Исследование эффективности резинометаллических виброизоляторов фирмы «Вибросейсмозащита» применительно к каркасным зданиям, возведенным вблизи тоннелей метро мелкого заложения

6/2Q11 мвВЕСТНИК

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕЗИНОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВИБРОИЗОЛЯТОРОВ ФИРМЫ «ВИБРОСЕЙСМОЗАЩИТА» ПРИМЕНИТЕЛЬНО К КАРКАСНЫМ ЗДАНИЯМ, ВОЗВЕДЕННЫМ ВБЛИЗИ ТОННЕЛЕЙ МЕТРО МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

STUDY OF THE EFFICIENCY OF RUBBER-AND-METAL VIBROISOLATORS PRODUCED BY THE «VIBROSEISMOZASHTSHITA» COMPANY WITH RESPECT TO THE FRAME BUILDINGS ERECTED NEAR SHALLOW UNDERGROUND RAILWAY TUNNELS

O.A. Ковальчук, Д.А. Зубков, П.И. Андреева

O.A. Kovalchuk, D.A. Zubkov, P.I. Andreeva

ФГБОУ ВПО «МГСУ»

Рассмотрена эффективность работы резинометаллических виброизоляторов в каркасных зданиях. Приведены экспериментальные данные по скорости колебаний и спектральной плотности записей колебаний в зданиях с виброизоляцией и без неё.

The efficiency of the work of rubber-and-metal vibroisolators in frame buildings is considered. The experimental data on the oscillation velocity and the spectral density of the oscillation records are given for the buildings with vibroisolation and for those without it.

Проблема виброзащиты зданий возникает на определенном этапе развития общества как проблема качества жизни. Именно поэтому проблема защиты от вибрации, в первую очередь транспортной, возникла в крупных городах при интенсивном развитии автотранспорта и подземного транспорта в виде автотранспортных тоннелей и тоннелей метрополитенов. Виброзащита зданий с помощью высоконагруженных виброизоляторов из эластомеров является общепризнанным элементом современной строительной технологии. Одним из способов решения проблемы виброзащиты зданий и сооружений является установка изолируемого объекта на резиновые или резинометаллические многослойные виброизоляторы, размещаемые под изолируемой конструкцией.

Например, резинометаллические виброизоляторы фирмы «Вибросейсмозащи-та»(г. Москва) представляют собой пакет из нескольких прямоугольных резиновых пластин, армированных по опорным плоскостям тонкими металлическими пластинами (5= 4 мм), число слоев от 2-х до 5-ти. Виброизолятор размещается в усиленной уголками полке Т-образного проёма в несущей конструкции здания (в стене или колонне); линейный проем может устраиваться на 1, 2, 3 или 4 виброизолятора (в стене). На колонне устраивается плоскостная симметричная конструкция типа Т-образного проема на 1, 2, 4 виброизолятора. Конструкция установки виброизоляторов позволяет монти -

ВЕСТНИК 6/2011

ровать их после завершения строительства здания и заменять их при необходимости в процессе эксплуатации здания.

Было проведено исследование эффективности работы таких виброизоляторов, установленных в жилых домах крупнопанельной конструкции. Комплекс из трех зданий (одно 22-хэтажное и два 18-тиэтажных) возведен в непосредственной близости от тоннеля метро мелкого заложения между станциями «Свиблово» и «Бабушкинская». Схема расположениязданий представлена на рис.1. Как видим, ближе всего к тоннелю метро расположено 22-хэтажное здание, дальше расположены два 18-тиэтажных здания. Система виброизоляции (резинометаллические виброизоляторы по периметру и торцам здания, отрезающие его несущий каркас от монолитной фундаментной части) была смонтирована по рекомендации фирмы «Вибросейсмозащита» на двух ближних к тоннелю метро зданиях. На относительно удаленном 18-тиэтажном здании виброизоляторы не устанавливались.

Рис.1. План расположения комплекса зданий.

Здание «1» - 22-хэтажное с виброизоляцией;здание «2» - 18-тиэтажное с виброизо-ляцией;здание «3» - 18-тиэтажное без виброизоляции.

Для оценки эффективности работы виброизоляторов измерения колебаний, создаваемых прохождением поездов метро, проводились сначала на поверхности грунта синхронно в двух точках: непосредственно над тоннелем метро и в удалении от тоннеля на линии продольной оси здания 1. Затем приборы ближней к метро измерительной точки были перенесены в подвал здания 2, и регистрировались синхронно колебания в двух точках: на поверхности грунта (т.2) и на фундаментной железобетонной плите в подвале здания с виброизоляцией (т.3). В этом случае проверялось ослабление вибраций от прохода поездов метро за счет массы здания. Затем измерительная точка в подвале сохранялась, а приборы с измерительной точки на поверхности грунта были перенесены и установлены на отметке пола 3-го этажа здания с виброизоляцией. Синхронная запись этих двух точек при прохождении поездов метро позволяла непосредственно оценить эффективность работы виброизоляторов. Кроме этих точек в здании были проведены измерения колебаний в точке на отметке пола 18-го этажа этого же

6/2011 „. ВЕСТНИК

здания, чтобы проверить, доходят ли до 18-го этажа вибрации от прохода поездов метро. Аналогичные измерения колебаний были проведены на 22-хэтажном здании с виброизоляцией и 18-тиэтажном здании без виброизоляции. Измерения проводились модернизированными виброметрами СМ-3. В каждой точке устанавливались три прибора для измерения колебаний по трем взаимно перпендикулярным направлениям: двум горизонтальным по главным осям зданий и вертикальному направлению.

,00Е-«-00 4,4-ОЕ-ьОО 8,80Е + 1.32Е+01 1 .7ЕЕ+01 2,20Е-ь01 2,64Е-«-СП 3,08Е-ь01 3,52Е-ь01 3,Э6Е-«-СП 4,40Е-1-01

Рис.2-1.Синхронная запись 2-х точек на грунте при прохождении поезда метро (мм/с), сверху вниз: т.1 (к. 1-Х; к.2-У; к.З-7); т.2 (к.4-Х; к.5-У; к.6-£).

О.ООЕ+ОО -4.-40Е-1-00 8.80Е-|-00 1.32Е+01 1.7ЕЕ+ОТ 2.20Е.+01 2.64Е+01 3.08Е + 01 3.52Е + 01 З.ЭБЕ+01 4.40Е+01

Рис.2-2. Записи скоростей колебаний в точке 2 (на грунте) и в точке 3 (в подвале виброизолированного здания), сверху вниз: т.3 - X, т.3 - У; т.3- 2; т.2 - X; т.2 - У; т.2 - 2;

мм/с.

На рис. 2 приведены две записи вибраций при прохождении поездов метро, сделанные синхронно в двух точках: в точках 1 и 2 (рис.2-1) и точках 2 и 3 (рис.2-2). Визуально проход поездов метро проявляется на записях увеличением амплитуд колебаний. Как видим, время прохождения поездов, фиксируемое приборами, занимает примерно 18 секунд. Отметим также визуально максимальные амплитуды колебаний в разных точках, создаваемые проходом поездов метро. На записи точек 1 и 2 видим, что в точке 2уменьшение амплитуд колебаний несущественное. Совсем другую картину наблюдаем на записи точек 2 и 3. В этом случае зафиксировано уменьшение амплитуд колебаний в точке 3 в 11,6 раза по «X», в 23,4 раза по «У», в 18,4 раза по «2» (ослабление на 20 дБ). Таким образом, можно отметить, что вибрации, создаваемые проходом поездов метро, существенно снижаются за счет массы здания.

Рассмотрим теперь спектральные плотности этих записей. На рис.4 приведены спектральные плотности записей точки 1. Здесь мы видим преобладающие пики на

ВЕСТНИК МГСУ

6/2011

частотах 39,6 Гц и 47,5 Гц по «X»; 38,2 Гц по <^»; 39,5 Гц и 47,8 Гц по <^». Примерно такие же частоты получены в точке 2. Этохарактерные частоты вибраций, создаваемые движением поездов метро.

О.ООЕ+ОО

т.1 на грунте, к. 1-Х, спектральная плотностьзаписи.

1.61 Е-02 О.ООЕ+00

О.ООЕ -ьОО

т.1 на грунте, к.2-У, спектральная плотность записи.

О. ООЕ +00 1. ООЕ +01 2.00Е +01 3. ООЕ+01 4. ООЕ+01 5.00Е+01 Б.00Е+01 7.00Е+01 8. ООЕ

т.1 на грунте, к.3^, спектральная плотность записи. Рис. 3. Спектральные плотности записей колебаний в точке 1.

9. ООЕ+01 1.00Е+02

В спектрах же точки 3частоты, характерные для точки 1, практически отсутствуют. Преобладающие частоты в точке 3 сдвинуты влево, в область низких частот в диапазоне примерно 3 - 10 Гц.

6/2Q11 мвВЕСТНИК

Для точки 4, расположенной на отметке пола 3-го этажа здания 2, амплитуды колебаний получены примерно такого же порядка, как и в точке 3. При этом спектры вибраций в горизонтальных направлениях отражают уже сложные колебания здания на упругих опорах - виброизоляторах. Особый интерес представляют вертикальные колебания плиты перекрытия. На спектральной плотности этих колебаний наблюдаются два высоких пика на частотах 2,7 Гц и 42,6 Гц. Можно предположить, что пик на частоте 42,6 Гц определяется возбуждением собственных колебаний железобетонной плиты перекрытия над 2-ым этажом (отметка пола 3-го этажа), а пик на частоте 2,7 Гц отражает одну из собственных частот всего здания в целом. Амплитуды этих колебаний сохранились примерно такими же, как и на фундаментной плите, т.е. примерно в 20 раз меньше, чем на поверхности грунта.

При рассмотрении колебаний на верхних этажах 18-тиэтажных зданийс виброизоляцией и без виброизоляции в горизонтальных направлениях получены низшие частоты собственных колебаний этих зданий. Они очень близки: 1,7 - 1,8 Гц по «X» и 1,4 - 1,5 Гц по «Y». В вертикальном направлениитакже получены близкие частоты (34,3 Гц для здания «2» и 38,3 Гц для здания «3»), которые определяются вибрацией плит перекрытий. Амплитуды смещений верхних этажей зданий «2» и «3» имеют случайный характер, как техногенного происхождения, так и как следствие динамической составляющей ветровой нагрузки. Их значения во время экспериментов нигде не превысили 4 мкм.

Измерения вибраций на разных этажах зданий показали наличие вибраций плит перекрытий с частотами, близкими к частотам вибраций, создаваемых поездами метро.Однако уровень их вибраций везде значительно ниже допустимого по санитарным нормам для жилых помещений. Таким образом, можно констатировать, что вибрации от метро проникают на перекрытия зданий, хотя и в сильно ослабленном виде.Остается вопрос о роли виброизоляторов в этом снижении вибраций плит перекрытий. Подытоживая вышесказанное, можно добавить, что для рекомендаций виброизоляции зданий, которая увеличивает стоимость строительства, необходимо разработать специальные условия, включающие, кроме близости источника вибраций, также и особенности конструкции здания, его расчетные динамические характеристики, особенно частоты собственных колебаний и логарифмические декременты колебаний плит перекрытий.

Литература

1. Дашевский М.А., Миронов Е.М., Моторин В.В. Виброзащита многоэтажных крупнопанельных зданий // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений, № 4, М., 2001.

2. Ковальчук O.A., Дашевский М.А. Особенности динамической реакции здания повышенной этажности на вибрации, возбуждаемые движением поездов метрополитена // Промышленное и гражданское строительство^ 4, М., 2004.

3. Ковальчук O.A., Дашевский М.А., Мондрус В.Л. Влияние поездного состава метрополитена на поведение крупнопанельных зданий // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений,№ 3, М., 2004.

4. Ковальчук O.A., Зубков Д.А., Дашевский М.А. Расчетные и экспериментальные исследования воздействия физических факторов производственной среды на жилые здания повышенной этажности / Железобетонные конструкции зданий большой этажности - Сб. науч. тр., М., МГСУ, 2004.

5. Санитарные нормы СН 2.2.4/2.1.8.566 - 96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий», Минздрав России, М., 1997.

ВЕСТНИК 6/2011

6. Шаблинский Г.Э., Зубков Д.А. Натурные динамические исследования строительных конструкций. М., Изд-во АСВ, 2009.

7. Шаблинский Г.Э., Исайкин А.С., Зубков Д.А. Экспериментальные исследования динамических характеристик строительных конструкций АЭС в натурных условиях // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений, № 6, 2005.

References

1. Dashevsky M.A., Mironov E.M., Motorin V.V. Vibroprotection of multi-storey large-panel buildings // Antiseismicconstruction. Safety of structures», № 4, Moscow, 2001.

2. KovalchukO.A., DashevskyM.A. Specialfeaturesofthedynamicreactionofahigh-risebuildingtothevibrationstimulatedbythe motion of underground railway trains // Industrial and civil construction, № 4, Moscow, 2004.

3. KovalchukO.A., DashevskyM.A., Mondrus V.L. Effect of the underground railway rolling stock on the behaviourof large-panel buildings //Antiseismic construction. Safety of structures,№ 3, Moscow, 2004.

4. KovalchukO.A.,Zubkov D.A., DashevskyM.A. Theoretical and experimental studies of the effect of physical properties of the production environment on high-rise residential buildings / Reinforced concrete structural elements for high-rise buildings: Research Proceedings, Moscow, MSUCE, 2004.

5. Sanitary norms SN 2.2.4/2.1.8.566-96 «Production vibration, vibration in residential and public buildings». Ministry of public health of the RF, Moscow, 1997.

6. Shablinsky G.E., Zubkov D.A. Full-scale dynamic studies of structural elements and structures, Moscow,ASV Publishing House, 2009.

7. Shablinsky G.E., Issaikin A.S., Zubkov D.A. Full-scale experimental studies of dynamic characteristics of structural elements of a nuclear power plant // Antiseismicconstruction. Safety of structures, № 6, 2005.

Ключевые слова: виброзащита зданий, резинометаллический виброизолятор, запись скорости колебаний, спектральная плотность записи скорости колебаний, каркасное здание, тоннель метро мелкого заложения, частота вибраций, собственная частота

Key words: vibroprotection of buildings, rubber-and-metal vibroisolator, oscillation velocity record, spectral frequency of the oscillation velocity record, frame building, shallow underground railway tunnel, vibration frequency, natural frequency

E-mailaemopoe: ifo1@mgsu.ru, AlexZin1988@yandex.ru

Рецензент: Шинкин В.Н.д. ф.-м. н., профессор, заведующий кафедрой Теоретической механики и сопротивления материалов НИТУ МИСиС