Вибрации

Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 52892-2007 
"Вибрация и удар. Вибрация зданий. Измерение вибрации и оценка ее воздействия на конструкцию" 
(утв. приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 декабря 2007 г. N 586-ст)

Vibration and shock. Vibration of buildings. Measurement of vibration and evaluation of its effects on structure

 

Дата  введения - 1 октября 2008 г.

Введен  впервые

Введение

 

В процессе эксплуатации здания подвергаются воздействию вибрации как естественной (связанной с такими явлениями, как  ветер или землетрясение), так и техногенной (вызванной деятельностью человека, например строительными работами, движением транспорта) природы. Вибрация может стать причиной повреждения конструкции здания, снизив ее эксплуатационную надежность: уменьшить устойчивость, ухудшить несущую способность перекрытий. Признаками снижения эксплуатационной надежности является появление трещин, оторванных от несущего каркаса элементов и т.п. Поэтому вибрацию сооружений следует постоянно или периодически контролировать, чтобы определить, насколько действующие вибрационные нагрузки опасны как для конструкции в целом, так и для ее частей.

Вибрации  естественной и техногенной природы  различаются по своему характеру. Как  правило, вибрация от естественных источников сосредоточена в области более  низких частот, характеризуется высокой  мощностью в источнике и распространяется на более далекие расстояния. Такая  вибрация может вызвать значительные повреждения зданий, поэтому в  местах постоянного или ожидаемого действия источников вибрации естественного  происхождения (например, в сейсмоопасных  районах) к конструкции зданий предъявляют  специальные требования. Настоящий  стандарт распространяется на вибрацию техногенной природы зданий, при  проектировании и строительстве  которых не были установлены специальные  требования устойчивости к динамическим нагрузкам.

Исследование  воздействия вибрации на конструкцию  здания проводят в том случае, если есть основания предполагать, что  это воздействие может привести к повреждению конструкции. Такое  исследование представляет собой многоэтапный процесс, начинающийся на стадии проектирования новых зданий в условиях действия существующих источников вибрации или  новых систем, которые являются источниками  вибрации и могут оказывать существенное воздействие на возведенные здания. На разных этапах проектирования разрабатывают  и уточняют расчетные модели, в  которых учитывают динамические свойства источника вибрации, пути ее распространения и особенности  конструкции здания. Выходом модели является отклик в разных точках конструкции. Измерения вибрации, рассматриваемые  в настоящем стандарте, могут  использоваться для оценки корректности построенной модели.

В настоящее время не имеется достаточных  данных для установления соответствия между степенью жесткости вибрации и вызываемыми ею повреждениями. Ориентировочные предельные значения вибрации установлены в ряде национальных стандартов и других нормативных  документах зарубежных стран. В приложении Б настоящего стандарта приведены критерии оценки вибрации, наиболее часто используемые в международной практике. Данные оценки не охватывают все многообразие сооружений и видов воздействий вибрации и поэтому могут быть применены только после предварительного анализа каждой конкретной ситуации.

1 Область применения

 

Настоящий стандарт устанавливает методы измерения  вибрации и оценки ее воздействия  на конструкцию зданий, рассчитанных на статические нагрузки без предъявления специальных требований в отношении  устойчивости к воздействию динамических сил. Оценка воздействия базируется на риске появления повреждений  конструкции, способных снизить  ее эксплуатационную надежность.

Настоящий стандарт распространяется на здания, подвергающиеся воздействию передаваемой через грунт (в виде сейсмических волн) вибрации техногенной природы (например, в ходе проведения строительных работ, разработки полезных ископаемых, при движении транспорта). Воздействия  вибрации естественной природы (в результате землетрясений или сильных ветров), а также создаваемой звуковыми  волнами, машинами, работающими внутри здания, и деятельностью людей  внутри здания в настоящем стандарте  не рассматриваются.

Настоящий стандарт распространяется на измерения  вибрации, которые проводят для проверки соответствия установленным требованиям  по допустимым уровням вибрации конструкции  здания или для подтверждения  корректности использованной при проектировании здания модели передачи вибрации от источника.

Рекомендации  настоящего стандарта допускается  использовать также для других наземных сооружений, исключая сооружения, имеющие  специальную конструкцию, такие  как ядерные реакторы, сооружения для топливно-энергетических, металлургических, химических и нефтехимических производств, а также для хранения жидких или  гранулированных материалов, например водонапорные башни и цистерны, нефтехранилища, бункеры для хранения зерна и  других продуктов.

В стандарте приведены критерии оценки вибрации, построенные по результатам  наблюдений и экспериментальных  исследований, проведенных в ряде зарубежных стран (Великобритании, Германии, Норвегии, США). Предполагается, что  при соблюдении рекомендаций по предельным значениям вибрации риск повреждений  конструкции здания будет незначительным. Выбор того или иного критерия должен быть согласован между заинтересованными  сторонами.

2 Нормативные ссылки

 

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие  стандарты:

ГОСТ 24346-80 Вибрация. Термины и определения

ГОСТ  ИСО 5348-2002 Вибрация и удар. Механическое крепление акселерометров

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте национального органа Российской Федерации по стандартизации в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

 

В настоящем стандарте применены  термины по ГОСТ 24346, а также следующие  термины с соответствующими определениями.

3.1 источник вибрации: Любое твердое, жидкое или газообразное тело, вызывающее распространение вибрации в окружающей среде.

3.2 рабочий цикл: Повторяющаяся процедура, целью которой является производство продукции или выполнение рабочей операции.

3.3 период измерений: Интервал времени, в течение которого осуществляют непрерывный сбор данных о вибрации здания.

3.4 период наблюдения: Интервал времени, в течение которого осуществляют одно или несколько измерений для получения репрезентативной информации об источнике вибрации.

3.5 период контроля: Интервал времени, установленный в соответствии с требованиями законодательства, в нормативных документах, контрактах и др., для проведения оценки вибрации зданий, вызванной действием конкретного источника.

4 Повреждения конструкции здания

4.1 Степени повреждений

 

В настоящем стандарте используется классификация повреждений, принятая в сейсмологии. Повреждения зданий разделяют на:

- легкие (косметические): тонкие трещины  в штукатурке и откалывание  небольших кусков штукатурки, появление  тонких трещин в растворе, связывающем  кирпичную кладку или бетонные  блоки;

- умеренные: небольшие трещины  в стенах, проходящие через кирпичную  кладку или бетонные панели, откалывание  довольно больших кусков штукатурки;

- тяжелые: большие глубокие и  сквозные трещины в стенах, трещины  в каркасе здания.

4.2 Связь повреждений конструкции здания с вибрацией

 

Сразу после завершения строительства  здания элементы его конструкции  испытывают дополнительные механические напряжения, связанные с воздействиями  разного вида. Изменения температуры, влажность, осадка грунта, деятельность людей и работа оборудования внутри здания, ползучесть материала, химические вещества и др. являются факторами  дополнительной нагрузки на конструкцию, текущее состояние которой зависит  от всей предыстории действовавших  в этой конструкции механических напряжений. Время начала образования  трещин в несущих элементах конструкции  здания и скорость их развития зависят  от способности материала сооружения сопротивляться воздействию физических и химических нагрузок.

Таким образом, даже в отсутствие существенных внешних нагрузок, к числу которых  относится передаваемая через грунт  вибрация, для каждого здания характерна своя скорость развития повреждений  конструкции, обусловленная процессами естественного старения. Поэтому, хотя вибрация способна значительно ускорить естественный рост трещин, связать  повреждения конструкции с воздействием вибрации можно только в том случае, если обследование этой конструкции  было проведено непосредственно  до и сразу после воздействия. При этом следует принимать во внимание только существенные изменения  длины и раскрытия трещин, поскольку  незначительные изменения могут  быть обусловлены воздействием факторов естественной природы (например, сменой дня и ночи).

5 Принципы оценивания  воздействия вибрации на конструкцию

5.1 Механизмы воздействия  вибрации 

5.1.1 Прямое воздействие  на конструкцию

 

Вибрация  оказывает на конструкцию здания механические воздействия, вызывая  тем самым изменение ее состояния. Напряжение в каждой точке конструкции  напрямую связано с деформациями, возникающими в этой точке, поэтому  может быть выражено через параметры  вибрации. При этом пиковые значения напряжения связаны с пиковыми значениями скорости. Теоретически по результатам  измерений вибрации можно определить механическое напряжение и сравнить его с допустимыми значениями для данного элемента конструкции  в зависимости от вида и продолжительности  воздействия динамической нагрузки, свойств строительного материала и типа конструкции.

На  состояние конструкции помимо пиковых  напряжений влияют также накопленные  усталостные изменения материала, которые невозможно определить по результатам  измерений вибрации. Обычно усталостными эффектами пренебрегают, если динамическое напряжение менее 10% допустимого статического напряжения. Однако в некоторых случаях  для оценки влияния динамических нагрузок (вибрации) может потребоваться  измерение механических напряжений.

5.1.2 Влияние на состояние  грунта в основании здания

 

Помимо  изменений состояния самой конструкции  вибрация вызывает изменения свойств грунта, на котором установлено здание. Одним из таких изменений является локальное уплотнение грунта, которое может привести к повреждению конструкции из-за неравномерной осадки под фундаментом здания. Если вибрация носит долговременный характер, то уплотнение грунта может произойти даже на большом расстоянии от источника вибрации, когда уровень вибрации мал и не способен оказать существенного прямого воздействия на конструкцию здания.

Еще более  опасным явлением является разжижение грунта и потеря им несущей способности  под воздействием вибрации. Особенно это относится к слабосвязанным водонасыщенным почвам.

Указанные явления являются косвенными эффектами  воздействия вибрации на конструкцию  здания, которые, как правило, нельзя определить по результатам измерений  колебаний конструкции. Поэтому  для проведения комплексной оценки воздействия вибрации рекомендуется  привлекать специалистов-геотехников, особенно в тех случаях, если здания расположены на слабых грунтах.

5.2 Характеристики вибрации

5.2.1 Длительность возбуждения

 

Важной  характеристикой источника вибрации является длительность создаваемого возбуждения. Кратковременные импульсы или последовательность таких импульсов, если они повторяются  нерегулярно или с низкой частотой повторения, при которой отклик успевает затухнуть до прихода следующего импульса, не способны эффективно раскачать  конструкцию здания на ее резонансных  частотах.

Примечание - Обычно частота собственных колебаний небольших сооружений высотой до 12 м находится в диапазоне от 4 до 15 Гц, а частота собственных колебаний элементов конструкции, таких как стены и перекрытия, - в диапазоне от 10 до 30 Гц и выше.

 

Но  если здание в течение длительного  времени подвергается воздействию  непрерывной вибрации, то в отдельных  точках конструкции максимальные значения колебания могут в 2,5 - 10 раз превышать  значения колебаний грунта в месте  его контакта с фундаментом здания. В соответствии с этим вибрацию классифицируют по длительности воздействия. Вибрацию считают кратковременной, если время  действия источника недостаточно для  накопления существенных усталостных  повреждений конструкции, а также  для того, чтобы раскачать конструкцию  в резонансном режиме. Все остальные  источники создают долговременную вибрацию.

5.2.2 Диапазон частот  и уровень вибрации

 

Диапазон  частот вибрации в разных точках здания зависит от источника возбуждения, свойств грунта, через который воздействие передается на конструкцию, и передаточных характеристик конструкции. При некоторых сочетаниях указанных факторов (например, при взрывах твердой породы, проводимых на небольшом расстоянии от здания, или при работе высокоскоростных машин) верхняя граница диапазона частот может достигать 1000 Гц. Однако в большинстве случаев при оценке риска повреждения конструкции здания вследствие воздействия на него вибрации техногенной природы достаточно проводить анализ в диапазоне частот от 1 до 150 Гц.