

стических методов в строительной механике – обращали внимание на начало интенсив-
ного  развития  принципиально  нового  направления – статистической  динамики.  До  не-
давнего времени это развитие сдерживалось большими вычислительными трудностями 
при  использовании  методов  регрессионного  и  спектрального  анализа  для  обработки  и 
интерпретации экспериментально полученных числовых массивов. С внедрением систем 
компьютерной математики (СКМ) эта трудность оказалась успешно преодоленной. Ис-
следователи-экспериментаторы получили возможность глубоко и всесторонне анализи-
ровать  материал  полевых  наблюдений  и  выявлять  вероятностные  взаимосвязи  между 
определяющими  параметрами  динамических  процессов,  протекающих  даже  в  сложных 
статистически слабосвязанных системах. Особенно эффективным оказывается примене-
ние спектрального анализа. В результате этого экспериментальные исследования стано-
вятся самодостаточными и начинают быть тем, что присуще им по природе – источни-
ком  достоверной  информации  для  разработки  новых  теорий,  базирующихся  на 
исследовании поведения реальных физических систем, как это было в прошлом со вре-
мен Роберта Гука. 

Транспортная вибрация в ее техническом приложении – одно из перспективных и 

жизненно важных для жизнеобеспечения населенных пунктов направлений статистиче-
ской экспериментальной динамики сооружений. 

Владивосток – единственный выход России на тихоокеанский театр действий – яв-

ляется  уникальным  городом:  морской  порт,  расположенный  практически  в  центре,  ок-
ружен  многочисленными  рокадными  железными  дорогами.  По  городу  проходит  не-
сколько  магистральных  железнодорожных  путей,  имеется  разветвленная  система 
трамвайных маршрутов и автомобильных трасс (рис. В.1). Для транспортного движения 
Владивостока характерны высокая интенсивность, традиционная узость улиц и сложный 
рельеф. Транспортные магистрали, которые можно рассматривать как источники энерге-
тических вибрационных потоков, окружены зданиями постройки начала прошлого века, 
многие  из  которых  являются  памятниками  архитектуры  с  неизвестным  на  данный  мо-
мент техническим состоянием. Кроме того, имеются многочисленные мосты, надземные 
пешеходные переходы, автомобильные развязки и расположенные вблизи транспортных 
магистралей подпорные стенки высотой 10–15 м. 

Все это создает предпосылки для того, чтобы рассматривать транспортную вибра-

цию  как  источник  возможных  чрезвычайных  ситуаций,  который  усугубляется  тем,  что 
по карте С (1% риска) ОСР–97 СНиП П–7–81* территория города относится к категории 
сейсмически активных [9]. Многие участки в результате гористого рельефа, нарушения 
гидрологического режима, наличия естественно-слабых, мощных насыпных и техноген-
но измененных грунтов, в ряде случаев водонасыщенных, имеют фактическую сейсми-
ческую интенсивность выше фоновой. 

Рассматриваемая проблема имеет следующие основные задачи: 
–  измерение динамики грунта и вибрации охраняемых сооружений от различно-

го типа трафиков и их сочетаний, получение регрессионных соотношений между харак-
теристиками; 

–  получение оценок уровня риска превышения динамикой грунта и исследован-

ных охраняемых сооружений нормативно-допустимых значений; 

–  разработка  методики  прогнозирования  и  переноса  результатов  эксперимен-

тальных измерений на сооружения-аналоги. 

Созданные к настоящему времени вероятностные расчетные и математические моде-

ли грунтов и охраняемых объектов предназначены в основном для анализа их напряженно-
деформированного состояния  или  в  статической  постановке,  или  для ограниченных  объе-
мов и не приспособлены для оценки преобразования колебательной энергии при переходе 
ее от грунта к охраняемому сооружению. Поэтому наиболее рациональным является веро-
ятностная  оценка  поведения  охраняемых  сооружений,  подверженных  динамическим  воз-
действиям, с учетом преобразования импульса при переходе его от грунта к фундаменту. 

 

9

 

 

Рис. В.1. Принципиальная схема транспортных магистралей Владивостока и объектов,  

на которых проводилось экспериментальное измерение транспортной вибрации: 

троллейбусные маршруты;                  железнодорожные пути; 

трамвайные пути;  

,

 

●, 

 районы измерения автомобильной,  

железнодорожной и трамвайной вибраций грунта; 

1 – товарная станция; 2 – железнодорожный вокзал; 3 – здание универмага; 

4 – здание Академии народного творчества;  5 – учебный корпус ДВГТУ (строения 1, 2) 

 

Однако теоретические методы для решения этой проблемы не могут быть исполь-

зованы  непосредственно,  поскольку  это  требует  численного  задания  ряда  коэффициен-
тов, описывающих физико-механические свойства зоны контакта охраняемого сооруже-
ния  с  энергонесущей  средой.  Попытки  их  определения  на  масштабных  моделях 
встречают большие трудности в связи с необходимостью выбора и выполнения критери-
ев  подобия,  а  на  натурных  объектах  при  взрывных  воздействиях  от  промышленных 
взрывов – в  связи  с  отсутствием  возможности  варьировать  параметры  в  необходимом 
диапазоне.  Единственным  реальным  путем  получения  необходимой  и  достоверной  ин-
формации  является  выполнение  специальных  экспериментальных  исследований  с  при-
менением современных методов их обработки и анализа. 

В связи с изложенным решение задачи по оценке безопасности охраняемых соору-

жений, расположенных вблизи транспортных потоков, представляется как научная зада-
ча, имеющая важное народно-хозяйственное значение. 

В определенной степени это подтверждается и тем интересом, который проявляют 

к  рассматриваемой  задаче  средства  массовой  информации  (СМИ).  Правда,  при  их  рас-
смотрении следует учитывать склонность СМИ к преувеличению сенсационности пода-
ваемого материала, особенно если это касается экологии, и целенаправленную работу по 
заказам  коммерчески  заинтересованных  структур.  Анализ  содержащихся  в  системе In-
ternet публикаций показывает следующее. 

В Государственном докладе «О состоянии и об охране окружающей среды в 2002 г.» 

транспортная  вибрация  названа  ответственной  за  ухудшение  состояния  многих  памят-
ников истории и культуры, ставящего в ряде случаев под вопрос само их существование, 
а именно: 

–  литературного  некрополя,  гостиницы  «Бристоль»,  кинотеатра  «Таутомато-

граф», усадьбы Тулинова-Вигеля в Воронеже; 

3

4

 

● 

 

10

–  зданий ансамбля деревянного зодчества XIX–ХX вв. в Петрозаводске; 
–  памятников  истории  и  культуры  в  Ингушетии,  Краснодарском  крае,  Ленин-

градской, Калининградской, Ивановской областях, Смоленске, Нижегородской области, 
Омске, Томске, городах Хабаровского края; 

–  усадебного дома и музея И.Д. Бурылина в Иваново; 
–  исторического Каменного моста в центре Калуги; 
–  усадьбы «Пехра-Яковлевское» и церкви Рождества Богородицы в селе Николь-

ское-Трубецкое Балашихинского района Московской области. 

От  вибрации,  вызванной  близостью  транспортных  магистралей,  страдает  истори-

ческая  застройка  улиц  Рождественская,  Большая  Печерская,  Варварская  и  Ильинская  
в Нижнем Новгороде; здание казначейства, Нарышкинская читальня и городская усадь-
ба Чичериных в Тамбове. В Ингушетии вибрация от тяжелой техники является причи-
ной разрушения исторических памятников (храмы Тхаба-Ерды и Альби-Ерды, архитек-
турные комплексы Таргим, Вовнушки, Пуй, Бирг, Хайрах и Эгикал). 

Непоправимый  ущерб  наносит  транспортная  вибрация  следующим  историко-

архитектурным музеям и заповедникам: 

–  Ленинградская  область  и  Санкт-Петербург:  Староладожский  историко-

архитектурный  и  археологический  музей-заповедник,  литературно-мемориальный  му-
зей-усадьба  П.Е.  Щербова  и  Государственный  художественно-архитектурный  музей-
заповедник «Ораниенбаум»; 

–  Татарстан:  Елабужский  государственный  историко-архитектурный  и  художе-

ственный музей-заповедник; 

–  Удмуртия: Государственный музей-усадьба П.И. Чайковского; 
–  Краснодарский 

край: 

Краснодарский 

государственный 

историко-

археологический  музей-заповедник  им.  Е.  Филицына  и  его  филиалы,  Новороссийский 
государственный исторический музей-заповедник; 

–  Москва и Московская область: Государственный историко-культурный музей-

заповедник  «Московский  Кремль»,  музей-усадьба  Л.Н.  Толстого  «Хамовники»,  музей-
усадьба  «Останкино»,  Государственный  историко-художественный  музей-заповедник 
«Абрамцево», музей-заповедник «Дмитровский кремль»; 

–  Рязанская область: Рязанский историко-архитектурный музей-заповедник; ме-

мориальный музей-усадьба академика И.П. Павлова; 

–  Саратовская область: музей-усадьба Н.Г. Чернышевского; 
–  Тамбовская область: музей-усадьба А.М. Герасимова; 
–  Тобольская  область:  Тобольский  государственный  историко-архитектурный 

музей-заповедник; 

–  Ярославская область: Ярославский историко-архитектурный музей-заповедник. 
Большие претензии предъявляются к трафикам также с точки зрения обеспечения 

сохранности жилых и общественных зданий, нормального функционирования структур 
социально-бытового характера. 

Если  в  новых  районах  Санкт-Петербурга  для  трамваев  почти  везде  оборудованы  

обособленные трассы и здания стоят на достаточном удалении от трамвайных рельсов, то 

в центральных районах города узкие улицы, старинные дома, в основном представляющие 

архитектурную  ценность,  подвержены  сильной  вибрации.  Несмотря  на  то  что  по  СНиП 

2.05.9–90 «Трамвайные  и  троллейбусные  линии» [10] трамвайные  пути  должны  быть 

расположены не ближе 50 м от зданий, фактически это расстояние не превышает 10 м. 

В Самарской филармонии, расположенной вблизи трамвайных путей, по требова-

нию музыкантов концертный орган для защиты от вибраций и обеспечения нормального 

звучания был поставлен на отдельный фундамент.  

Челябинская областная филармония, расположенная в здании, которое построено в 

конце XIX в. и обладает лучшей на Урале акустикой, разрушается из-за близости трам-
вайных путей и постоянной вибрации.  

 

 

11

Единственный в Самаре особняк (имеющий статус памятника истории и культуры 

федерального значения) в стиле «ранний модерн», сохранивший свои интерьеры, нахо-
дится  в  аварийном  состоянии  из-за  вибрации  от  трамвайной  линии,  которая  проходит  
в 2–3 м, вследствие чего появились многочисленные трещины. 

В  Калининграде  сильная  вибрация,  создаваемая  трамваями,  которые  проходят  

в непосредственной близости от знаменитого памятника – крепостного сооружения «Ко-
ролевские ворота», построенного в 1852 г., стала главной причиной его разрушения. 

В  мэрии  Нижнего  Новгорода  рассматривается  вопрос  о  демонтаже  трамвайного 

маршрута, поскольку вибрация разрушает исторические здания в центре города.  

В Астрахани трамваи убираются из центральной части города, поскольку вибрация 

разрушает не только памятники архитектуры, но и жилые дома, жители которых давно 
жалуются на то, что от грохота трамваев трескаются стены и осыпается штукатурка.  

По оценке специалистов, подтопление здания и постоянная вибрация от трамвайного 

движения  по  оживленной  транспортной  магистрали  стали  причинами  обрушения  семи 
железобетонных плит второго этажа в подвальное помещение одного из подъездов жило-
го дома в Ростове-на-Дону.  

В Барнауле произошло повторное обрушение перекрытия между этажами в треть-

ем  подъезде  жилого  дома,  построенного  в 1957 г.  Прежде  на  этом  месте  были  пруды, 
вследствие чего грунтовые воды просачивались в подвал. Комиссия, которая обследова-
ла обрушившиеся подъезды, пришла к выводу, что при строительстве дома использова-
лись  строительные  материалы  низкого  качества,  были  допущены  грубые  строительные  
ошибки и отклонения от проекта. Проходящая неподалеку трамвайная линия, вызывав-
шая вибрацию дома, также сыграла в этом определенную роль.  

22 мая 2005 г. в 2 ночи после прохода грузового состава произошел прорыв дамбы 

золоотвала Партизанской ГРЭС (пос. Лозовый Приморского края) (рис. В.2), в результа-
те чего на железнодорожные пути вышло 86 000 м

3

 зольной пульпы, часть которой ушла 

в ручей Лозовый. 

По  заключению  Госэнергонадзора  основными 

причинами  прорыва  дамбы  являются:  большое  ко-
личество осадков в результате пятидневного ливня, 
непроведенный  ремонт,  вибрация  от  прохождения 
на  большой  скорости  грузовых  составов  по  желез-
нодорожным путям. После ликвидации аварии ско-
рость прохождения поездов была снижена. Исследо-
ваний по выявлению причин аварии не проводилось. 

Во  Владивостоке  движение  трамваев  на  рас-

стоянии 12 м  от  объекта  создает  опасность  для  па-
мятника архитектуры конца XIX в.  

Депутаты городского маслихата на сессии Усть-

Каменогорска были категорически против строитель-
ства  железной  дороги  Усть-Каменогорск – Шар  на 
левом берегу Иртыша в рекреационной зоне. Помимо 
нарушений экологических нормативов, трасса желез-
нодорожной линии идет вразрез с концепцией разви-
тия города и его генеральным планом, целью которо-
го  является  формирование  благоприятной  среды  для 
жизни населения. Предложенный вариант пересекает 
проектируемые  и  существующие  микрорайоны,  для 
защиты  которых  от  шума  и  вибраций  потребуется 
создание  санитарно-защитной  зоны  шириной  до  
500  м,  а  также  строительство  четырех  дополнитель-
ных развязок и не менее шести пешеходных мостов.  

Рис. В.2. План прорыва дамбы  

золоотвала Партизанской ГРЭС 

(каньон длиной не более 100 м  
и шириной примерно 60–80 м) 

 

12

В апреле 2001 г. компания Silicon Integrated Systems решила не размещать заводы 

на  территории  технопарка  Taiwan Science-Based Industrial Park  ввиду  вибраций  от 
строящейся вблизи железнодорожной линии.  

В Барнауле обрушилась крыша склада площадью 300 м

2

 из-за вибрации от прохо-

дящего железнодорожного состава.  

Расположенный в районе моста «Три семерки» главный канализационный коллек-

тор  Красноярска,  нормативный  срок  эксплуатации  которого  истек 15 лет  назад,  разру-
шается из-за вибраций от движения автотранспорта и железнодорожных составов.  

Киеву не нужны транзитные железнодорожные составы с нефтью, мчащиеся через 

весь город в другие города и страны. Метрополитен и железная дорога, закольцованная 
вокруг города – основные виды транспорта, а троллейбусы, автобусы, трамваи являются 
вспомогательными, развозящими пассажиров от станций метро. Железная дорога в черте 
столицы – это отдельное неприкосновенное «государство», которое «таскает» через гус-
то  застроенные  городские  территории  по  старым  мостам  тяжелые  транзитные  составы 
по 110 платформ и вагонов с нефтью, химикатами и прочими опасными грузами, да еще 
и  на  значительной  скорости.  Это  создает  шум  и  сильную  вибрацию  в  тысячах  приле-
гающих к железнодорожным веткам домах, а также постоянную угрозу аварийных эко-
логических ситуаций. 

 

Во избежание загрязнения Выборга – одного из самых древних городов на терри-

тории Ленинградской области – автомобильной вибрацией, от которой в течение многих 
лет страдают не только люди, но и памятники архитектуры, в том числе и знаменитый 
Выборгский замок, принято решение строить окружную дорогу. В результате будет раз-
гружен исторический центр города, через который ежедневно проходит до 10 000 авто-
мобилей,  в  основном  большегрузных  трейлеров,  транзитом  из  Москвы  и  Петербурга  
в Скандинавию и обратно.  

В старых частях русских городов строительство жилых домов ведется на расстоя-

нии не более 30–50 м от транспортного потока. От каждой проезжающей машины коле-
бания грунта передаются зданиям. В результате возникают постоянные вибрации близ-
колежащих  зданий,  особенно  вытянутых  вдоль  улиц,  на  частотах,  многие  из  которых 
совпадают с полосой биологически активных частот человека.  

В Красноярске водопроводный коллектор опирается на автомобильный мост, виб-

рации которого привели коллектор в предаварийное состояние.  

В Архангельске сошел со свай деревянный 12-квартирный жилой дом. При строи-

тельстве здания в 1957 г. свайное основание было выполнено с нарушением технологий. 
Сказалась и постоянная вибрация от движения большегрузного автотранспорта по про-
ходящей рядом оживленной транспортной магистрали.  

Два железнодорожных поезда, движущиеся в противоположных направлениях, вы-

зывают вертикальные отклонения до 650 мм в средней части моста Тсинг Ма в Гонконге.  

В  Санкт-Петербурге  в  результате  вибрации  от  поездов  метро  покрылся  сквоз-

ными  трещинами  Петропавловский  собор,  а  Исаакиевский  собор  накренился  на  
25 см от вертикали. 

 

 

13

       

Всякое  человеческое  познание  начи-

нается  с  созерцаний,  переходит  от  них  к 
понятиям и заканчивается идеями. 

И. Кант 

 

Идеи становятся материальной силой, 

когда они овладевают массами. 

В. Ленин 

 
 

ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЯ ТРАНСПОРТНОЙ ВИБРАЦИИ 

 
Благодаря присущей транспортным средствам несбалансированности, связанной с 

превращением энергии топлива в энергию движения, трафикам всех видов свойственно 
генерирование шумов и вибраций той или иной степени интенсивности. Борьба с шумом 
и  вибрациями  имеет  в  своей  основе  много  общего.  Однако  во  многих  отношениях  эти 
области технической науки отличаются по философии и методике исследований. В от-
ношении  вибраций  определяющими  положениями  являются  установление  технических 
требований  по  безопасным  уровням,  обеспечивающих  заданную  надежность,  проведе-
ние экспериментальных исследований, конструирование и доработка источников вибра-
ции с целью уменьшения ее до допустимых значений. В прикладном варианте наука о 
вибрациях  базируется  на  сугубо  практической  основе,  предназначена  для  решения  кон-
кретных задач по обеспечению нормальной работы конструкций и оборудования и не свя-
зана с санитарными нормами. Инженерная эффективность конструкций определяется тем, 
насколько правильно оценен их вибрационный отклик на внешнее динамическое воздей-
ствие, которое при его техногенном характере можно изменить в лучшую сторону. 

В исследованиях вибрации используются достаточно специфические методологии 

наблюдений и обработки данных о внешних динамических воздействиях: описание же-
сткости  конструкций,  включая  спектр  энергии  или  спектральную  плотность  энергии, 
спектр  динамического  силового  или  кинематического  возбуждения  и  спектр  Фурье.  
К сожалению, количество данных, получаемых при экспериментальных исследованиях, 
является, как правило, умеренным, а сами они – достаточно отрывочными. Следует от-
метить и то, что получаются они в частных режимах испытаний, не всегда идентичных 
широкому спектру реальных внешних условий. 

В  экспериментальных  исследованиях  по  установлению  определенного  уровня  на-

дежности работы системы основной задачей является получение качественной и количе-
ственной оценки большинства параметров вибрации, что подразумевает введение жест-
кой полосы допусков, определение численных значений которых не всегда однозначно. 

С 1950 г. «формула произведения» R. Lusser [11] является классическим определе-

нием  надежности  всей  системы,  особенно  для  статических  внешних  нагрузок,  однако 
требует проведения обширных испытаний для проверки надежности на разных уровнях 
исключительно на основе статистических закономерностей. 

В экспериментальных исследованиях вибрации крайне важно точное моделирование 

реальных внешних условий для создания адекватности рассматриваемой системы натур-
ной, что далеко не всегда возможно. Реальность моделирования внешних условий и исчер-
пывающий анализ результатов эксперимента желательны до определенного предела. 

Однако как единственная и основная мера эффективности испытаний она довольно 

ограниченна,  поскольку  не  гарантирует  идентичности  условий  для  каждого  конструк-
тивного  элемента  исследуемой  системы.  Вибрации  представляют  уникальное  собрание 
факторов,  одна  часть  из  которых  может  быть  определена  с  достаточной  точностью,  
а другая в лучшем случае только оценена без определения точных количественных зна-
чений и даже идентификации. 

 

14

Проблемы методологии инженерных исследований вибрации и накопление соответст-

вующего информационного архива могут стимулировать экспериментальные исследования, 
если промышленность увидит реальную потребность в них в ближайшем будущем. 

 
 

1.1. Автомобильная вибрация 

 
В  работе [12] приведены  результаты  экспериментального  измерения  вибрации 

грунта  от  автомобильного  движения  по  двум  встречным  полосам,  оси  которых  были 
удалены от трехкомпонентной точки измерения на 15,3 и 52,0 м (рис. 1.1). Эти результа-
ты показывают, что скорость колебаний не превышает 1,1 мм/с. 

 

 

 

а 

 

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0

1

2

3

 

 

 

 

б 

 

Рис. 1.1. Схема измерения вибрации грунта от автомобильного движения (а) и результаты (б):  

1 – положение точки измерения (первая линия группы – вертикальная составляющая,  

вторая – радиальная, третья – поперечная; первые две группы линий – движение автотранспорта  

по ближней полосе) 

 

В  работе [13] рассматривается  воздействие  городского  надземного  транспорта  на 

конструкции зданий и сооружений городской застройки. На основе анализа результатов 
многочисленных  натурных  измерений,  выполненных  в  непосредственной  близости  от 
источников  колебаний,  автор  построил  обобщенные  спектры  динамического  воздейст-
вия, распространяющегося от автотранспорта. Представлены формулы для расчета спек-
тра  динамического  воздействия  городского  автотранспорта.  Автор  считает,  что  полу-
ченные  результаты  применимы  для  анализа  динамического  воздействия  городского 
транспорта на строительные объекты на базе классических методов теории сейсмостой-
кого строительства. 

Время, с 

С

кор

ость

, мм

 

 

15

Статистическое подобие колебаний грун-

та  от  движения  транспорта  и  при  землетрясе-
ниях  приводит  к  целесообразности  применить 
разработанные в сейсмостойком строительстве 
методы  обработки  и  анализа  данных  к  транс-
портной  вибрации.  Так,  например,  в  работе 
[14] сообщается, что при проведении экспери-
ментальных  исследований  было  обнаружено 
уменьшение  скачком  амплитуды  колебаний 
при прохождении волн через границу «грунт –
фундамент» – явление,  ранее  приводимое  в 
работах  по  динамике  кинематически  возбуж-
даемых сооружений [15–16]. 

В  определенной  степени  об  уровне  виб-

раций,  генерированных  в  грунте  движением 
автотранспорта, можно судить и  по интенсив-
ности вибраций самого графика [17]. 

Установлено, что преобладающие частоты 

автотранспорта  определяются  жесткостью 
рессор,  шин,  узлов  несущей  конструкции  и 
нагрузкой, частоты которых лежат в диапазо-
нах 1–10 Гц – для рессор, 10–20 Гц – для шин 
и от 50 до нескольких сотен герц – для узлов 
конструкций.  Представление  об  ожидаемом 
диапазоне вибраций дано на рис. 1.2, где при-
ведены  экспериментальные  данные  для  девя-

ти  грузовых  автомобилей,  полученные  для  различных  условий  эксплуатации,  а  об 
уровне ударов – на рис. 1.3. 

Движение автотранспорта отрицательно влияет и на сооружения, отличные от зда-

ний.  Так,  например,  по  земляной  плотине  Горьковского  гидроузла,  которая  является  и 
транспортной магистралью, проходит большое количество автотранспорта с грузоподъ-
емностью на ось до 17 т. Генерируемые автотранспортом вибрации вызвали сомнения в 

их  допустимости.  Экспериментальные  изме-
рения,  выполненные  вдоль  (Х),  поперек  (Y
оси  плотины  и  в  вертикальном  направлении 
(Z) на проезжей части (отметка + 88 м), сере-
дине  откоса  (отметка + 79 м)  и  на  отметке  
+ 70 м,  показали,  что  при  прохождении  гру-
женых ЗИЛов и КАМАЗов параметры автомо-
бильной  вибрации  (рис. 1.4) не  превышают 
допустимых значений и не опасны для ее ди-
намической устойчивости.  

Распределение  параметров  колебаний 

по  высоте  плотины  (рис. 1.4) соответствует 
общим  принципам  колебаний  систем  такого 
рода:  частоты  горизонтальных  колебаний 
уменьшаются  с  высотой,  а  амплитуды,  на-
оборот, возрастают [18]. 

 

Рис. 1.2. Статистическая диаграмма  

«размах – частота» для вибрации втомобилей

(размер кружков определяется числом  

случаев реализации вибрации  

с соответствующими параметрами) 

0

200

400

600

800

1000

0

0,5

1

1,5

2

1

2

Рис. 1.3. Гистограммы ударных ускорений 

при движении по дорогам: 

1 – бетонированная автострада  

с двухсторонним движением;  

2 – щебеночное однополосное шоссе 

Ч

исло

 цикл

ов

 за

 мил

ю

 

Ускорение в долях, 

 

16

70

80

90

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

5,5

,

Z

Y

X

 

Частота, Гц 

70

80

90

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

X

Y

Z

 

Частота, Гц 

 

а 

б 

Рис. 1.4. Распределение по высоте плотины частот (а)  

и амплитуд (б) автомобильной вибрации по составляющим 

 

В  работе [19] по  результатам  измерений  вибрационного  воздействия  наземного 

транспорта (на примере Москвы и Братиславы) на участки, характеризующиеся высоким 
уровнем воздействия в сочетании с восприимчивой геологической средой, установлено, 
что вибрации не превышают предельных значений с точки зрения ее влияния на эколо-
го-геологическую  обстановку.  Таким  образом,  можно  считать,  что  автомобильный 
транспорт  является  опасным  в  основном  вследствие  загрязнения  окружающей  среды 
шумом и выхлопными газами. 

 

 

1.2. Трамвайная вибрация 

 

Освещение проблемы трамвайной вибрации в научно-технической литературе яв-

ляется  крайне  неинформативным,  несмотря  на  большое  внимание  к  ней  со  стороны 
СМИ. Как правило, рекламируются конструктивные разработки различных фирм, в ос-
новном  западноевропейских,  применение  которых  может  существенно  снизить  все  от-
рицательные  факторы  трамвайного  трафика.  Каких-либо  данных,  подтверждающих  та-
кие  заверения,  не  приводится,  хотя  наличие  подобных  разработок  дает  основание 
предполагать, что они чем-то обоснованы. Учитывая острую конкуренцию на этом рын-
ке, экспериментальные работы проводятся, но имеют закрытый характер. 

Основное  внимание уделяется  конструктивным  разработкам,  позволяющим  суще-

ственно снизить уровень генерируемой движением трамваев вибрации. 

Фирма «SGT-PLAN» (ФРГ)  предлагает  блочную  широкоплоскостную  бесшпаль-

ную конструкцию трамвайного пути (рис. 1.5), в которой крепление рельсов к монолит-
ному железобетонному основанию производится с устройством подкладки под  подошву 
рельса  путем  заливки  специальных мастик, способных гасить вертикальные колебания. 
По мнению разработчиков, восприятие горизонтальных колебаний обеспечивается рам-
ностью  конструкции,  вклеиванием  вкладышей  в  пазуху  рельс  и  устройством  плотного 
примыкания верхнего слоя покрытия к рельсу. 

Конструкция трамвайного пути фирмы «SEDRA» предполагает крепление рельсов 

к монолиту (рис. 1.6), а проект фирмы «Инжталант» – крепление к железобетонным пли-
там на резиновых амортизаторах (рис. 1.6). 

В  конструкции  пересечения  трамвайных  путей  с  автодорогами,  разработанной  

Тушинским  машиностроительным  заводом,  применяются  резиновые  панели  (рис. 1.7), 
обеспечивающие  плавное  движение  транспортных  средств  и  увеличение  пропускной 
способности переездов. Точно так же эту задачу решает и фирма «Teknikum» (рис. 1.8), 
применяя резиновые панели повышенной прочности. 

По  утверждению  фирмы  «Дорсервис»,  наиболее  распространенным  типом  конст-

рукции трамвайных путей в Москве являются разработанные ею песчано-бетонные пли-
ты (рис. 1.9). 

Отме

тка

, м

 

Отме

тка

, м

 

 

17

 
 

 

 

Рис. 1.5. Конструкция трамвайного пути фирмы «SGT-PLAN»

 

 

 
 

 

 

 

Рис. 1.6. Конструкция трамвайного пути фирмы «SEDRA» 

 

 

 

18

 
 

 

 

Рис. 1.7. Конструкция переезда трамвайного пути Тушинского машиностроительного завода 

 
 
 
 

 

 

Рис. 1.8. Конструкция переезда трамвайного пути фирмы «Teknikum» 

 
Как показывает даже этот небольшой обзор, конструкции практически идентичны 

по системе гашения трамвайной вибрации и во многом совпадают в конструктивном ис-
полнении.  Не  отличаются  большим  отличием  от  рассмотренных  и  технические  разра-
ботки других фирм. 

Для снижения вибраций основания и уменьшения ударной нагрузки на транспорт 

на переездах железнодорожных и трамвайных путей применяется немецкая технология, 
при  которой под  трамвайные рельсы заливается полимербетон, уменьшающий вибра-
цию, а сверху укладывается более легкий керамзитобетон. 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..    1  2   ..