ЖК «Юбилейный» расположен достаточно близко от цехов кузнечного производства ОАО «ЧКПЗ» и при работе кузнечного оборудования (молотов) дома испытывают, значительные динамические воздействия.

При этом полная нагрузка на здания складывается из статической и динамической составляющих.

Динамические составляющие характеризуются частотой и амплитудой, вызывая колебательный характер возникающих при этом внутренних усилий в сооружениях. Для динамического исследования натурных конструкций требуется изучить особенности их колебаний, т. е. определить их динамические характеристики (диапазон частот, амплитуд, декрементов колебаний).

Настоящий отчёт посвящён экспериментальным динамическим исследованиям характеристик сооружений. 

Целью самих исследований было изучение динамических явлений в зданиях, вызванных техногенными вибрациями различного происхождения и фиксируемых в контрольных точках (рис. 1, рис. 2). Динамические характеристики зданий представляют особый инструмент анализа их состояния, однако динамические расчеты часто дают результаты, далекие от реальной загруженности. Это связано с неопределённостью многих параметров расчётной модели. Проведение натурного эксперимента позволяет отразить реальные динамические процессы, происходящие в зданиях, определить динамические параметры зданий, оценить повреждённость зданий и т. п. Для вибродиагностики зданий в настоящей работе используются аналого-цифровой комплекс измерительной аппаратуры фирмы «Bruel&Kjer» и программный комплекс «Атлант».

Для оценки динамического воздействия на конструкции зданий, жителей этих домов применены различные критерии, разработанные в нормативных документах [1-4].

На основании опыта проведения виброиспытаний были приняты следующие схемы размещения первичных измерительных приборов на зданиях и на грунте (рис. 1, рис. 2):

— КТ-1/КТ-4 на грунте;

— КТ-5, КТ-8, КТ-11, КТ-14 в верхней части фундаментов зданий;

— КТ-6, КТ-9, КТ-12, КТ-15 на 7 этаже зданий;

— КТ-7, КТ-10, КТ-13, КТ-16 на техническом этаже зданий.

Расположение всех контрольных точек выбиралось вдоль торцевых стен зданий, ближайших к территории ОАО «ЧКПЗ».

В эксперименте изучались вертикальные, горизонтально-поперечные, горизонтально продольные колебания зданий.

Натурные исследования предъявляют свои специфические требования к виброизмерительной аппаратуре. Для измерения параметров колебаний она должна обладать очень высокой чувствительностью, чтобы фиксировать виброхарактеристики. Кроме того, в натурных условиях представляют интерес низкочастотные колебания от долей герца до нескольких десятков герц (примерно 0,3-50 Гц) при специфических техногенных воздействиях до 400 Гц. Таким условиям удовлетворяют пьезоэлектрические акселерометры фирмы «Bruel&Kjer». Эти акселерометры работают с предусилителями этой фирмы 2623 и виброметрами 2511, 3513, 2513, которые выдают аналоговый сигнал. При помощи АЦП он преобразуется в цифровой сигнал. Комплекс «Атлант» функционирует на персональном компьютере и позволяет проводить настройку сценариев эксперимента, осуществлять хранение и поиск нужного сценария в базе данных, проводить сквозную калибровку каналов, проводить измерение в реальном масштабе времени с одновременной архивацией и визуализацией экспериментальных данных, получать и просматривать результаты. Вся информация сохраняется в формате базы данных и доступна для дальнейшей обработки и сравнительного анализа.

В состав виброизмерительной системы входят:

— высокочувствительные пьезоэлектрические акселерометры 4370 и 4384 фирмы «Bruel&Kjer»;

— интегрирующий виброметр 2513 фирмы «Bruel&Kjer»;

— портативный виброанализатор 3513 фирмы «Bruel&Kjer», состоящий из виброметра общего назначения 2511 и перестраиваемого полосового фильтра 1621;

— многоканальный синхронный регистратор «Атлант» фирмы «Вибро-Центр»;

Все приборы, используемые для вибродиагностического обследования фундамента здания, прошли механическую проверку на специальном калибровочном оборудовании и метрологически аттестованы в установленном порядке.

Пьезоэлектрический акселерометр нужно надёжно прекрепить к поверхности объекта, подвергаемого вибродиагностическому обследованию, в выбранной контрольной точке. Надёжность крепления и качество механической связи между акселерометром и объектом диагностирования являются основными условиями получения точных и воспроизводимых результатов измерения и анализа параметров вибраций.

Для крепления пьезоэлектрического акселерометра предназначен поставляемый в комплекте с виброметрами 2513 и 3513 крепежный магнит UA0642, специальная конструкция которого обеспечивает точное воспроизводимое измерение параметров вибрации во всем частотном диапазоне виброметров. Поверхность объекта диагностирования в месте установки магнита должна быть ровной, однако с учётом некоторого снижения частотного и динамического диапазона магнит допускает установку акселерометра и на криволинейные поверхности.

В связи с тем, что направление от ударного воздействия комплекса молотов не соответствовало ни одной из главных осей зданий, как правило, регистрировались все три компонента по x, y, z точек измерения, направление главных осей зданий при этом соответствовало составляющим (рис. 1, рис. 2). Колебание грунта в точках КТ-1, КТ-2, КТ-3, КТ-4 применялось за исходное воздействие удара комплекса молотов на здания. Регистрация колебаний зданий велась в двух режимах под воздействием комплекса ударных молотов и от динамического фона внешней среды.

Связь между специалистами, работающих на молотах, осуществляющими запись колебаний и контрольных точках КТ-1?КТ-16, осуществлялась по мобильному телефону.

С помощью этих характеристик можно распознать признаки аномальных проявлений изменения дефектного состояния здания и его фундамента, так как собственная частота характеризует несущую способность, а коэффициент демпфирования позволяет оценить зарождающиеся дефекты. 

div style="text-align: justify;">ЖК «Юбилейный» расположен достаточно близко от цехов кузнечного производства ОАО «ЧКПЗ» и при работе кузнечного оборудования (молотов) дома испытывают, значительные динамические воздействия.

При этом полная нагрузка на здания складывается из статической и динамической составляющих.

Динамические составляющие характеризуются частотой и амплитудой, вызывая колебательный характер возникающих при этом внутренних усилий в сооружениях. Для динамического исследования натурных конструкций требуется изучить особенности их колебаний, т. е. определить их динамические характеристики (диапазон частот, амплитуд, декрементов колебаний).

Настоящий отчёт посвящён экспериментальным динамическим исследованиям характеристик сооружений. 

Целью самих исследований было изучение динамических явлений в зданиях, вызванных техногенными вибрациями различного происхождения и фиксируемых в контрольных точках (рис. 1, рис. 2). Динамические характеристики зданий представляют особый инструмент анализа их состояния, однако динамические расчеты часто дают результаты, далекие от реальной загруженности. Это связано с неопределённостью многих параметров расчётной модели. Проведение натурного эксперимента позволяет отразить реальные динамические процессы, происходящие в зданиях, определить динамические параметры зданий, оценить повреждённость зданий и т. п. Для вибродиагностики зданий в настоящей работе используются аналого-цифровой комплекс измерительной аппаратуры фирмы «Bruel&Kjer» и программный комплекс «Атлант».

Для оценки динамического воздействия на конструкции зданий, жителей этих домов применены различные критерии, разработанные в нормативных документах [1-4].

На основании опыта проведения виброиспытаний были приняты следующие схемы размещения первичных измерительных приборов на зданиях и на грунте (рис. 1, рис. 2):

— КТ-1/КТ-4 на грунте;

— КТ-5, КТ-8, КТ-11, КТ-14 в верхней части фундаментов зданий;

— КТ-6, КТ-9, КТ-12, КТ-15 на 7 этаже зданий;

— КТ-7, КТ-10, КТ-13, КТ-16 на техническом этаже зданий.

Расположение всех контрольных точек выбиралось вдоль торцевых стен зданий, ближайших к территории ОАО «ЧКПЗ».

В эксперименте изучались вертикальные, горизонтально-поперечные, горизонтально продольные колебания зданий.

Натурные исследования предъявляют свои специфические требования к виброизмерительной аппаратуре. Для измерения параметров колебаний она должна обладать очень высокой чувствительностью, чтобы фиксировать виброхарактеристики. Кроме того, в натурных условиях представляют интерес низкочастотные колебания от долей герца до нескольких десятков герц (примерно 0,3-50 Гц) при специфических техногенных воздействиях до 400 Гц. Таким условиям удовлетворяют пьезоэлектрические акселерометры фирмы «Bruel&Kjer». Эти акселерометры работают с предусилителями этой фирмы 2623 и виброметрами 2511, 3513, 2513, которые выдают аналоговый сигнал. При помощи АЦП он преобразуется в цифровой сигнал. Комплекс «Атлант» функционирует на персональном компьютере и позволяет проводить настройку сценариев эксперимента, осуществлять хранение и поиск нужного сценария в базе данных, проводить сквозную калибровку каналов, проводить измерение в реальном масштабе времени с одновременной архивацией и визуализацией экспериментальных данных, получать и просматривать результаты. Вся информация сохраняется в формате базы данных и доступна для дальнейшей обработки и сравнительного анализа.

В состав виброизмерительной системы входят:

— высокочувствительные пьезоэлектрические акселерометры 4370 и 4384 фирмы «Bruel&Kjer»;

— интегрирующий виброметр 2513 фирмы «Bruel&Kjer»;

— портативный виброанализатор 3513 фирмы «Bruel&Kjer», состоящий из виброметра общего назначения 2511 и перестраиваемого полосового фильтра 1621;

— многоканальный синхронный регистратор «Атлант» фирмы «Вибро-Центр»;

Все приборы, используемые для вибродиагностического обследования фундамента здания, прошли механическую проверку на специальном калибровочном оборудовании и метрологически аттестованы в установленном порядке.

Пьезоэлектрический акселерометр нужно надёжно прекрепить к поверхности объекта, подвергаемого вибродиагностическому обследованию, в выбранной контрольной точке. Надёжность крепления и качество механической связи между акселерометром и объектом диагностирования являются основными условиями получения точных и воспроизводимых результатов измерения и анализа параметров вибраций.

Для крепления пьезоэлектрического акселерометра предназначен поставляемый в комплекте с виброметрами 2513 и 3513 крепежный магнит UA0642, специальная конструкция которого обеспечивает точное воспроизводимое измерение параметров вибрации во всем частотном диапазоне виброметров. Поверхность объекта диагностирования в месте установки магнита должна быть ровной, однако с учётом некоторого снижения частотного и динамического диапазона магнит допускает установку акселерометра и на криволинейные поверхности.

В связи с тем, что направление от ударного воздействия комплекса молотов не соответствовало ни одной из главных осей зданий, как правило, регистрировались все три компонента по x, y, z точек измерения, направление главных осей зданий при этом соответствовало составляющим (рис. 1, рис. 2). Колебание грунта в точках КТ-1, КТ-2, КТ-3, КТ-4 применялось за исходное воздействие удара комплекса молотов на здания. Регистрация колебаний зданий велась в двух режимах под воздействием комплекса ударных молотов и от динамического фона внешней среды.

Связь между специалистами, работающих на молотах, осуществляющими запись колебаний и контрольных точках КТ-1?КТ-16, осуществлялась по мобильному телефону.

С помощью этих характеристик можно распознать признаки аномальных проявлений изменения дефектного состояния здания и его фундамента, так как собственная частота характеризует несущую способность, а коэффициент демпфирования позволяет оценить зарождающиеся дефекты. 

Фоновые микроколебания всегда имеют место и связаны с динамическими воздействиями самого различного характера (проезд автотранспорта, работа различного оборудования, разного рода строительные и монтажные работы и др.). Как правило, такие воздействия возбуждают собственные колебания зданий и его конструкций, которые расположены поблизости.

В точках КТ-0, КТ-1 (рис. 1) зафиксированы фрагменты реализаций и спектров на грунте от работающего оборудования в эксплуатационных режимах работы.

В точках КТ-1^КТ-4 (рис. 1) зафиксированы спектры фоновых виброскоростей грунта и от работающего оборудования в эксплуатационных режимах работы.

В точках КТ-5^КТ-7 (рис. 2) зафиксированы фрагменты реализаций и спектров виброскоростей здания 5а от работающего оборудования на в эксплуатационных режимах работы.

В точках КТ-8, КТ-9, КТ-10 , КТ-11, КТ-12, КТ-13, КТ-14, КТ-15, КТ-16 зафиксированы спектры виброскоростей соответственно здания 5б, 5в, 5г от работающего оборудования в эксплуатационных режимах работы.

В точках КТ-5^КТ-7, КТ-8^КТ-10 (рис. 2) зафиксированы спектры перемещений соответственно для зданий 5а, 5б. Предварительную информацию по значениям частот собственных колебаний и параметров демпфирования можно получить и по эмпирическим формулам, которые получены опытным путем для существующих зданий [3]. Однако следует учитывать, что демпфирование отчасти зависит от методов строительства и профессиональной квалификации привлеченных к работе строителей, и точно спрогнозировать эту величину невозможно, эти характеристики демпфирования изменяются с изменением амплитуды перемещений, могут иметь более высокие значения в тех зданиях, где имеет место значительная степень взаимодействия грунта с фундаментом здания, прослеживается зависимость собственной частоты и коэффициента демпфирования от высоты здания. Динамическую нагруженность здания следует проверять, используя для этого значения экспериментальных измерений после возведения сооружения так как теоретические прогнозы из-за условности расчетной схемы предполагают наличие значительных неточностей.

Экспериментальные методы определения собственных частот связаны со способами возбуждения вибрации объекта. Для обследуемых зданий в качестве возмущения используются динамические нагрузки от работающего в эксплуатационных режимах оборудования кузнечного производства ОАО «ЧКПЗ», при этом желательно оценить ветровое воздействие. Ветровые нагрузки вызывают небольшие амплитудные перемещения и поэтому изменение собственной частоты и характеристик демпфирования по ширине диапазона встречающихся амплитуд невелики. Данные изменения являются незначительными и ими можно пренебречь. Характерной особенностью для всех зданий является присутствие низкочастотных воздействий в диапазоне 0,2^0,7 Гц, и фактически по всем направлениям наличие динамического воздействия на частоте 167^168 Гц. Колебания, передающиеся телу человека, при превышении допустимых уровней могут оказывать раздражающее или неблагоприятное действие на организм человека. На такие воздействия установлены нормы и осуществляется государственный санитарный надзор. Вибрации малых уровней, наиболее часто встречающиеся в жилых помещениях, вызывают отрицательные психологические реакции у жителей и при продолжительном воздействии приводят к развитию невротических реакций. Гигиеническими характеристиками вибраций для оценки ее интенсивности являются среднеквадратичные значения виброскорости или их уровня в децибелах в октавных полосах частот.

Анализ уровней виброскорости и частотного состава показал, что есть превышение нормативных показаний в отдельных октавных полосах: на доме № 5а превышение в контрольной точке КТ-6 в частотном диапазоне 4-31,5 Гц.

При вибродиагностическом исследовании зданий были проведены контрольные измерения виброскоростей и виброперемещений с целью оценки их вибросостояния, выявления участков с повышенной вибрацией, а также определения их частотного состава. Источником вибрации являются динамические воздействия техногенного характера от работающего оборудования завода в эксплуатационных режимах работы. Наложение ударных динамических нагрузок от рядом работающего оборудования приводит к пульсации возмущающих воздействий колебаний здания на высоких частотах в КТ-11 - КТ-16.

Факторами, способствующими росту вибраций, являются снижение динамической жесткости элементов конструкции здания и возникновения механического резонанса из-за ослабления их крепления в местах опирания, а также недостаточным поглощением энергии, что может быть зафиксировано изменением собственной частоты и коэффициентом демпфирования при повторном проведении вибродиагностического обследования.

В результате динамических испытаний зданий с использованием динамических воздействий производственного оборудования получены среднеквадратичные значения (СКЗ) виброскоростей и перемещений по высоте зданий. При этом колебания основания зданий характеризуется гармоническим характером, так как широкополосный ударный спектр трансформируется грунтовыми структурами в узкополосный спектр динамической нагруженности зданий, что позволило выделить резонансные частоты собственных колебаний здания. ®