ГОСТ Р ИСО 10137-2016 Основы расчета строительных конструкций. Эксплуатационная надежность зданий в условиях воздействия вибрации

     6.3 Численная оценка уровней вибрации

6.3.1 Общие замечания

Для определения уровней вибрации на приемнике необходима двухступенчатая процедура:

a) математическое моделирование с возможно наиболее близкими динамическими характеристиками расчетной схемы объекта - сооружения, фундамента или фрагмента;

b) вычисление АЧХ на приемнике с учетом характеристик источника вибрации.

Математическая модель может базироваться либо на непрерывном, либо на дискретном распределении масс (система со многими степенями свободы).

Примечание - Некоторые примеры математического моделирования и вычисления АЧХ приведены в приложении В.

6.3.2 Демпфирование для предельного состояния эксплуатационной надежности

Демпфирование является важным свойством, определяющим уровень колебаний вблизи резонанса, и характер свободных колебаний. Демпфирование зависит от использованных материалов, конструктивных особенностей и присутствия ненесущих компонентов, например напольных покрытий, потолков, механического оборудования и перегородок. Присутствие людей также влияет на характер демпфирования. В общем случае демпфирование не может быть точно вычислено или надежно спрогнозировано. Опыт работы с подобными типами сооружений позволяет получить приемлемые данные по демпфированию. Если возможно, степень демпфирования следует устанавливать путем измерений. Следует отметить, что демпфирование в зданиях и компонентах здания часто зависит от амплитуды, и это следует учитывать при использовании измеренных данных для вычисления динамического отклика на разных амплитудах. Для ряда механизмов и элементов конструкций демпфирование можно идентифицировать (например, вязкое, фрикционное, гистерезисное и их комбинации) и учитывать, используя известные модели. Следует быть осторожным при выборе этих моделей и связанных с ними предельных значений.

Примечание - Некоторые модели и предельные значения параметров демпфирования приведены в приложении В. Модели и параметры демпфирования для разных предельных состояний эксплуатационной надежности надо выбирать, учитывая кроме всего прочего уровень отклика (например, при землетрясении по сравнению с колебаниями от дорожного движения), состояния бетона, имеющего трещины, по сравнению с бетоном без трещин.

6.3.3 Колебания, распространяющиеся в непрерывной среде

Непрерывная среда - физическая система, для которой длина распространяющейся волны существенно короче физических размеров рассматриваемой среды. Для таких случаев при вычислении передачи колебаний надо использовать принципы теории распространения волн.

При вычислении колебаний, распространяющихся в непрерывной среде, надо учитывать следующие факторы:

a) эффекты сопряжения на источнике;

b) материальные свойства передающей среды:

1) масса (плотность),

2) степень насыщения,

3) жесткость,

4) демпфирование (затухание);

c) геометрическое расширение передающей среды:

5) разные формы расслоения,

6) нарушения непрерывности и экранирование,

7) геометрическое ослабление с удалением от определенного источника;

d) влияния взаимодействия строения с грунтом или с жидкостью;

e) передача к приемнику в пределах здания.

Расслоение и изменения геометрии вдоль тракта распространения может привести к местному усилению или ослаблению колебаний в отдельных частотных диапазонах. Для грунтов степень уплотнения, насыщения (например, в зависимости от уровня подземных вод) и внутреннее трение материалов влияют на характер колебаний, главным образом на зависимость уровней колебаний от расстояния до источника. Анализ подобных ситуаций достаточно сложен. Для количественной оценки параметров колебаний, как правило, используются эмпирические методы.

Характер распространения вибраций, а возможно - и некоторые количественные результаты, могут быть получены также аналитически или экспериментально как функции частоты (т.е. в виде амплитудно-частотных характеристик, функций передачи) или как функции времени (т.е. функции отклика на импульсное возмущение). Аналитические методы должны соответствовать принятой расчетной схеме. Результаты должны быть проверены на тестовых примерах. Аналитические или эмпирические формулы для функции передачи могут быть использованы, если их применимость к данной ситуации была подтверждена соответствующими теоретическими или экспериментальными методами. В дополнение к свойствам передачи вибраций через грунт необходимо рассмотреть возможные изменения его физических характеристик, например закрепление, осадка и разжижение грунта, формирование оползней. Данные изменения, как правило, ассоциируются с колебаниями большой амплитуды или продолжительной длительности.

Импульсы давления и суммарный импульс от подводных взрывов по линии распространения может быть вычислен исходя из отношений заряда/дистанции. Скальное или грунтовое покрытие и воздушные пустоты являются экраном для распространяющихся волн, что дает в результате существенное снижение пикового давления, однако увеличивает длительность воздействия импульса. Необходимо учитывать отражения от твердых пограничных слоев и водной поверхности, а также дифракция вокруг препятствий по линии распространения между источником и приемником.

6.3.4 Колебания дискретных систем