CC BY
45
ДИНАМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ КОНСТРУКЦИЙ ДЕКОРАТИВНОГО НАВЕСА И ПЕШЕХОДНОГО МОСТА В АЭРОПОРТУ ШЕРЕМЕТЬЕВО-3
DYNAMIC MONITORING OF STRUCTURES DECORATIVE SHED AND FOOTBRIDGE AT THE AIRPORTSHEREMETYEVO-3
A.B. Коргин, Г.Э. Шаблинский, Е.Ю. Сергеевцев, Д.А. Зубков
A.V. Korgin, G.E. Shablinskiy, E.Yu. Sergeevtsev, D.A. Zubkov
ГОУ ВПО МГСУ
Статья посвящена вопросам изучения и анализа динамических характеристик уникальных сооружений, а так же сравнению результатов динамических исследований проводившихся при различных температурных режимах с промежутком в полгода.
Aarticle is dedicated to research and analysis of the unique structures dynamic characteristics and also to comparison of dynamic research results carried out at various temperaturey conditions and with an interval of half a year.
Динамический мониторинг уникальных объектов имеет большое значение для понимания процессов, происходящих в конструкциях сооружений. Изменчивость, либо стабильность динамических параметров в зависимости от внешних вибрационных воздействий, сезонных изменений нагрузок и температур, позволяет судить о влиянии этих факторов на НДС конструкций. Изменение собственных частот с течением времени при тех же внешних условиях говорит о пластических деформациях в элементах сооружения, которые не всегда возможно зарегистрировать другими методами.
Общие виды объектов исследования показаны на рисунке 1, а на рисунке 2 показаны точки, где проводились измерения колебаний. Точки измерения выбирались на основе анализа конструкций с учетом особенностей расчетных схем. Оба объекта исследования выполнены из металлических элементов. Мост условно можно представить в виде однопролетной балки опертой на концах. Навес имеет выпуклую форму с небольшим радиусом кривизны. Важными особенностями исследуемых объектов является то, что они опираются на другие здания, а так же связаны между собой упругими вантовыми связями. Точки для измерения колебаний выбирались в местах, где ожидались наиболее сильные колебания: в середине пролета, на расстоянии четверти длины от опор, а так же на самих опорах для фиксации внешнего воздействия. Еще одно важное условие для выбора мест расположения точек измерения - это необходимость установки датчика на несущие конструкции, а так же на наиболее жестких участках вблизи узлов и опор, чтобы избежать регистрации местных колебаний отдельных элементов.
Для измерения колебаний использовались модернизированные виброметры СМ-3 (далее виброметр), которые по принципу работы являются велосиметрами (измеряют скорости колебаний). В качестве аналого-цифрового преобразователя использовался
4./2011 ВЕСТНИК _4/20|Т_МГСУ
комплекс автоматизации экспериментальных установок «АСТе8Ь>, включающий модуль подготовки и проведения эксперимента, модуль послесеансной обработки данных и математическую библиотеку. Для регистрации использовался ноутбук с установленным специальным программным обеспечением.
Рисунок - Общие виды исследуемых зданий
Рисунок 2 - Схематический разрез исследуемых объектов с указанием точек измерения колебаний
Рисунок 3. Фрагмент записи скоростей колебаний навеса (мм/с) но оси «2» в точкам 1,2,.3, и 4 (сверху
шип) сделанные в июне 2010■.
ИйНййЫППЛии ««ГОК? НИПП I г?и ^ и«СГС|й «ЧИП? ЧВШЛГ
■ « 1 уГ1_| - - 1 *"
[ 1 II* ПАС« I а •и «МП« **» »» «ис ™
а | * *Д'«А1Ю и» а ^■Е Й} ЧИ шее» «г» мо
* 1 и* а ■1 7 •ВТ ««« **» 1« * та 0' тг
1 1 п. а^Г. р 'А »«« ад «ЯП ТПТ
Рисунок Фрагмент записи скоростей колебаний навеса (мм/с) по оси «г» в тоннах 1.2,3. и4 (сверху вига).
слеланные в лекабре 20101'.
При проведении динамического мониторинга в июне и декабре 2010 года все условия экспериментов были идентичны. Конструкции оставались неизменными, заметных деформаций и повреждений замечено не было, фоновые записи показали, что вибрационное воздействие осталось примерно на том же уровне, единственным отли-
4/2011
ВЕСТНИК .МГСУ
чаем стал температурный режим - в июне эксперименты проводились при температуре 20^23°С, а в декабре при -3^0°С. Образцы фрагментов записей представлены на рисунках 3 и 4.Результаты обработки всех записей при мониторинге навеса и моста сведены в таблицу 1, а образцы энергетических спектров представлены на рис. 5 - 8.
-: : ¡" "е Нч
1 | __
__[__
О I I»
1 1 1
- ¡Л и ч__ А
Рис. 7. "Энергетический спектр колебаний по оси 7. в точке «В», нюнь 20 Юг,, пики из частотах: 2.10-2.19 Гц,
— ;;; ji'
ттт
—
|
— — —: / Щ >лЛ- г г'
Рис. 8. Энергетический спектр колебании ни оси Z н точке «В», декабрь 20 Юг пик ira частоте 2.10 Гц.
Основной задачей мониторинга было выделение частот собственных колебаний и сравнение результатов двух циклов измерений. Обработка записей колебаний навеса и моста дала три основных собственных частоты соответствующие I, II, и III формам колебаний: навеса - 1,46-1,52 Гц; 1,95-2,09 Гц; 2,44-2,68 Гц, моста - 1,58-1,69 Гц; 2,622,69 Гц; 3,11-3,29 Гц. Кроме указанных собственных частот конструкций, на некоторых записях зафиксирован еще ряд частот. Они относятся к вынужденным колебаниям от зданий, на которые опираются навес и мост. В целом картина колебаний исследуемых сооружений является довольно сложной, что вызвано особенностями самих конструкций, а так же большим разнообразием фоновых воздействий. Этим, в частности, объясняется то, что собственные колебания проявляются не на одной частоте, а с некоторым разбросом в виде диапазона частот.
С позиции динамического мониторинга арочного навеса, ключевыми являются вертикальные колебания в точках «1», «2» и «3». Соответственно, повторяемость или изменение частот в этих точках является одним из основных контролируемых параметров. В точке «1» видна идентичность полученных результатов двух измерений в июне и в декабре 2010г. это частоты: 1,46-1,52 ^ 1,58; 1,95 ^ 2,03-2,06; 2,44 ^ 2,442,53. В точке «2» так же хорошее совпадение частоты 1,97^-2,03-2,06, однако в декабре дополнительно зафиксирована частота 1,46 Гц, которая не проявилась в июне. В точке «3» наблюдается хорошее согласование 1,52 ^ 1,49; 2,01 ^ 2,07-2,10; 2,44 ^ 2,44. Точка «4» находится на опоре и амплитуды колебаний в ней значительно меньше. При измерениях в июне были вывялены частоты 1,49, 2,01-2,09Гц, а в декабре 1,92-2,07 Гц и 3,20 Гц. Частота 3.20 Гц предположительно является собственной частотой конструкций нижестоящего здания терминала, на которое опирается навес.
Примеры анализа записей колебаний в точке «1» (навес) показаны на рисунках 5 и 6. При сравнении этих энергетических спектров, полученных в июне и декабре в точке «1», видна повторяемость результатов. Однако следует отметить, что спектр колебаний, записанных в декабре, выглядит более «гладким» это свидетельствует о более гармоническом характере колебаний, что в свою очередь вызвано более однородными вибрационными воздействиями. Благодаря более удачным условиям при записи колебаний в декабре, удалось достаточно четко выделить частоту 2.44 Гц.
Полученное совпадение в двух точках по ряду частот говорит о совпадении картины колебаний всей конструкции в целом и в интегральной форме отражает идентичность состояния прочностных, жесткостных и геометрических характеристик конструкции во время замеров в июне и в декабре 2010 года.
С позиции динамической работы конструкции моста наиболее важными являются вертикальные колебания в точках «А», «В» и «С». В точке «А» видна разница частот в
4./2011 ВЕСТНИК _4/20|Т_МГСУ
июне 2,68 Гц и в декабре 3,17 Гц. В точке «В» так же наблюдается хорошее совпадение частот 2,68 Гц и 3,18 Гц. Частоты 1,58 Гц и 1,93-2,07 Гц не совпадают в точке «В», однако полностью совпадают с точками 1 и 2 конструкции арочного навеса. Поскольку конструкции арочного навеса и моста связанны друг с другом, то разделение их собственных частот достаточно условное, и обязательно нужно учитывать возможность передачи частот одной конструкции на другую. В точке «С» хорошее совпадение частот 1,83 Гц и 3,12 Гц. Во время измерений в декабре месяце была зафиксирована так же частота 3,29 Гц не зафиксированная в июне 2010 года.
При сравнении спектров колебаний записанных в точке «В» на мосту в июне и декабре, показанных на рисунках 7 и 8, так же можно сделать вывод о повторяемости результатов измерений. В целом выводы аналогичны выводам, сделанным выше при сравнении спектров на рисунках 5 и 6.
Опираясь на вышеописанные совпадения основных частот в ключевых точках, можно засвидетельствовать отсутствие значимых изменений в конструкции моста.
Следует отметить, что некоторые различия в работе конструкций все же имеются. Это связано с неоднородностью вибрационных воздействий на конструкции и конструкционными особенностями самих объектов мониторинга. Так же следует обратить внимание на уже упоминавшийся факт различных температурных режимов. Объекты выполнены из металлических элементов и не утеплены, следовательно, сезонное тепловое сжатие-расширение может изменять НДС конструкций. Однако тот факт, что изменение динамических характеристик полученных в ходе двух испытаний не значительно и находится в пределах разброса значений полученного в ходе одного исследования, говорит о стабильном техническом состоянии объектов.
Для более точного понимания характера и уверенности в стабильности уникальных конструктивных решений, необходимо продолжить динамический мониторинг, а так же провести измерения колебаний в зданиях терминала.
Таблица 1
Частоты колебаний конструкций декоративного навеса и пешеходного моста
Данные по навесу
№ точки Частоты, полученные в июне 2010г [Гц] 1астоты, полученные в декабре 2010г [Гц]
1 1,52; 1,95-2,07; 2,44 1,46; 2,01(тах); 2,44 1,58; 2,07; 1,95(тах) -2,01; 2,40; 2,07(тах); 2,44
2 1,97; 1,46; 2,06 (тах) 2,03;
3 1,52; 2,01; 2,44 1,49; 2,10; 2,53(тах) 2,07(тах); 2,44
4 1,49 2,01-2,09 1,92(тах); 2,01; 3,20 2,07
5 2,071,95
Данные по мосту
A 2,15-2,23 3,17
B 1,58; 2,68 3,18 1,95; 2,69; 3,17-3,29
C 1,83 (мах); 1,95; 3,11 1,82; 3,29;
D 1,58; 2,68 3,17(мах); 1,69(мах); 3,17
Литература
1. Шаблинский Г.Э., Исайкин А.С. Ретроспективная оценка особо ответственных сооружений на основе натурных динамических исследований // Промышленное и гражданское строительство. 1997, №8.
2. Шаблинский Г.Э., Зубков Д.А. Натурные динамические исследования строительных конструкций. М.: АСВ, 2009.
Literature
1. Shablinskij G.Je., Isajkin A.S. Retrospektivnaja ocenka osobo otvetstvennyh sooruzhenij na osnove naturnyh dinamicheskih issledovanij // Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 1997, №8.
2. Shablinskij G.Je., Zubkov D.A. Naturnye dinamicheskie issledovanija stroitel'nyh konstruk-cij. M.: ASV, 2009.
Ключевые слова: динамические характеристики, натурные динамические исследования формы колебаний, колебания, микроколебания, вертикальные колебания, горизонтальные колебания, спектральные плотности, динамический мониторинг, виброметр, аналого-цифровой преобразователь
Key words: dynamic characteristics, dynamic field research mode shapes vibration, microvibrations, vertical vibration, horizontal vibrations, spectral density, dynamic monitoring, vibrometer, analog-digital converter
Адрес 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д.26, тел./факс: +7(495) 781-80-07,
e-mail: [email protected]
Рецензент: Исайкин А. С., к.т.н., директор ООО «Инждсстройсервис-1»
