Экспериментальная динамика сооружений

В то же время частотный состав вибрации

является практически независимым от расстоя-
ния (рис. 3.3).

В 1999 г. при экспериментальных исследо-

ваниях  динамики  автомобильного  моста  в  пос.
Большой  Камень  (Приморский  край)  после  вос-
становительного  ремонта  составной  частью  было
измерение  вибрации  грунта  при  прохождении  ав-
тотранспорта [58]. Однокомпонентная точка (вер-
тикальная  составляющая)  располагалась  на  обо-
чине  на  удалении 5,0 м  от  проезжей  части
шириной 10,2 м,  на  расстоянии 10,0 м  от  конца
моста и на 2,2 м ниже проезжей части дороги.

По данным ОАО «ПриморТИСИЗ», грунты

в районе измерений были представлены гравийно-
щебеночной смесью разведанной мощностью
15,3 м. Установившийся уровень грунтовых вод

составлял 0,5 м.

Регистрация начиналась при нахождении автотранспорта (при следовании колон-

ной – первого автомобиля) за 20 м до точки измерения, что исключало влияние на виб-
рацию грунта в точке измерения колебаний конструкций самого моста. Типовая осцил-
лограмма измерений представлена на рис. 3.4, результаты мажорантной обработки –
в табл. 3.2 и на рис. 3.5.

Таблица 3.2

Сводные результаты измерений вибрации грунта от трафика

при испытаниях автомобильного моста в пос. Большой Камень

Режим трафика

Определяющая частота, Гц / амплитуда,

мк

Две пожарные автоцистерны с интервалом примерно 8 м
(скорость ≈ 35 км/ч)
Груженый КРАЗ (скорость ≈ 45 км/ч)
Бензовоз (скорость ≈ 30 км/ч)
КАМАЗ и автокран с интервалом ≈ 10 м
(скорость ≈ 42 км/ч)

0,9/46

–

0,8/44

–

7,9/30

10/27
11/18

9,2/50

9,2/29

12/35

–

11,2/66

Рис. 3.3. Зависимость средних

статистических параметров вибрации

от расстояния до источника:

I – амплитуда по Z, мк;

II – частота, Гц

8 10 12 14 16

Расстояние, м

Пара

мет

ры

Рис. 3.4. Осциллограмма вертикальных

колебаний грунта при прохождении колонны

из двух пожарных автоцистерн

(пос. Большой Камень)

Рис. 3.5. Сводные результаты измерения

автомобильной вибрации грунта

(пос. Большой Камень): 1 – измерения;

2 – среднее значение вибрации;

3 – односигмовые доверительные границы;

4 – зона совокупности наблюдений

5 10

плитуда

, мк

Частота, Гц

В данном случае высокий уровень вибра-

ции объясняется близким расположением точки
измерения к оси движения автотранспорта
(примерно 3,5–4,0 м).

Измерения вибрации грунта от автомо-

бильного  и  трамвайного  движения  были  выпол-
нены  в  октябре 2005 г.  в  районе  ул.  Борисенко
(Владивосток)  на  площадке,  расположенной  на
одном  уровне  с  двухколейным  трамвайным  пу-
тем и двухполосной автодорогой (рис. 3.6).

Грунты площадки (данные ОАО «Примор-

ТИСИЗ») представлены:

– насыпным слоем из щебня с глыбами

песчаника и примесью суглинка (до 30%) мощ-
ностью 3,0 м;

– суглинком с включениями щебня (до

45%) и прослоями суглинка мощностью 2,0 м;

– торфом мощностью 1,0 м;

–  илом с прослоями песка мощностью 3,0 м;
–  песком мощностью 3,0 м;
–  галькой и гравием с песком (до 20–30%) и мощностью 3,1 м;
–  щебнем и дресвой песчаника с суглинистым заполнителем (до 20%).
Установившийся уровень грунтовых вод составляет 0,4 м.
Регистрация вибрации проводилась в четырех трехкомпонентных точках, располо-

женных на линии, перпендикулярной транспортному движению (рис. 3.6), при прохож-
дении по трамвайному пути одинарных и двойных трамвайных вагонов и автомобильно-
го транспорта по полосам обоих направлений.

Скорость движения автотранспорта равнялась 45–50 км/ч (в 12–13 ч дня). Фраг-

менты осциллограмм колебаний грунта приведены на рис. 3.7. Характер регистраций
показывает, что наибольшие амплитуды реализуются в момент прохождения автотранс-
порта по траверсу расстановки. Перемещения по вертикальной составляющей a

имеют

монотонно убывающий характер (рис. 3.8) и могут быть представлены зависимостью

= 9,23 exp(–0,061 r), (3.2)

где r – расстояние от оси движения до точки измерения.

Рис. 3.6. Схема измерения вибрации

грунта от движения автомобилей

и трамваев: А – трамвайные пути;

Б – автомагистраль

1
y
1
x

2
y

Рис. 3.7. Осциллограмма вибрации грунта

при прохождении КРАЗа

Рис. 3.8. Зависимость амплитуды

вертикальных колебаний от расстояния

при прохождении КРАЗа

15 20

Расстояние, м

плитуда

, мк

Спектры перемещений по z (рис. 3.9) показывают, что энергонесущие частоты на

близком расстоянии занимают диапазон 9–22 Гц.

Рис. 3.9. Спектры перемещений колебаний грунта при движении

автотранспорта по точкам расстановки (см. рис. 3.2)

С удалением точки измерения от источника частотный состав импульса фильтру-

ется и остается практически только одна составляющая с частотой 12,7 Гц, соответст-
вующая основной частоте, полученной при проколачивании грунта тампером.

3.2. Трамвайное движение

Как и при движении автотранспорта, наибольшие амплитуды вибрации грунта от-

мечаются  при  прохождении  трамваем  траверса  расстановки  (рис. 3.10). Средняя  ско-
рость движения составляла 10–11 км/ч. Отличительной особенностью являлась реализа-
ция  перемещений  грунта  с  частотой 0,4–0,5 Гц  по  всем  составляющим  в  точке
измерения,  наиболее  близко  расположенной  к  трамвайному  пути,  при  прохождении
движущимся по нему трамваем траверса расстановки в количестве 4–5 волн.

Рис. 3.10. Фрагмент осциллограммы колебаний грунта при прохождении двойного трамвая

по дальнему пути (начало фрагмента – подход к линии измерения; прослеживаются импульсы

от удара колес по стыкам рельсов)

Этот феномен можно объяснить продвижением вместе с трамваем «деформаци-

онной ямы» в грунте, вызванной его весом. Отнести его на счет нарушения демпфи-

1z

1y

1x

Частота, Гц

(

мк

(

мк

рования сейсмоприемников нельзя, так как до
начала низкочастотных колебаний и по их
окончании регистрирующая аппаратура рабо-
тала нормально.

Изменение амплитуд вертикальных коле-

баний с удалением точки измерения от оси
движения трамвая (рис. 3.11) может быть ап-
проксимировано:

– для одинарного трамвая по формуле

= 27,4 exp(–0,11r), (3.3)

– для двойного – по формуле

= 36,2 exp(–0,10r). (3.4)

Приведенные на рис. 3.12 спектры Фурье

для вертикальной составляющей по точкам из-
мерения свидетельствуют о том, что для трам-

вайного движения сохраняется общая закономерность изменения, характерная для авто-
мобильного движения, хотя спектры имеют более «размытый» характер.

Рис. 3.12. Спектры перемещений колебаний грунта при движении двойного трамвая

по ближнему пути по точкам расстановки (см. рис. 3.2)

Спектр колебаний в наиболее близкой к трамвайным путям точке № 1 является

наиболее широкополосным по сравнению с остальными и имеет три убывающих по ве-
личине пика на частотах, равных примерно 26, 50 и 71 Гц.

В точке № 2 два высокочастотных пика сливаются в один на частоте примерно

58 Гц, при сохранении основного пика – на частоте примерно 26 Гц, а в точке № 3 и 4
остается только один пик на частоте примерно 32 Гц (второй основной частоте, полу-
ченной при проколачивании грунта). Такая быстрая фильтрация импульса на расстоянии

Рис. 3.11. Зависимость амплитуды

вертикальных колебаний грунта от

расстояния для трамвайного трафика

0 5 10

15 20

Расстояние, м

плитуда

, мк

Двойной

Одинарный

(

мк

(

мк

Частота, Гц

(

мк

(

мк

примерно 10 м определяется характером слабых водонасыщенных грунтов, имеющих,
как правило, высокие фильтрационные свойства. Это отмечается в научно-технических
публикациях, связанных с проведением полевых геофизических наблюдений по уточне-
нию сейсмичности площадок предполагаемого строительства [25].

Следует отметить, что для всех режимов движения характерны колебания с суще-

ственно более высокими частотами, чем для автомобильного движения.

3.3. Железнодорожное движение

В 1991 г. при исследовании технологической вибрации галерей угольных транс-

портеров на АртемТЭЦ для оценки влияния прохождения поездов были проведены из-
мерения грунта в четырех трехкомпонентных точках (составляющая Y перпендикулярна
железнодорожному  пути) [59]. Удаление  точек  измерения  от  оси  пути  составляло  при-
мерно 4 м (точка № 1), 17 м (точка № 2), 30 м (точка № 3) и 40,0 м (точка № 4). Для со-
поставимости  несинхронных  измерений  они  проводились  только  при  движении  пасса-
жирских  элетропоездов,  проходивших  со  скоростью  примерно 30 км/ч  и  имевших
примерно одинаковый вес. Типовая осциллограмма приведена на рис. 3.13.

Инженерно-геологическое обследование примыкающей непосредственно к желез-

нодорожным  путям  площадки  угольного  склада  АртемТЭЦ,  выполненное  Новосибир-
ским  отделением  Всесоюзного  проектного  института
«Теплоэлектропроект»,  выявило  следующий  состав
грунта в этом районе:

– насыпной грунт мощностью примерно 2,5 м;
– торф рыхлый в виде отдельных прослоев и

линз мощностью 1,1 м;

– суглинок с прослоями глин и водонасыщен-

ного песка мощностью 4,0 м;

– песок водонасыщенный с включением гравия

(до 40%) и мощностью 0,7 м;

– суглинок с включением дресвы и щебня

(до 30%) и мощностью 23,0 м;

– аллювиальный суглинок и глина неустанов-

ленной мощности.

Уровень грунтовых вод составляет 0,5 м.
Результаты дискретной мажорантной обработки, приведенные в табл. 3.3 и на рис.

3.14, могут быть представлены следующими аппроксимациями в зависимости от удаления
точки измерения от оси железнодорожного пути (r) и средних частот октавных полос (f

СЧ

Составляющие:

)

exp(

...

Гц

)

exp(

...

Гц

)

exp(

...

Гц

)

exp(

...

Гц

)

exp(

...

Гц

)

exp(

...

Гц

по

СЧ

−

по

−

)

exp(

)

exp(

)

exp(

)

exp(

по

−

⎪

⎪
⎭

⎪

⎪
⎬

⎫

Установленное позволяет сделать следующие выводы:
– наиболее интенсивной по перемещениям во всем частотном диапазоне являет-

ся вертикальная вибрация, наименьшей – горизонтальная в продольном по отношению к
железнодорожному пути направлению;

– низкочастотные составляющие проявляются в основном в наиболее близкой к

железнодорожному пути точке измерений;

Рис. 3.13. Осциллограммы вибрации

грунта в точке № 4

при прохождения электропоезда

– по составляющим X и Z амплитуды изменяются по экспоненциальным зако-

нам, по составляющей Y – по полиномиальному закону;

– характер изменения степеней в экспоненциальных законах показывает, что вы-

сокочастотные составляющие имеют наиболее быстрое затухание.

Таблица 3.3

Сводные результаты измерений вибрации грунта от железнодорожного трафика

на площадке угольного склада АртемТЭЦ (определяющая частота, Гц / амплитуда, мк)

Точка № 1

Точка № 2

X Y Z X Y Z

0,7/25,3
2,8/15,0

5,5/8,0
8,7/2,9

12,6/5,1
24,6/4,1

1,3/31,4
2,2/15,1
4,7/10,2

9,4/6,0

13,1/4,6
26,6/3,6

0,9/45,1

–

3,1/23,3

7,4/9,7

15,2/16,7

24,3/2,0

–

2,5/10,0

5,0/5,4
6,8/1,6

13,6/2,5
24,2/0,9

–

1,8/2,2
5,5/1,3
8,0/1,1

15,2/0,9
27,3/0,5

–
–

8,3/17,6
12,0/5,2
17,6/9,2
45,0/1,7

Точка № 3

Точка № 4

X Y Z X Y Z

–

2,6/6,5
5,7/3,8

11,2/0,8

–

33,5/0,3

–

2,1/1,5
4,0/0,9

10,4/0,6
18,7/0,4
28,8/0,2

–
–

4,8/13,3
11,6/2,1
19,7/4,2
29,1/1,6

–
–
–

9,7/0,6

16,2/1,0
27,6/0,2

–

1,6/2,0
3,2/1,1

10,0/1,7
14,7/0,3
26,6/0,2

–
–

5,0/10,4

8,7/5,8

13,0/2,1
31,7/1,2

Рис. 3.14. Изменение амплитуд колебаний в октавных полосах по составляющим

в зависимости от расстояния (цифрами указана средняя геометрическая частота октавной полосы)

0,1

100

0 10

30 40 50

Расстояние, м

плитуда

, мк

0,1

100

Расстояние, м

плитуда

, мк

100

0 10

Расстояние, м

плитуда

, мк

В 1993 г. при проектировании здания

банка по ул. Портовой в г. Находка (рис. 3.15)
возникла  необходимость  в  определении
уровня  воздействия  вибрации  железнодо-
рожного  движения  на  оборудование  предпо-
лагавшегося к размещению в банке компью-
терного

межбанковского

регионального

центра [60].

Здание предполагалось разместить на

краю обрыва с отметками в районе предпола-
гаемой площадки строительства +18–22 м.
Ниже обрыва на отметках +2–3 м располага-
лась система железнодорожных путей бере-
говых судоремонтных предприятий, торгово-
го морского порта и железнодорожного узла.

По данным изысканий ОАО «Примор-

гражданпроект»,  грунты  площадки  были
представлены  (скважины 2–3) насыпными
грунтами  мощностью 1,5–2,3 м  и  рухляковыми  гранодиоритами  мощностью 5,5–9,8 м
с подстилающими трещиноватыми гранодиоритами.

Первая трехкомпонентная точка измерения вибрации (точка № 1) с составляющей Х,

перпендикулярной ближайшей нитке железнодорожных путей, располагалась непосред-
ственно на площадке (отметка +18 м), вторая – по склону на выходе гранодиоритов на
отметке +7 м (рис. 3.15). Расстояние по горизонтали до точки № 1 от оси ближайшего
железнодорожного пути составляло около 20 м, до точки № 2 – 7 м.

Регистрации производились при движении составов различного типа по ближай-

шему железнодорожному пути (табл. 3.4) со скоростью около 25–45 км/ч.

Таблица 3.4

Сводные результаты измерений вибрации грунта от железнодорожного трафика

при испытаниях на площадке под строительство банка в Находке

Режим

трафика

Определяющая частота, Гц / амплитуда, мк

Точка № 1 (площадка)

Точка № 2 (склон)

X Y Z

Состав из нефтяных цистерн (весом 120 т,
скорость примерно 45 км/ч)

47/1,1
58/1,3

5/0,8

58/0,8

47/1,3

–

77/1,6

–

46/0,9
97/1,7

59/0,4

–

Пассажирский электропоезд
(скорость примерно 25 км/ч)

24/1,0
78/0,4

24/1,3
59/0,6

37/0,6

–

98/0,5

–

39/1,1
70/0,5

39/0,1

–

Грузовой состав из вагонов с углем
(скорость примерно 30 км/ч)

29/0,3
42/0,8
72/0,5

2/1,7

26/2,1
34/0,8

39/1,2

–
–

59/0,2
98/0,2

–

37/0,2
59/1,3

–

23/0,8
39/0,3

–

Состав порожних платформ (скорость
примерно 45 км/ч)

23/0,8
78/0,8

33/1,2
58/0,7

39/0,8

–

55/0,3

–

44/0,1

–

26/1,0

–

Типовая осциллограмма колебаний представлена на рис. 3.16.
На основании представленных на рис. 3.17 результатов обработки измерений мож-

но сделать следующие выводы:

1. В обеих точках измерения колебания имеют преобладающий высокочастотный

характер в полосе 20–100 Гц; отличительной особенностью колебаний по Y в точке № 1
является наличие составляющих с частотой примерно 2–5 Гц при прохождении тяжело-
груженых составов, что соответствует частоте прохождения колесных тележек смежных
вагонов мимо точки измерения.

Рис. 3.15. Ситуационный план измерения

железнодорожной вибрации на площадке

строительства банка в г. Находка:

1 – проектный контур здания;

2 – железнодорожные пути;

▼

– точки измерения вибрации

2. По горизонтальным составляющим

вибрации  соизмеримы  по  амплитудам,  а  по
частотам  для  точки  № 1 характерны  более
низкие частоты, что можно  объяснить нали-
чием  в  месте  расположения  точки  № 1 дос-
таточно мощного слоя насыпных грунтов.

3. По составляющей z вибрации в точ-

ке  № 1 имеют  большую  амплитуду  и  груп-
пируются  в  середине  частотного  диапазона
измерений  в  точке  № 2, что  также  можно
объяснить наличием в верхнем слое рыхлых
грунтов.

Дополнительные измерения вибрации

грунта от движения железнодорожных со-
ставов были выполнены в 2005 г. в районе
пригородной станции «Чайка» (Владивосток).

Грунт в районе измерений (данные ОАО «ПриморТИСИЗ») представлен:
– щебнем и дресвой с суглинком (от 20 до 30%) мощностью 7,8 м;
– трещиноватыми порфиритами неустановленной мощности.

Рис. 3.17. Ансамбли мажорантных дискретных оценок вибрации грунта на площадке строительства

банка в Находке: I, II – соответственно точки № 1, 2

Расстановка аппаратуры была аналогична расстановке при вышеизложенных изме-

рениях вибрации от автомобильного и трамвайного движения: трехкомпонентные точки
находились на удалении примерно 3,2; 8,2; 14,2 и 20,7 м от оси ближайшего пути. Ско-
рость движения поездов составляла приблизительно 26–38 км/ч. Фрагмент осциллограм-
мы прохождения пригородного пассажирского электропоезда представлен на рис. 3.18.

Судя по регистрациям, при измеренных скоростях прохождения состава «дефор-

мационная яма» опережает его примерно на 0,5 с и движется вместе с ним. Регистриру-
ется она всеми датчиками только точки № 1, что говорит о ее локальном характере. За-
кономерность изменения перемещений позволяет связать их с прохождением смежных
колесных пар вагонов.

Преобладающий период этих колебаний для всех составляющих равен примерно

1,2 с (≈ 0,8 Гц). На него накладываются колебания с периодом, который в два раза
меньше по величине (≈ 1,6 Гц). В развитой части колебательного процесса для состав-
ляющей z амплитуда первой гармоники равна примерно 33 мк, второй – 16 мк, у состав-
ляющей y соответственно 21 и 10 мк, у составляющей x – 16 и 6 мк.

Точка № 1

Точка №2

Рис. 3.16. Осциллограмма вибрации грунта

от движения состава нефтяных цистерн

0,5

1,5

20 40 60 80 100

Частота, Гц

плитуда

, мк

По Х

0,5

1,5

2,5

60 80 100

Частота, Гц

плитуда

, мк

По Y

Рис. 3.18. Осциллограмма колебаний грунта при прохождении пригородного электропоезда,

соответствующая подходу головного вагона и связанной с ним «деформационной ямы»

к траверсу расстановки аппаратуры

По сравнению с вибрацией грунта от автомобильного и трамвайного движения ко-

лебательный процесс существенно сдвинут в высокочастотную область (рис. 3.19).

Рис. 3. 19. Спектры перемещений грунта при движении пригородного электропоезда

по ближнему пути по точкам расстановки аппаратуры

Для составляющей z широкополосный спектр колебаний в точке № 1 имеет два

выраженных пика на частотах примерно 13 и 103 Гц.

В промежутке между ними расположен энергонасыщенный диапазон с плавным

увеличением до пика на частоте примерно 77 Гц.

В точке № 2 крайние пики остаются почти на месте, а средний распадается на два с

максимами на частотах примерно 42 и 6,5 Гц.

0 20 40

100 120

Частота, Гц

(

80 100 120

Частота, Гц

(

0 20 40 60 80

100

120

(

Частота, Гц

100 120

Частота, Гц

(

К точке № 3 подходит еще более отфильт-

рованный импульс с основным пиком на частоте
примерно 33 Гц и меньшим по величине на час-
тоте примерно 19 Гц.

На трассе от точки № 3 к точке № 4 фильтра-

ция импульса продолжается, в результате чего ос-
тается только один пик на частоте примерно 33 Гц.

Представленная на рис. 3.20 закономерность

изменения амплитуд вертикальных вибраций мо-
жет быть аппроксимирована полиномиальным
уравнением

= –0,003r

+ 0,158r

– 2,76r + 17,1. (3.5)

На записях в точке № 1 по всем составляю-

щим четко просматриваются пики, соответст-
вующие прохождению колес через стыки рельсов.
Частота генерируемых ими импульсов составляет

примерно 80 Гц, а амплитуда примерно вдвое больше, чем на смежных участках осцилло-
грамм. На регистрациях в более удаленных точках такие пики не наблюдаются.

Выводы

Проведенные экспериментальные точечные и линейные измерения вибрации грун-

та от автомобильного, трамвайного и железнодорожного движения дают основание для
следующих выводов:

1. Автомобильный транспорт генерирует наименее интенсивные колебания грунта

по амплитуде и частоте, железнодорожный – наибольшие. Трамвайное движение по
этим параметрам занимает промежуточное положение.

2. Несмотря на различные источники генерирования, колебания грунта имеют мно-

го общего с точки зрения физики явления, а именно:

1) возникая как широкополосные, колебания быстро (на трассе протяженностью

около 10 м) фильтруются до одной определяющей частоты, связанной с типом грунта;

2) при движении автомобильного транспорта и трамваев колебания грунта имеют

переходный характер практически без стационарного участка; при движении железно-
дорожного транспорта длительность среднего участка, на котором процесс колебаний
можно рассматривать как стационарный процесс, определяется длиной состава;

3) при движении трамваев и железнодорожного транспорта на общем фоне прослежи-

ваются четко выраженные импульсы от ударов колес при прохождении стыков рельсов;

4) при движении трамваев и железнодорожного транспорта грунт проседает под

действием их веса – образуется «деформационная яма», которая перемещается со скоро-
стью движения транспорта; в поперечном направлении размеры этого образования со-
ставляют 5–6 м.

3. Сводные зависимости колебаний грунта в фазовой плоскости «частота –

перемещение» для движения различных видов транспорта, представленные на рис. 3.21,
дают основание установить следующее. В принципе автомобильное движение генериру-
ет колебания грунта существенно меньше допустимых (рис. 3.21, а) для грунтов доста-
точно высокого качества по динамическим свойствам. Даже трехсигмовый доверитель-
ный интервал не достигает допустимого значения. Однако для слабых водонасыщенных
грунтов ее уровень может вплотную приближаться к допустимому. Так, например, изме-
рения динамики грунта у автомобильного моста в пос. Большой Камень практически
выпадают из совокупности реализаций для грунтов Владивостока.

Рис. 3.20. Зависимость амплитуды

вертикальных колебаний грунта

от расстояния при прохождении

электропоезда

0 5 10 15 20 25

Расстояние, м

плитуда

, мк

Иная картина представляется для трамвайного движения. Практически все мажо-

рантные дискретные оценки амплитуд колебаний грунта превышают нормативно-
допустимый уровень (рис. 3.21, б).

а б

Рис. 3.21. Соотношение между мажорантными оценками колебаний грунта при автобусном (а)

и трамвайном (б) движении и нормативно-допустимыми оценками: 1 – шкалы Reiher – Meister;

2 – тренд; 3, 4 – трех- и односигмовые доверительные интервалы

(

♦

–

Большой Камень;

■

– переход на Морском городке;

▲

– ул. Борисенко)

Зависимость колебаний грунта от частоты при движении железнодорожных соста-

вов (рис. 3.22) показывает, что только для измерений на ст. Tarumi (станция № 1) ампли-
туды превышают допустимый порог. Для всех измерений, представленных в настоящей
работе, области реализаций дискретных мажорантных амплитуд не превышают границы
шкалы Reiher – Meister, определяющей появление в штукатурке охраняемых сооружений
мелких трещин, что по описательной части шкалы MSK-64 соответствует сейсмическим
воздействиям интенсивностью 6 баллов.

Рис. 3.22. Сводка мажорантных дискретных оценок колебаний грунта по вертикальной

составляющей от движения железнодорожных составов: 1, 2 – первый и второй районы ст. Tarumi;

3 – АртемТЭЦ; 4 – товарная контора железной дороги во Владивостоке;

5 – железнодорожный вокзал Владивостока; 6 – площадка под банк в г. Находка;

7 – предельно допустимые амплитуды по шкале Reiher – Meister

0,1

100

Частота, Гц

Амплитуд

а,

мк

по Z

0,1

100

1000

1 10

100

Частота, Гц

плитуда

, мк

100

плитуда

, мк

Частота, Гц

Ансамбли наблюдений по районам (рис. 3.22) могут быть представлены следую-

щими регрессиями (f – частота колебаний, Гц):

Tarumi (станция № 1)

= 199 f

–0,67

, стандарт 11,54 мк

Tarumi (станция № 2)

= 107 f

–0,91

, стандарт 1,64 мк

АртемТЭЦ

= 4,78 f

–0,93

, стандарт 4,78 мк

Товарная станция

= 2,06 f

–0,01

, стандарт 4,63 мк

Ж.-д. вокзал Владивостока

= 42,7 f

–1,24

, стандарт 2,43 мк

Площадка банка в г. Находка

= 0,05 f

–0,63

, стандарт 0,43 мк

4. Изложенное показывает, что мониторинг вибрации грунта от транспортного

движения является актуальной задачей, заслуживающей самостоятельного рассмотре-
ния. При его выполнении следует учесть скорость движения транспортных средств и их
вес. Особо стоит вопрос о совместном действии нагрузок от различных видов трафика.
Результаты могут явиться одним из определяющих факторов при составлении кадастра
грунтов территории.

При наблюдении случай благоприятст-

вует лишь подготовленным.

Луи Пастер

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВИБРАЦИИ

КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ ОТ ДВИЖЕНИЯ

АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА И ТРАМВАЕВ

В настоящей и последующих главах выполнены анализ и статистическое обобще-

ние результатов измерения вибрации строительных конструкций (в частности, межэтаж-
ных перекрытий ряда сооружений, являющихся в основном памятниками архитектуры),
генерированной различными видами транспорта; установлены общие закономерности и
взаимосвязи между определяющими параметрами колебаний, а также оценка риска пре-
вышения вибрацией нормативно-допустимых уровней.

4.1. Здание торгового центра (владивостокский ГУМ)

Общая ситуация. Построенное в 1906 г. здание владивостокского ГУМа располо-

жено на главной транспортной магистрали города (рис. 4.1), по которой в период суще-
ствования здания проходит движение городских трамваев и автотранспорта, существен-
но усилившиеся за последние годы.

Здание ГУМа – кирпичное, трехэтажное,

с  мансардой,  высота  помещений – 4,0 м.
Габаритные  размеры  составляют  по  плану
85,1 × 38,6 м. Фундамент ленточный. Уклон
территории вдоль здания составляет в сред-
нем 4º. При  реконструкции  в 60-х  гг.
ул.  Светланской  были  срезаны  ступенчатые
тротуары – своеобразные подпорные стенки
по  фасаду  здания – и  частично  оголен  его
фундамент. На расстоянии 13,6 м от фасада
проходит двухколейный трамвайный путь.

По данным ОАО «ПриморТИСИЗ»,

грунты в районе ГУМа представлены щебе-
нистой глиной и суглинками мощностью
8,8–13,5 м и подстилающими их трещинова-
тыми порфиритами с уклоном в сторону

бухты Золотой Рог до 20º. Установившийся уровень подземных вод вскрыт на глубинах
7,2–12,1 м на границе контакта суглинков и скальных пород.

Имеющиеся в некоторых конструктивных элементах здания трещины связывались

с сенсорно-ощутимыми  колебаниями перекрытий, на что обращалось внимание при об-
следованиях здания, выполненных в 1985 г. ДальНИИС Госстроя СССР [61] и в 1990 г.
краевой проектной конторой «Приморремпроект» МЖКХ РСФСР [62]. Однако при обо-
их  обследованиях  инструментальное  определение  параметров  колебаний  перекрытий,
как  собственных,  так  и  вынужденных,  от  движения  транспорта  и  сопоставление  их
с действующим нормативными документами [63] не были выполнены.

В 1997 г. по просьбе администрации ГУМа было проведено экспериментальное об-

следование транспортной вибрации перекрытий здания между вторым и третьим этажа-
ми (рис. 4.2).

Для залов № 1, 3 и 4 измерительные схемы были одинаковы: сейсмоприемники по

составляющей Z располагались по серединам сторон опорного контура (измерение ки-

Рис. 4.1. Здание ГУМа (автотранспорт

движется по ул. Светланской,

перпендикулярная ей – ул. Уборевича)

Перед началом измерений каждого перекрытия регистрировались его свободные ко-

лебания по составляющей Z, генерированные однократным «подпрыгиванием» в центре.

Для всех измерительных схем регистрация колебательных процессов проводилась

при следующих режимах транспортного движения:

1. Общий транспортный фон (ОФ) при движении только автомобилей.
2. То же плюс движение одинарных и двойных трамваев в центр города (ближний

к зданию трамвайный путь) и в район ул. Луговая.

3. Одновременное прохождение трамваев в обоих направлениях.
Скорость движения трамваев составляла 9,7–12,6 км/ч, а средняя продолжитель-

ность их прохождения обследуемой части здания равнялась 10–15 с. Типовые записи
транспортной вибрации представлены на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Типовые виброграммы (по составляющей Z) перекрытия зала № 1

от общего фона автомобильного движения (а) и встречного движения трамваев (б)

(номера датчиков соответствуют указанным на рис. 3.1)

Кроме этого для каждого перекрытия производились определения свободных зату-

хающих колебаний, генерированных однократным «подпрыгиванием» в его центре.

Статистические оценки частот основного тона, определенные последовательными

промерами осциллограмм свободных колебаний перекрытий, и коэффициенты затухания
в долях от критического ξ = δ/2π, приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Габаритные размеры и основные динамические характеристики перекрытий

Номер зала

№ 1

№ 2*

№ 3

№ 4

Габаритные размеры, м

33,5 × 7,0

3,5 × 7,2

25,6 × 10,6

22,1 × 7,8

Частота основного тона, Гц

6,0 ± 0,37

6,5 ± 0,22

4,9 ± 0,13

5,8 ± 0,09

Коэффициент затухания ξ

0,05 ± 0,007

0,06 ± 0,004

0,03 ± 0,001

0,07 ± 0,009

* Для зала № 2 указаны размеры обследованного участка перекрытия (рис. 4.2).

Спектральный анализ. Для всех точек измерения был выполнен анализ Фурье (по

перемещениям), который выявил следующие закономерности:

1. При всех режимах движения для всех точек измерения прослеживаются пики на

частотах, близких к основным тонам перекрытий и в частотном диапазоне 2–3 Гц, соот-
ветствующем, по-видимому, частоте основного тона вертикальных колебаний здания как
единого массива на упругом основании.

2. Для точек контура перекрытий при прохождении трамваев в одном направлении

упомянутые пики выражены наиболее четко. При встречном движении они существенно

«размыты» (рис. 4.4, а) в результате интерференции волновых полей, генерируемых
встречным движением их источников.

3. Во всех случаях для центров перекрытий было отмечено преобладающее значе-

ние пиков на обеих отмеченных частотах (рис. 4.4, б).

4. Для зала № 4 спектры имели наиболее размытый по частотному диапазону ха-

рактер (рис. 4.4, в).

а б

Рис. 4.4. Спектры колебаний перекрытий при различных режимах трафика:

а – одновременное прохождение двойного трамвая на ул. Луговую и одинарного – в центр (зал № 1);

б – движение двойного трамвая на ул. Луговую (зал № 2); в – движение двойного трамвая

в центр при интенсивном автомобильном движении по ул. Уборевича (зал № 4);

1 – спектры центров перекрытий

Это можно в определенной степени объяснить тем, что для зала № 4 движение ав-

тотранспорта происходило с двух сторон: дополнительно по ул. Уборевича, имеющей по
направлению к ул. Светланской уклон 10º и перпендикулярной ей.

5. Для перекрытия зала № 3, расположенного параллельно ул. Светланской, пики

спектров на обеих частотах имеют соизмеримую величину, что можно объяснить близо-
стью расположения данного перекрытия к транспортной магистрали.

Спектры реакций. В соответствии с вышеизложенной методикой для всех пере-

крытий были рассчитаны спектры реакций в двух вариантах: по осциллограммам каж-
дой точки опорного контура в отдельности, предполагая, что они полностью опреде-
ляют кинематическое возмущение перекрытия, и с учетом несинхронности движения
опорного контура.

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

(

)

Частота, Гц

0,05

0,1

0,15

0,2

(

)

Частота, Гц

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

Частота, Гц

(

)

Экспериментальная динамика сооружений - часть 4