Экспериментальная динамика сооружений - часть 4

 

  Главная      Учебники - Разные     Экспериментальная динамика сооружений

 

поиск по сайту            правообладателям  

 

 

 

 

 

 

 



 

 

содержание   ..  2  3  4  5   ..

 

 

Экспериментальная динамика сооружений - часть 4

 

 

 

51

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 

10 

15 

20 

25 

8  10 12 14 16

Расстояние, м 

Пара

мет

ры

 

I 

II

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 

10

20

30

40

50

60

70

0

5 10

15

А

м

плитуда

, мк

 

1

2 

3

4 

Частота, Гц 

 

52

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

z

 имеют 

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

 

a

z

 = 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 

 




 

 


Рис. 3.7. Осциллограмма вибрации грунта  

при прохождении КРАЗа 

Рис. 3.8. Зависимость амплитуды  

вертикальных колебаний от расстояния 

при прохождении КРАЗа 

2

3

4

5

6

7

5

10

15 20

25

Расстояние, м

А

м

плитуда

, мк

 

 

53

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
 

 

2z 

 

2y 

 

2x 

Частота, Гц 

Частота, Гц 

SF

d

(

f

), 

мк

 

SF

d

(

f

), 

мк

 

 

54

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 

 

a

z

 = 27,4 exp(–0,11r),              (3.3) 

 

–  для двойного – по формуле 

 

a

z

 = 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 

10 

20 

30 

0 5 10

15 20

Расстояние, м 

А

м

плитуда

, мк

 

Двойной 

Одинарный 

SF

d

(

f

), 

мк

 

SF

d

(

f

), 

мк

 

Частота, Гц 

Частота, Гц 

Частота, Гц 

Частота, Гц 

SF

d

(

f

), 

мк

 

SF

d

(

f

), 

мк

 

 

55

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: 

 

)

11

,

0

exp(

5

...

Гц

64

)

08

,

0

exp(

5

...

Гц

32

)

04

,

0

exp(

6

...

Гц

16

)

04

,

0

exp(

3

...

Гц

8

)

03

,

0

exp(

9

...

Гц

4

)

03

,

0

exp(

17

...

Гц

2

по

СЧ

r

а

r

a

r

a

r

a

r

a

r

a

Х

f

z

z

z

z

z

z

=

=

=

=

=

=

        

4

3

,

0

01

,

0

6

4

,

0

01

,

0

8

6

,

0

01

,

0

13

9

,

0

02

,

0

20

3

,

1

02

,

0

по

2

2

2

2

2

=

+

=

+

=

+

=

+

=

x

x

a

x

x

a

x

x

a

x

x

a

x

x

a

Y

z

z

z

z

z

       

)

01

,

0

exp(

2

)

06

,

0

exp(

22

)

05

,

0

exp(

12

)

02

,

0

exp(

26

по

r

a

r

a

r

a

r

a

Z

z

z

z

z

=

=

=

=

5

,

3



 

 

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 

 

56

–  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 

10 

100 

0  10

20

30 40 50

Расстояние, м

А

м

плитуда

, мк

8

16

32

64

Х

0,1

1

10

100

0

10

20

30

40

50

Расстояние, м

А

м

плитуда

, мк

1

2

16 

32

Y 

10 

100

0 10

20

30

40

50

Расстояние, м

А

м

плитуда

, мк

1

4

8

16

32

Z

 

57

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;  

1

 – точки измерения вибрации 

 

58

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 

А

м

плитуда

, мк

 

По Х 

II

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0

20

40

60 80 100

Частота, Гц 

А

м

плитуда

, мк

 

По Y

I

II 

 

59

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

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. 

 
 

 
 

1z 

 

1y 

 

1x 

2z 

 

2y 

 

2x 

20

40

60

80

0 20 40

60

80

100 120

Частота, Гц

SF

d

(

f

), 

м

к

1z

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0

20

40

60

80 100 120

Частота, Гц

SF

d

(

f

), 

м

к

2z

0 20 40 60 80

100

120

SF

d

(

f

), 

м

к

3z

Частота, Гц 

0

2

4

6

8

10

0

20

40

60

80

100  120

Частота, Гц

SF

d

(

f

), 

м

к

4z

 

60

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 

 

a

z

 = –0,003r

3

 + 0,158r

2

 – 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 

10 

12 

0  5  10 15 20 25

Расстояние, м 

А

м

плитуда

, мк

 

 

61

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

10

100

10

100 

Частота, Гц

Амплитуд

а, 

мк

 

1 

2

3

4 

5

6

по Z 

7 

0,1 

10

100 

1000 

1 10 

100

Частота, Гц

А

м

плитуда

, мк

 

1 

2

3

1

10

100

10

100

А

м

плитуда

, мк

 

1

2

4

Частота, Гц

 

62

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

щими регрессиями (f – частота колебаний, Гц): 

Tarumi (станция № 1)  

 

a

z

 = 199 f

 –0,67

, стандарт 11,54 мк 

Tarumi (станция № 2)  

 

a

z

 = 107 f

 –0,91

, стандарт 1,64 мк 

АртемТЭЦ 

 

 

 

a

z

 = 4,78 f

 –0,93

, стандарт 4,78 мк 

Товарная станция 

 

 

a

z

 = 2,06 f

 –0,01

, стандарт 4,63 мк 

Ж.-д. вокзал Владивостока   

a

z

 = 42,7 f

 –1,24

, стандарт 2,43 мк 

Площадка банка в г. Находка 

a

z

 = 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. 

 
 

 

63

       

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) 

 

64

нематического возбуждения) и в центре перекрытий. В зале № 2 измерения по аналогич-
ной схеме были выполнены для наибольшей по размерам средней части перекрытия, ог-
раниченной  сквозными  колоннами.  В  районе  колонны  между  залами  № 3 и 4 (узел  А, 
рис. 4.2, б), где вертикальная трещина в несущей стене имела наибольшую длину и рас-
крытие кромок (порядка 15 мм), основной целью измерений было установление наличия 
излома перекрытия по линии несущей стены. Измерения производились последователь-
но по залам. 

 

 

 

                                                         а                                                                                          б 

 

в 

 

Рис. 4.2. Ситуационная схема испытаний здания ГУМа (а), система 

измерений на перекрытиях третьего этажа (б) и в районе колонны с трещиной  

в перекрытии и стене (в): 1 – здание ГУМа; 2 – обследованная часть; 3 – трамвайные пути;  

2

 – номер зала; ▼

5

 – точка измерения вибрации и ее порядковый номер 

 

Расстановка в узле А 

 

65

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 

 

66

«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 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

в 

 

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

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0

10

20

1

SF

d

(

f

Частота, Гц 

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0

10

20

1

SF

d

(

f

Частота, Гц 

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0

5

10

15

20

Ч

Г

1

Частота, Гц 

SF

d

(

f

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  2  3  4  5   ..