автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Повышение надежности подъемно-транспортного оборудования при вибродинамическом воздействии в условиях лесопромышленного комплекса

На правах рукописи

Костюков Иван Игоревич 003452Э43

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ ВИБРОДИНАМИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ В УСЛОВИЯХ ЛЕСОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА

05.21.01.-Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Архангельск 2008

003452943

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия им. С.М. Кирова»

Научные руководители: доктор технических наук, профессор Минаев Александр Николаевич; кандидат технических наук, доцент Жабин Вячеслав Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Постоев Владимир Сергеевич; кандидат технических наук, доцент Дербин Василий Михайлович

Ведущая организация:

Карельский научно-исследовательский институт лесопромышленного комплекса (КарНИИЛПК) ФГОУ «Петрозаводский государственный университет» (185030, Карелия, г. Петрозаводск, пр. Александра Невского, 58)

Защита диссертации состоится 3 декабря 2008 г. в 13 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.008.01 при ГОУ ВПО «Архангельский государственный технический университет» по адресу: 163002, г. Архангельск, Набережная Северной Двины, 17, главный корпус, ауд. 1228; e-mail: les@agtu.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АГТУ.

Просим Ваши отзывы на автореферат в 2-х экз. с заверенными подписями направлять по адресу: 163002, г. Архангельск, Набережная Северной Двины, 17, ученому секретарю диссертационного Совета.

Автореферат разослан '3 О октября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного О кандидат технических наук, доцент

Земцовский А.Е.

Общая характеристика работы

Развитие капитального строительства и модернизация предприятий лесопромышленного комплекса, интенсивное использование новейших машин и механизмов при освоении лесных массивов требуют решения многих задач, связанных с динамическим расчетом конструкций и сооружений, как проектируемых, - так и существующих.

Актуальность темы. Действие периодических сил, вибрации, вызываемые работой тяжёлых механизмов, лесопильных рам, эксцентриковыми виброконвеерами, при транспортировке хлыстов в раскряжевочной линии, использование вибрационных разделителей хлыстов и брёвен из пачки, работа подъёмно- транспортного оборудования могут вызывать серьёзные повреждения не только элементов самих механизмов и фундаментов, но и элементов конструкций, производственного и лесопильного оборудования, снижая качество продукции, производственные мощности и эффективность оборудования.

Применение в лесопромышленном комплексе оборудования с вибрационным принципом работы в резонансных режимах с частотами в диапазоне от £=5,0 до 10,0 Гц требует учитывать колебания не только при расчетах опор и фундаментов под механизмы и станки, но и рассматривать систему «основание - фундамент - надежная конструкция» в целом.

Вибротранспортировка хлыстов в раскоряжевочной линии, эксцентриковые виброконвееры различного назначения, окорочные машины и другие механизмы создают влияющие на эксплуатационную надежность не только фундаментов, но и всего сооружения или конструкции.

Действие периодических сил при эксплуатации подъемно-транспортных механизмов и мостовых кранов, предназначенных для подъема сортимента с воды, зачастую приводит к повреждениям не только подводных частей и деталей, но и конструкций подкрановых балок и опор и других элементов оборудования.

Многообразие форм колебаний и вибрационного воздействия, изучение и учет сложных явлений динамического характера, требует рассмотрения каждой частной задачи с помощью трудоемких вычислений.

Применение интегральных характеристик анализа пространственной жесткости конструкций и сооружений в качестве дополнительного и необходимого критерия оценки, объектов проектируемых по существующим нормам проектирования, в условиях работы сооружения на слабых грунтах, при динамических воздействиях, предназначено к эксплуатации в районах с сезонными изменениями температуры, позволяет обеспечить требуемую долговечность и надежность конструкции.

В данном направлении было проведено большое количество исследований в нашей стране и зарубежными учеными.

Актуальность рассматриваемой проблемы, в частности, подчеркивалась на международных конгрессах по вибродинамике в г. Чикаго (США, июнь 2000 г.), в Китае (август, 2003 г.), в Денвере (США, апрель 2002 г.).

Основной целью диссертации является разработка метода оценки жесткости и устойчивости системы «сооружение - основание» при неравномерных осадках опор в условиях вибродинамической нагрузки и рекомендации по обеспечению надежной эксплуатации механизмов и конструкций на предприятиях лесопромышленного комплекса (ЛПК), обычно расположенных на слабых грунтах в поймах рек.

Задачи исследования:

- определить величину статической и динамической нагрузки от работы грузоподъёмного оборудования при подъёме сортимента с воды.

- разработать математическую модель работы конструкции крановой эстакады при эксплуатационных нагрузках.

- провести экспериментальные исследования на физической модели крановой эстакады и моделирование действия периодических сил на грунт основания для определения действительного характера работы системы «конструкция-основание», величины прогибов и перемещении, составление тождественной расчетной схемы деформации конструкции.

- сопоставить данные статических и динамических расчётов с наблюдениями в натуре и результатами модельных испытаний.

- произвести анализ и дать оценку полученных результатов, применяя отношение ускорений колебаний наземной конструкции оборудования и величины ускорения колебаний грунтов, соответствующих основным собственным частотам.

- разработать практические рекомендации по устранению опасного влияния динамических воздействий, применительно к типам промышленного оборудования, используемого в лесопромышленном комплексе.

Научная новизна работы заключается в том, что:

- на основе теоретических, экспериментальных исследований и натурных наблюдений сделаны новые выводы об изменении частоты колебаний грунта в зависимости от его сезонного состояния в условиях работы подъёмно-транспортного оборудования крановых эстакад предприятий ЛПК.

- используется новый критерий для оценки жесткости системы «сооружение-основание» - величина критического ускорения колебаний в отношении Ха = ак°НСтр и неравенства Ка < ■

Иосн

- теоретически обоснована методика расчета величин критического ускорения колебаний для грунтов (акрит) основания и сооружения, учитывающая не только интенсивность статической нагрузки и частоту колебаний.

- определение коэффициента критического ускорения Ка для системы «сооружение-основание» следует производить с учетом влияния присоединенной массы грунта и направления вектора результирующей возмущающей силы и ее частоты.

Научные положения, выносимые на защиту:

- исследования совместной работы наземной конструкции крановой эстакады и грунтов основания от действия поперечных и продольных сил, возникающих от динамических и ударных воздействий при эксплуатации грузоподъемного оборудования.

- математическая и физическая модель зависимости перемещений и осадок фундаментов крановой эстакады открытого типа от величины динамического воздействия при различном состоянии грунтов.

- методика оценки жесткости и устойчивости системы «сооружение-основание» в условиях вибродинамической нагрузки.

Методы исследования:

- оценка достоверности результатов теоретических исследований путем сравнения их с результатами экспериментальных исследований, полученных на натурной конструкции;

- математическое моделирование и программирование напряженно деформированного состояния конструкции подъемно-транспортного оборудования и грунтов основания;

- интегральное и дифференциальное исчисление в расчетах собственных частот и определения форм колебаний.

Объектом исследования является система: «сооружение - основание», подъемно-транспортные эстакады большой грузоподъемности предприятий ЛПК, в условиях работы при подъеме пакетов сортимента, с воды; главное значение придается исследованию напряженно-деформированного состояния таковой системы, т.к. оно зависит от напряжений, вызываемых внешними нагрузками и воздействием на элементы наземных конструкций, неравномерными деформациями грунтов оснований фундаментов этих сооружений.

Практическая ценность исследований. Предложены рекомендации по снижению опасного вибродинамического воздействия на конечную жесткость здания конструкции с учетом коэффициента критического ускорения колебаний системы «сооружение - грунт основания».

При проектировании конструкций подъемно-транспортного оборудования, машин и механизмов, применяемых в ЛПК, при действии периодических сил учитывается влияние не только частоты и амплитуды колебаний, но и влияние присоединенной массы грунта на работу системы «сооружение-основание».

Расчет конструкций производится с учетом направления возмущающей силы, пространственной жесткости сооружения и неравномерности осадок основных фундаментов и опор при вибродинамическом воздействии.

Установлено, что частота вынужденных колебаний и логарифмический декремент загасания колебаний зависит от сезонного промерзания грунта и, следовательно, от величины «присоединенной массы».

Рекомендации использовались для оптимизации крановых нагрузок подъемно-транспортной эстакады ЦБК (г. Сыктывкар). В процессе длительной эксплуатации конструкция эстакады получила значительные деформации.

Оценка динамического воздействия от подъема сортимента с воды в летний и зимний период показало, что при оттаивании грунта (изменении характеристики основания) наземная конструкция находится близко к резонансным режимам, при работе крана с максимальными эксплуатационными характеристиками. Полученная информация позволила выявить причину неравномерных осадок фундаментов колонн крановой эстакады - разуплотнение водонасыщеннного грунта основания. Практические рекомендации по устройству шпунтовой стенки по периметру фундамента, применение демпфирующих соединений на дополнительных растяжках в плоскости главных балок, снижение крановой нагрузки при максимальном вылете стрелы в летний период обеспечили безопасную работу кранового оборудования при сохранении проектных мощностей производства.

На Колпинском деревообрабатывающем комбинате (ДОК) при возведении железобетонной монолитной трубы экономайзера при работающем оборудовании, рекомендации по обеспечению режима производства работ позволили выполнить требования проекта реконструкции предприятия. Методика оценки влияния вибродинамического воздействия с использованием интегральных характеристик работы системы (К^) успешно применялось при проектировании усиления междуэтажных перекрытий в ус-

ловиях вибраций от работы окорочных станков на Ижорском ДОК в Санкт-Петербурге.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались (на пленарных и секционных заседаниях JITA) и обсуждались на конференциях по итогам научно-исследовательских работ. На 51~ научной конференции в СПбГАСУ, Санкт-Петербург 1994 г. на секции «Конструкции из дерева и пластмасс» по теме: «Учет влияния просадки фундаментов на несущую способность деревянных перекрытий при реконструкции зданий». Аи научная конференция молодых ученых СПбЛТА, 2001 г. Научная конференция, секция геодезии и строительного дела «Исследование совместной работы зданий и грунтов оснований». СПбЛТА, 2002 г. «Оценка динамических воздействий от подвижного состава на насыпи лесовозных дорог». Научная конференция по итогам 2002 г., секция геодезии и строительного дела. «Расчет конструктивных элементов каркаса промышленного здания с учетом деформации фундаментов грунтов основания», там же «Усиление деревянных балок жилых зданий при их реставрации».

Пленарное заседание ЛИФ, СПбГЛТА, научно-технической конференции по итогам НИР 2006 г. «Оценка пространственной жесткости системы "подъемно-транспортная эстакада - грунт основания" в условиях вибродинамического воздействия при подъеме сортимента из воды».

Методика оценки состояния существующих конструкций и сооружений при случайных многократных динамических воздействиях обсуждалась на пленарном заседании ЛИФ, СПбГЛТА в рамках научно-технической конференции, посвященной итогам НИР 2007 г. «Моделирование напряженно-деформированного состояния конструкции крановой эстакады в динамических условиях с учетом работы основания».

Публикации. По материалам выполненных исследований в научно-теоретических изданиях опубликовано 11 работ.

Объем работы. Диссертация общим объемом 150 стр., содержит: введение, пять глав, заключение, выводы, литературный обзор, 38 рисунков, 18 таблиц, 3 приложения.

Содержание работы

Во введении кратко обосновывается актуальность проведенного исследования, определены цели и задачи диссертации, научная новизна и практическая значимость основных положений.

В первой главе дается аналитический обзор работ, посвященных методике расчета конструкций в условиях вибродинамических воздействий на предприятиях лесопромышленного комплекса, рассматриваются вопросы, связанные с понятием критического ускорения колебаний, как характеристики несущей способности основания и комплексной оценки динамической работы конструкций подъемно-транспортного оборудования.

Как показывает практика проектирования, эксплуатации сооружений и конструкций различного назначения в лесопромышленном комплексе, учет динамических воздействий не является всеобъемлющим. Причина кроется в недостаточной оценке инерционных сил, действующих на сооружение, меняющихся свойств основания грунтов при вибрации.

Обычно используемый коэффициент динамичности (/Сдин). и его величина, принимаемая практически всегда одинаково, т.е. увеличивающая статическую нагрузку при учете инерционных сил на 30-40% от суммарной расчетной нагрузки, не только не учитывает периодичность действия нагрузки и ее изменение, но и не учитывает неравномерных осадок опор, а следовательно изменение эпюр «М» и «Q», отличных от первоначальной расчетной схемы. В расчетах не учитываются законы распространения волн напряжений, например, (в основаниях под фундаменты машин и механизмов), когда важно не допустить местного возрастания напряжений в результате отражения, преломления и дифракции этих волн, в особенности в точках фокусов волн.

Предлагается не ограничиваться определением критического ускорения колебаний основания или применением для отдельных элементов, рассматривая систему «сооружение - грунт - водоем», в условиях динамических воздействий использовать коэффициент отношения

е TS aKOHCTD

ускорении колебании наземной конструкции и основания Ка =--,

аосн

как интегральной характеристики объекта, т.к. в этом случае играет роль не только амплитуда, но и, что очень важно, частота колебаний всех взаимосвязанных элементов системы, учитывая влияние присоединенной массы грунта, направление возмущающей силы, неравномерность осадок опор основных фундаментов, т.е. возможное изменение расчетной схемы.

Таким образом, имеющиеся методы расчета недостаточны для обоснованной оценки пространственной жесткости системы «сооружение - основание», в условиях динамического воздействия, что предопределило цель и основные задачи исследования.

Во второй главе освещены вопросы моделирования в статических и динамических условиях.

На основании работ по моделированию проф. Назарова, А.Г. Покровского, A.C. Федорова и В.И. Патякина выполненных применительно к гидравлике и механике грунтов, проведен анализ по соответствию геометрического, силового и физического подобия между натурой и соответствующей моделью.

При моделировании колебаний следует использовать предложение профессора Голицына: рассматривать колебательный процесс как ряд гармонических колебаний с выделением основной (несущей) гармоники, имеющей возможность раскладываться в ряд Фурье. В этом случае для хаотического процесса можно использовать формулу ускорения колебаний гармонического типа:

а = 4л2А/2,

I 2 2 2

где А - результирующая амплитуда колебаний А = /- частота колебаний.

Задача о подборе среды - грунта в качестве модельного материала решалась просто: брался тот грунт и такой плотности и влажности (жесткости) какой был в натуре. Кирпичная кладка хорошо имитировалась дерево-отходным материалом, обжатым в специальном клею, а железобетонный каркас и свайный ростверк хорошо корреспондировался со стержнями из органического стекла и углепластика с учетом геометрической и физической нелинейности, согласно работе проф. Миляева A.C. и Процентова В.А.

Дискретная модель численного решения задачи, громоздкий, требующий специальных сведений метод, который может быть использован в особых случаях. Поэтому следует определять акр экспериментально, как это и делалось ранее, но с учетом расчетной частоты колебаний и присоединенной массы. Задача о подборе материала основания, при всей ее сложности из-за множества факторов, в общей теории моделирования в случае сыпучего основания, решается сравнительно просто, т.к. для них, по существу основным требованием является равенство углов внутреннего трения. Действительно в элементарном объеме модели содержится достаточно большое количество элементов (песчинок) и такие важные характеристики, как коэффициент трения, эффект зацепления, зависящий от коэффициента ока-танности, миниральности, деформируемости и т.д. известные характеристики сыпучего материала. Так как размеры элементов достаточно малы по сравнению с размерами основания, которое они составляют, диапазон плотности одинаков для модели и натуры, то возможно использовать тождественный материал - песок с равным углом внутреннего трения (ф).

Подобие системы при моделировании работы крановой эстакады, с учетом динамической составляющей при эксплуатации подъемного оборудования, обеспечивается одинаковыми множителями подобия для всех элементов: грунт - сооружение - водоем. Кроме того, коэффициенты трения по поверхности сопряжения между сооружением и грунтом приняты одинаковыми для натуры и модели.

Подбор модельного материала для динамической нагрузки осуществлялся таким образом, что коэффициенты поглощения для модели и натуры совпадали:

Ш' Ш

где и - максимальная энергия при циклических нагрузках, отнесенная к единице объема материала М; IV - поглощенная энергия для того же материала; для материала М' соответственно - С/¡У*.

с/= ругу, Е1 в

где р и у - множители подобия (— = —).

Е у

При моделировании нагрузки от собственного веса на модели 1 : 25 (рис. 1) применение центрифуги не представляется возможным по габаритным размерам модели (более 3 м). Испытание модели проводилось в естественном гравитационном поле, без пригрузов (для компенсации недостатка веса модели), т.к. такой способ загружения для моделирования динамических процессов недопустим, из-за существенных искажений в работе конструкции объекта исследования. Поэтому множители подобия подбирались так, чтобы ускорение в натуре и модели совпадали. Необходимые значения множителей подобия получены согласно исследованиям Назарова А.Г.

В третьей главе представлены данные лабораторных исследований в условиях плоской задачи. В начале главы вынесены предложения по улучшению методики профессора Курдюмова, которая позволяет изучить образование т.н. активной зоны под моделью фундамента и в откосной призме при колебаниях, а, следовательно, и критическое ускорение, которое зависит от напряженного состояния грунтовой среды, ибо каждое сооружение или конструкция располагается на грунтовом основании.

Для подтверждения натурных и теоретических исследований было спроектировано и изготовлено три лотка: большой (полигон) 1 х 1 х 1 м, малый и средний. Проведено три серии опытов. На моделях фундамента в условиях плоской и объемной задачи I серия, с применением малого лотка, с одной прозрачной стенкой из оргстекла (толщиной 15 мм) с мерной сеткой 2 х 2 см.

Во всех трех сериях лабораторных опытов и при осадке моделей фундаментов, и при деформации откосов наблюдались при образовании активной зоны, процессы уплотнения и сдвига грунта одновременно, хотя при деформации модели фундамента эти процессы следовали строго один за другим: зона уплотнения, где действует закон Гука, зона сдвигов и зона выпора - полная потеря устойчивости.

Рис. 1. Экспериментальная модель крановой эстакады. Общий вид

Во второй серии опытов в лотке среднего размера, выполнено аналогично малому, были проведены испытания на устойчивость свободного откоса с загружением виброштампом по гребню и эксперимента с лотком, установленным на виброплатформе (с горизонтальной вынуждающей силой. Опыты выполнялись при колебаниях с разным ускорением, которое изменялось ступенчато. Основное значение ускорения по ступеням в пределах 50,4 - 65,9 - 148 и до 1230 мм/сек2. Амплитуда колебаний была постоянной - 0,416 мм, а частота менялась от 1,75 Гц до 25 Гц, чаще до 14-15 Гц, т.к. при большой частоте и данной амплитуде колебаний откос разрушался.

В третьей главе также представлено описание серии опытов на модели конструкции крановой эстакады ЦБК в г. Сыктывкаре. Геометрический масштаб подобия натуры к модели составил 25 : 1. Моделью основания являлся водонасыщенный песок с углом внутреннего трения ср- соответствующему фН натуры. Стойки и ригель модели выполнены из тонкостенного (5 = 0,3 мм) алюминиевого профиля двутаврового сечения. Фундаменты колонн изготовлены из гипсового раствора в опалубке, имитирующие монолитные опоры натуры. Пропорциональность и параллельность сил в сходных точках изучаемого сооружения и модели является принципом силового подобия и выражается одним индикатором подобия

л л л л_2 л л Л л

1 = РГЕГ Ьг = 1, при аг = Еп иг = Ьп

Л Л Л л А

где Рп Ег, Ьп ап Ъ'г - множители преобразования для сосредоточенных нагрузок, модуля упругости, геометрических размеров и перемещений соответственно.

О деформации песка в теле откосной призмы судили по снижению маркировочной сетки, нанесенной на стекло. Процесс деформаций песка в теле откоса носил сложный характер: происходили одновременно процессы уплотнения и сдвига. За критерий оценки степени деформации была принята площадь активной зоны - ш.

Из наблюдений следует, что до тех пор, пока ускорение колебаний было меньше критического ускорения или равно ему, перемещение песка в откосной призме не происходила. С увеличением степени неравенства

а > деформации откосной призмы увеличивались.

В расчете устойчивости откосов в условиях колебаний принято выделять отсек, поделенный на части - фрагменты и ограниченный снизу линией активной зоны. Некоторыми авторами предполагается, что в случае скольжения откоса вертикальные грани фрагментов перемещаются одинаково и остаются плоскими. В действительности (согласно опытам (рис. 2)) нижняя граница активной зоны, основания фрагментов и вертикальные грани фрагментов не остаются плоскими. Следовательно, такие допущения далеки от реальной картины деформации песка в откосной призме.

Рис. 2. Деформация сухого песка I (О = 0,5) в откосной призме при колебаниях с ускорением 2363 мм / сек2: 1 - первоначальная линия откоса; 2 - нижняя граница активной зоны

Подводя итог, первой серии опытов, можно утверждать, что применение понятия «критическое ускорение» в условиях динамического воздействия на песчаный грунт, является интегральной характеристикой устойчивости и деформационных процессов в условиях откоса и горизонтального расположения исследуемого грунта.

Применение понятие «отношение ускорений элементов системы» как интегральной характеристики работы системы и неравенство типа

^ Для оценки жесткости и устойчивости «системы» апробировано на объектах лесопромышленного комплекса Северо-Запада РФ.

Результаты испытаний по оценке пространственной жесткости сравнивались с аналогичными характеристиками (акрит, перемещение узлов конструкции) полученными с помощью компьютерного моделирования на программном комплексе «КоЬоьМШепшт» для статической и динамической работы «системы».

В четвертой главе приведены результаты наблюдений за объектами лесоперерабатывающего комбината на реке Вычегда, Сыктывкар.

Крановая эстакада лесоперерабатывающего комбината явилась наиболее характерным объектом наблюдений с точки зрения цели исследования в данной работе (рис. 3).

Рис.3. Эстакада ЦБК. г. Сыктывкар, река Вычегда, 1991 год: 1 - колонна явно отклонена от вертикали и, см. рис. 4 - искривлена

На момент исследования конструкция находилась в предаварийном

состоянии (рис. 4). Перемещение колонн и узлов конструкции подъемного оборудования были значительны. Имелись трещины в сопряжениях и в подкрановой балки. Проведенный статический расчет выполненный с помощью программного комплекса «Robot Millenium» показал, что конструкция имеет более чем двухкратный запас прочности. Действие инерционных сил при эксплуатационной нагрузке учитывалось согласно СНиП коэфф. #дин =1,1 для кранов с режимом 7К эстакады открытого типа. Даже после усиления опасных участков стальными накладками на сварке (работы выполнены предприятием), были отмечены дальнейшие перемещения узлов и элементов конструкции, что вызвало необходимость снижения эксплуатационных характеристик крана при подъеме сортимента с воды, т.е. на максимальном положении мостового крана. Для определения абсолютных перемещений узлов эстакады и оценки динамического воздействия и составления тождественной расчетной схемы особую важность представляла собой задача точности геодезических измерений и снижения методических и приборных погрешностей. Автором использованы результаты наблюдений В.И. Стародубцева.

Для определения абсолютных перемещений эстакад контролировалось положение ОРП-1 и СЗ-1 относительно пунктов геодезической сети предприятия. Для этого на ОРП-1 и СЗ-1 устанавливались штатные визирные марки из комплекта теодолита и засекались с геодезических пунктов предприятия. При известных средних значениях перемещений этих марок, расположенных на устойчивых опорах, получены фактические перемещения, учитывающие перемещения пункта СЗ-1.

В процессе эксплуатации комплекта ДГК измерения выполнялись по трем программам:

- оценка воздействия сезонных условий эксплуатации;

- оценка воздействия суточных температурных деформаций;

- оценка воздействия динамических нагрузок.

Рис. 4. Видимое отклонение от вертикали колонны в осях В; I

На основании полученных данных была составлена расчетная схема плоской задачи для определения собственных частот конструкции методом перемещений (узлов) </„) по методике Снитко Н.К., как дополнение компьютерного моделирования. Кроме того, собственные частоты конструкции были определены в ходе натурных испытаний (fa). Полученные величины /п иуй и соответствующие им значения критического ускорения колебаний а"р и а"р, сравнивались с частотой fTр и ускорением Оф вынужденных

колебаний при транспортировке пакетов сортамента, определенные соответствующими измерениями на объекте в натуре.

Рассматривая основную систему в виде кинематической цепи шар-нирно сочлененных балок, составим дополнительное уравнение равновесно, как уравнение работ на возможных перемещениях (по Н.К. Снитко), получим при a0i = 2,66 низшую частоту колебаний

_7!07_

/о,п - ,2 ~Д — • loi V m

Получено для первой формы колебаний/0>п = 7,56 Гц.

Сравнение вынужденных колебаний, при авьш, полученное из наблю-

собств собств j^p

дений за эстакадой при рабочей нагрузке, и а ', с условием а - а , показало, что:

1. Наблюдается совпадение вынужденных колебаний (f7р, Oq,) в летний период работы эстакады с собственными колебаниями системы для расчетного значения /оп и соответствующего значения ао = 4 л А /02.

2. Измерения частоты собственных колебаний системы ан (использован ударный метод воздействия) в натуре близко к характеристикам и оЦр для летнего периода наблюдений и отличается от значения оцр, полученного зи-

спйств COOCTR

мои. Данное расхождение в значениях азимн " и алетн 'декремента затухания и можно объяснить состоянием грунтов основания (влажный и талый или мерзлый) и, следовательно, состоянием присоединенной массы.

Результаты натурных наблюдений за объектами различной жесткости и различного динамического воздействия далее представлена на следующих объектах: жилой дом в Приозерске, 9-ти этажное здание на пр. Седова, Колпинский ДОК. Колебание наземных конструкций и грунтов основания оценивалось через величину ускорения, определяемого разложением графика колебаний в ряды Фурье или по основной гармонике, при этом использована рекомендация проф. Голицына а = 4 п2Аf, причем А -амплитуда входит в указанную формулу как результирующая — А -

¡2 2 2

+Ау + А2 , т.е. в каждую точку наблюдений устанавливалось по 3

датчика - сейсмоприемника по 3-м взаимноперпендшсулярным осям: х, V Во всех наблюдениях использовались электродинамические сейсмо-приемники типа СПЭД или СПМ-16, которые всегда «работали» в паре с электровибраторами (шлейф) и которые предварительно были протарирова-ны в институте Метрологии им. Д.И. Менделеева (Палата мер и весов), которые регистрировались на шлейфах, осциллографах Н-102 и МПО-2. Ускорение колебаний наиболее полно отражает динамическое воздействие, нежели амплитуда или скорость колебаний, тем более, что в эту формулу частота входит в квадрате (рис.5).

Рис. 5. Логарифмический коэффициент загасания колебаний в зависимости от времени года

В пятой главе представлены рекомендации по практическому применению метода оценки жесткости системы «здание, сооружения - грунты основания» с использованием понятия критического ускорения колебаний.

Оценка динамического воздействия от поднимаемого груза возникающая при совпадении фаз ускорения нескольких одновременно выполняемых движений крана, резких торможений, свободного падения подвешенного на канате груза, выбеге вращающихся масс после их отключения, производится измерением колебаний наземной конструкции эстакады в точках наибольших перемещений и прогибов, определяемых по результатам геодезических наблюдений. Замеры колебаний грунтов оснований производится в шурфах по обрезам фундаментов опор наземной конструкции.

Критическое ускорение колебаний наземной конструкции принимается соответствующим величинам инерционных сил при значениях перемещений и прогибов превышающих предельно допустимые параметры (СНиП 2.01.07-85*). Для эстакады открытого типа с мостовыми кранами

режима работы 7

составляет

1

.500.

Сложный характер работы сооружения с переменными по площади жесткостями и нагрузками, необходимость учета пространственного распределения различных грунтов и фракций делают обоснованным применение продвинутых моделей комплексной системы «основание - фундамент - конструкция», определяя интегральные динамические характеристики конструкции, используя отношение Ка величины ускорения колебаний. Проведение модельных испытаний позволяет оперативно оценивать динамические свойства будущей конструкции непосредственно в процессе проектирования, позволяя вносить необходимые поправки в динамическую схему загружения и в характеристики узлов и элементов сооружения. Сравнительный анализ полученных результатов модельных, натурных экспериментов, результаты математического моделирования выполненных с помощью программных комплексов проводить с помощью неравенства

При моделировании указанных процессов важно обеспечить не только силовое подобие и, следовательно, и напряженно-деформированное состояние, геометрическое и физическое подобие, но и направление возмущающей силы, и присоединенную массу основания.

Нами в 2002-2003 годах предлагалось определять критические ускорение основания, на моделях в лотке. В данной работе впервые предлагается определять критическое ускорение колебаний для системы «конструкция - основание» с учетом определяющего обстоятельства, влияния присоединенной массы.

Тогда не придется использовать в расчетах значения неточного коэффициента динамичности, рассчитываемого для условия плоской задачи.

Применение неравенства типа Ка < КЦр будет учитывать не только напряженно-деформированное состояние грунта в основании фундаментов, но и присоединенная масса, направление возмущающей силы, но и частота вынужденных колебаний и логарифмический декремент загасания колебаний.

Проведение модельных экспериментов является важным дополнением к расчетам выполненным с помощью программных вычислительных комплексов к анализу результатов натурных наблюдений и исследований.

Анализ натурных и модельных экспериментов показывает, что применение существующих программных комплексов типа «ЛИРА», «СТАДИО» позволяющих по данным инженерно-геологических изысканий строить трехмерную модель грунта и варьировать жесткостные характеристики и граничные условия системы не учитывают ряд важных факторов:

- наличие активной зоны напряжений под существующими постройками;

- не учитывается влияние присоединенной массы грунта и структурные изменения основания сезонного характера.

Задачи исследований решены, оценка и анализ полученных результатов позволяет считать цель работы достигнутой.

Выводы и рекомендации

Анализ теоретических, натурных и лабораторных исследований позволяет сделать выводы, на основании которых могут быть разработаны соответствующие рекомендации для предприятий ЛПК:

1. При проектировании объектов ЛПК рекомендуется производить статические и динамические расчеты на прочность и устойчивость, и деформации, и их сочетания, а при наличии вибраций учитывать инерционные силы через величину критического ускорения колебаний акрит.

2. Надо учитывать величину критического ускорения колебаний не только для грунтов основания, но и для всей системы «основание - сооружение»,

„ аконстр. применяя отношение Ка =-—.

агрунт

3. При проведении расчетов следует учитывать пространственную жесткость сооружения, по отношению к вектору возмущающей силы.

4. Необходимо учитывать влияние присоединенной массы, которая может существенно изменить частоту собственных колебаний системы, и, как следствие, вызвать резонансные отклики конструкции на динамическую нагрузку. Сезонное состояние грунтов, изменение присоединенной

массы следует учитывать при назначении расчетного случая для проектируемых и существующих объектов.

5. Предлагаемая методика оценки работы конструкции при вибродинамическом воздействии достоверно отображает поведение системы «основание - фундамент - конструкция».

6. Предложено исключить в расчетах пространственной жесткости конструкции с учетом вибраций использование увеличения статической нагрузки на коэффициент динамичности - Кд (СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»), т.к. инерционные силы могут не только увеличивать, но и уменьшать напряженно-деформированное состояние.

7.Предлагается использовать в расчетах неравенство Ка > регулируя обе его части можно добиться существенного уменьшения опасного воздействия вибраций.

Список статей

1. Патякин В.И., Костюков И.И. Моделирование напряженно-деформированного состояния конструкции крановой эстакады динамических условиях с учетом работы основания. Известия. С-Петербургской Лесотехнической Академии. Выпуск 184. СПб. 2008. Стр. 154 - 160.

2. Костюков И.И., Михайлов Б.К. Учет влияния осадки фундаментов на несущую способность деревянных перекрытий при реконструкции зданий. СПб.: СПбГАСУ, 1994 г. Сборник научных трудов 51— конференции СПбГАСУ.

3. Костюков И.И., Калашников В.А., Костюков И.И. Применение вибродинамического метода определения типа опирания деревянной балки при проектировании и испытаниях балочных перекрытий. СПб., Межвузовский сборник научных трудов. 1994 г.

4. Костюков И.И., Стародубцев В.И., Костюков И.И. Оценка пространственной жесткости здания и установление деформаций его отдельных элементов. СПб., 2002. ЛИФ, Межвузовский сборник.

5. Костюков И.И. Исследование совместной работы системы «здание - грунт основания». СПб., 2002. ЛИФ, Межвузовский сборник.

6. Патякин В.И., Костюков И.И., Михайлов Б.К. Особенности проектирования и строительства зданий и сооружений лесопромышленного комплекса в условиях вибродинамического воздействия. СПб., 2002. ЛИФ, межвузовский сборник научных трудов. Лесосечные, лесоскладские работы и транспорт леса.

7.Маленков A.A., Костюков И.И., Сапминен Э.О., Костюков И.И. Определение плотности песчаных и гравелистых грунтов лесовозных дорог. СПб., 2002. ЛИФ, межвузовский сборник научных трудов.

8. Бипан Б.А., Костюков И.И. Оценка динамического воздействия от подвижного состава на насыпи лесовозных дорог. СПб. ЛТА, Сборник докладов. 2001 г.

9. Костюков И.И. Расчет конструктивных элементов каркаса промышленного здания с учетом деформаций фундаментов грунтов оснований. СПб. ЛТА. Сборник трудов научно-технической конференции. 2002 г.

10. Костюков И.И. О колебании грунта по результатам наблюдений в зимнее и летнее время. СПб: ГАСУ. Доклады к XXIV научной конференции. 2005 г.

Подписано в печать 28.10.2008. Формат 70x84/16. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 240.

Отпечатано в полном соответствии с качеством предоставленного оригинал-макета в типографии ГОУ ВПО «Архангельский государственный технический университет»

163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17

Введение.

ГЛАВА 1. ОЦЕНКА ВИБРОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЖЕСТКОСТЬ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ ЛЕСОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА (литературный обзор).

1.1. Учет динамических воздействий и развитие теории расчета устойчивости и жесткости сооружений.

1.2. Существующий метод оценки влияния вибраций, вызванных работой механизмов с неуравновешанными массами, на деревообрабатывающих предприятиях.

1.3. Современные методы обследования и испытания конструкций с помощью динамических испытаний.

1.3.1. Определение реакции конструкции на заданное воздействие и действительной схемы работы, т.е. типа опирания элементов сооружения (вибродинамический метод).

ГЛАВА 2. ВОПРОСЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ В СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ.

2.1. Изучение напряжённо-деформированного состояния системы «сооружение-основание» и оценка напряжений в конструкциях в условиях воздействия вынужденных колебаний.

2.2. Задача о подборе среды — грунта в качестве модельного материала для рассматриваемой системы «наземная конструкция — грунт основания».

2.3. Подбор модельного материала для динамической нагрузки.

2.3.1. Подбор модельного материала для экспериментов по предельным состояниям.

2.3.2. Подбор модельного материала для грунтов.

2.3.3. Моделирование нагрузки.

2.4. Описание серии опытов на модели крановой эстакады.

2.4.1. Формулировка критериев подобия. Выбор масштаба материалов нагрузочных средств.

2.4.2. Описание модели крановой эстакады и основания.

2.4.3. Результаты измерения перемещений деформационных меток модели крановой эстакады от действия динамической нагрузки.

2.4.4. Оценка точности результатов, полученных на модели крановой эстакады в области упругих деформаций конструкций.

ГЛАВА 3. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

В УСЛОВИЯХ ПЛОСКОЙ ЗАДАЧИ.

3 Л. Предложения по улучшению методики проф. A.B. Курдюмова, по изучению т.н. активной зоны грунтовой среды.

3.1Л. Динамическая устойчивость свободного откоса опыты первой серии).

3.1.2. Соотношение между значениями критического ускорения для условий уплотнения, сдвига и откоса.

3.1.3. Устойчивость откоса, нагруженного по гребню виброштампом (опыты второй серии).

3.1.4. Критерий оценки устойчивости песчаного откоса при динамических воздействиях.

3.1.5. Мероприятия по обеспечению динамической устойчивости песчаных откосов при колебаниях.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ НАТУРНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА КРАНОВОЙ ЭСТАКАДЫ ЦБК, г. СЫКТЫВКАР,

РЕЧКА ВЫЧЕГДА.•.

4.1. Исследование состояния крановой эстакады. Методы определения абсолютных перемещений узлов и элементов подъемного оборудования.

4.1.1. Геодезический контроль стабильности крановой эстакады.

4.2. Задача точности геодезических измерений. Снижение методических и приборных погрешностей.

4.3. Оценка воздействия статических и динамических нагрузок на эстакаду.

4.3.1. Оценка точности выполненных измерений.

4.4. Измерение частоты собственных колебаний системы.

4.5. Анализ полученных результатов, выполненных с использованием величины отношения ускорения колебаний.

ГЛАВА 5. ПРИМЕР УЧЕТА ВИБРОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.

Развитие капитального строительства и модернизация предприятий лесопромышленного комплекса, интенсивное использование новейших машин и механизмов при освоении лесных массивов требуют решения разнообразных задач, связанных с динамическим расчетом конструкций и сооружений, как проектируемых, так и существующих.

Действие периодических сил, ударные нагрузки, вибрации, вызванные работой тяжелых механизмов, с неуравновешенными массами, использование виброактивного технологического оборудования и подъемно-транспортных механизмов и мостовых кранов, негативно влияют на эксплуатационную надежность зданий и сооружений и в конечном итоге приводят к повреждениям и даже к аварийным разрушениям строительных конструкций и их элементов.

Оценка пространственной жесткости зданий и сооружений при вибродинамических воздействиях, определение действительной схемы работы системы «конструкция - основание» для решения проблемы повышение надежности, безопасной эксплуатации и ремонтопригодности конструкции, разработка простых и надежных способов расчета сооружений на действие периодической нагрузки имеет большое практическое значение.

Актуальность рассматриваемой проблемы нашла отражение в постановлении Правительства РФ от 28.03.01 .№ 241 «Организация работы по развитию и внедрению систем контроля и расчета, позволяющих проводить экспертизу промышленной безопасности». Для совершенствования процесса принятия решений о возможности продления срока безопасной эксплуатации технических устройств, оборудования и сооружений, определение остаточного ресурса производственных объектов, необходимо применение интегральных методов оценки пространственной жесткости конструкций.

Подъемно-транспортные эстакады лесопромышленного комплекса предназначенные для подъема круглых лесоматериалов с воды являются характерным примером сооружений, требующих мониторинга состояния всех элементов системы «наземная конструкция - фундаменты - основание».

По данным Ростехнадзора с 1998 г. наблюдается устойчивый рост количества аварий на грузоподъемных кранах. Сложившиеся неудовлетворительное положение с аварийностью при эксплуатации грузоподъемных машин обусловлено в первую очередь продолжающимся старением основных фондов. В настоящее время из 280 тыс. работающих грузоподъемных кранов 85% отработали нормативный срок службы.

Решение проблемы повышение надежности и безопасности эксплуатации грузоподъемных кранов зависит не только от технического контроля, планового предупредительного ремонта и технического обслуживания, но и от определения действительной схемы работы всей системы «наземная конструкция - фундаменты - основание».

Применение интегральных характеристик анализа пространственной жесткости конструкций и сооружений, учитывающих работу основания в качестве дополнительного и необходимого критерия оценки, объектов проектируемых по существующим СНиП, в условиях работы сооружения на слабых грунтах, при динамических воздействиях, предназначенных к эксплуатации в районах с сезонными изменениями температуры, позволяет обеспечить требуемую долговечность и капитальность конструкции. Разработка простых и надежных способов расчета сооружений и конструкций на действие динамической нагрузки имеет большое практическое значение.

Многообразие форм колебаний и вибрационного воздействия, изучение и учет сложных явлений динамического характера, требует рассмотрения каждой частной задачи с помощью трудоемких вычислений.

Обеспечение инженера практичным методом оценки жесткости системы «сооружение - наземные конструкции - основание и фундамента» при динамических воздействиях является важным этапом в освещении этой обширной темы.

В данном направлении было проведено большое количество исследований в нашей стране и зарубежными учеными.

Актуальность рассматриваемой проблемы, в частности, подчеркивалась на международных конгрессах по вибродинамике в г. Чикаго (США, июнь 2000 г.), в Китае (ав1уст, 2003 г.), в Денвере (США, апрель 2002 г.) [1,2,3].

Основной целью диссертации является разработка метода оценки жесткости и устойчивости системы «сооружение — основание» при неравномерных осадках опор в условиях вибродинамической нагрузки и рекомендации по обеспечению надежной эксплуатации механизмов и конструкций.

Научная новизна работы заключается в том, что:

- на основе теоретических, лабораторных и в особенности натурных наблюдений сделаны новые, неизвестные в теории колебаний выводы об изменении частоты колебаний грунта в зависимости от его сезонного состояния.

- предлагается новый критерий оценки жесткости системы «сооружение-основание» с использованием понятия критического ускорения и величины Ка = ^^ и неравенства Ка - К7™ •

С1осн

- теоретически обоснована методика расчета величин критического ускорения колебаний для грунтов (акрит) основания и сооружения, учитывающая не только интенсивность статической нагрузки и частоту колебаний.

- определение коэффициента критического ускорения К а системы» производится с учетом влияния присоединенной массы грунта и направления вектора результирующей возмущающей силы и ее частоты.

Научные положения, выносимые на защиту:

- исследования совместной работы наземной конструкции крановой эстакады и грунтов основания от действия поперечных и продольных сил, возникающих от динамических и ударных воздействий при эксплуатации грузоподъемного оборудования.

- математическая и физическая модель зависимости перемещений и осадок фундаментов крановой эстакады открытого типа от величины динамического воздействия при различном состоянии грунтов.

- методика оценки жесткости и устойчивости системы «сооружение-основание» в условиях вибродинамической нагрузки.

Задачи исследования:

- определить величину статической и динамической нагрузки от работы грузоподъёмного оборудования при подъёме сортимента с воды.

- разработка математической модели работы конструкции крановой эстакады при эксплутационных нагрузках.

- проведение экспериментальных исследований на физической модели крановой эстакады и моделирование действия периодических сил на грунт основания для определения действительного характера работы системы «конструкция-основание», величины прогибов и перемещении, составление тождественной расчетной схемы деформации конструкции.

- сопоставить данные статических и динамических расчётов с наблюдениями в натуре и результатами модельных испытаний.

- анализ и оценку полученных результатов произвести с помощью понятия «критическое ускорение» и отношения ускорений колебаний наземной конструкции и грунтов, соответствующих основным собственным частотам.

Методы исследования:

- математическое моделирование и программирование; оценка достоверности результатов теоретических исследований путем сравнения их с результатами экспериментальных исследований, полученных на реальной конструкции; интегральное и дифференциальное исчисление в расчетах собственных частот и определения форм колебаний.

Объектом исследования является система: «сооружение - основание», а именно подъемно-транспортная эстакада большой грузоподъемности ДОК, в условиях работы при подъеме пакетов сортимента, с воды; главное значение придается исследованию напряженно-деформированного состояния таковой системы, т.к. оно зависит не только от напряжений, вызываемых внешними нагрузками и воздействием, на элементы наземных конструкций, но и от напряжений вызываемых неравномерными деформациями грунтов оснований фундаментов этих сооружений.

Практическая ценность состоит в том, что даны рекомендации: а) по снижению опасного вибродинамического воздействия на конечную жесткость здания конструкции с учетом коэффициента критического ускорения колебаний системы «сооружение - грунт основания», б) на работу системы оказывает влияние не только частота колебаний, что очень важно, но и присоединенная масса грунта, в) направление возмущающей силы, а также пространственная жесткость сооружения и неравномерность осадок основных фундаментов и опор, также влияет на работу системы при вибродинамическом воздействии.

Рекомендации использовались для оптимизации крановых нагрузок подъемно-транспортной эстакады ЦБК (г. Сыктывкар). В процессе длительной эксплуатации конструкция эстакады получила значительные деформации.

Оценка динамического воздействия от подъема сортимента с воды в летний и зимний период показало, что при оттаивании грунта (изменении характеристики основания) наземная конструкция находится близко к резонансным режимам, при работе крана с максимальными эксплуатационными характеристиками. Полученная информация позволила выявить причину неравномерных осадок фундаментов колонн крановой эстакады - разуплотнение водонасыщеннного грунта основания. Практические рекомендации по устройству шпунтовой стенки по периметру фундамента, применение демпфирующих соединений на дополнительных растяжках в плоскости главных балок, снижение крановой нагрузки при максимальном вылете стрелы в летний период, обеспечили безопасную работу кранового оборудования при сохранении проектных мощностей производства.

На Колпинском Д1Ж при возведении железобетонной монолитной трубы экономайзера при работающем оборудовании, рекомендации по обеспечению режима производства работ позволили выполнить требования проекта реконструкции предприятия. Методика оценки влияния вибродинамического воздействия с использованием интегральных характеристик работы системы (К^) успешно применялось при проектировании усиления междуэтажных перекрытий в условиях вибраций от городского транспорта в здании обувной фабрики в Санкт-Петербурге на Московском пр., 109, а также при проведении реконструкции здания НПО «Ленинец» на Литовском пр., 268 в схожих условиях эксплуатации.

Кроме того, впервые, натурными, наблюдениями установлено, что частота вынужденных колебаний и логарифмический декремент загасания колебаний зависит от сезонного промерзания грунта и, следовательно, от величины «присоединенной массы».

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались (на пленарных и секционных заседаниях ЛТА) и обсуждались на конференциях по итогам научно-исследовательских работ. На 51-ой научной конференции в СПБГАСУ, Санкт-Петербург 1994 г. на секции «Конструкции из дерева и пластмасс» по теме: «Учет влияния просадки фундаментов на несущую способность деревянных перекрытий при реконструкции зданий». 4-ая научная конференция молодых ученых СПБЛТА, 2001 г. Научная конференция, секция геодезии и строительного дела «Исследование совместной работы зданий и грунтов оснований». СПБЛТА, 2002 г. «Оценка динамических воздействий от подвижного состава на насыпи лесовозных дорог». Научная конференция по итогам 2002 г., секция геодезии и строительного дела. «Расчет конструктивных элементов каркаса промышленного здания с учетом деформации фундаментов грунтов основания», там же «Усиление деревянных балок жилых зданий при их реставрации».

Работа над диссертацией проводилась под общим научным руководством доктора технических наук, профессора, заслуженного деятеля науки и техники РФ, действительного члена РАЕН, академика Минаева А.Н.

Эксперименты и геодезические наблюдения выполнены под руководством кандидата технических наук, доцента Соловьева А.Н.

Автор считает своим долгом выразить глубокое уважение и благодарность за научное руководство академику РАЕН, профессору А.Н. Минаеву, а также высказать большую признательность сотрудникам кафедры «Гидравлики» ГЛТА, оказавшим помощь в проведении трудоемких экспериментов в лабораторных и полевых условиях.

Автор приносит огромную благодарность д.т.н. проф. Патякину В.И., давшему ценные замечания и пожелания по рукописному варианту данной работы.

Заключение

Сложный характер работы сооружения с переменными по площади жесткостями и нагрузками, необходимость учета пространственного распределения различных грунтов и фракций делают обоснованным применение продвинутых моделей комплексной системы «основание -фундамент - конструкция», определяя интегральные динамические характеристики конструкции, используя отношение Ка величины ускорения колебаний. Проведение модельных испытаний позволяет оперативно оценивать динамические свойства будущей конструкции непосредственно в процессе проектирования, позволяя вносить необходимые поправки в динамическую схему загружения и в характеристики узлов и элементов сооружения. Сравнительный анализ полученных результатов модельных, натурных экспериментов, результаты математического моделирования выполненных с помощью программных комплексов проводить с помощью неравенства Ка < К^.

При моделировании указанных процессов важно обеспечить не только силовое подобие, а следовательно и напряженно-деформированное состояние, геометрическое и физическое подобие, но и направление возмущающей силы, и присоединенную массу основания.

Нами в 2002—2003 годах предлагалось определять критические ускорение основания, на моделях в лотке. В данной работе впервые предлагается определять критическое ускорение колебаний для системы «конструкция — основание» с учетом определяющего обстоятельства, влияния присоединенной массы.

Тогда не придется использовать в расчетах значения неточного коэффициента динамичности, рассчитываемого для условия плоской задачи.

Применение неравенства типа Ка < К^ будет учитывать не только напряженно-деформированное состояние грунта в основании фундаментов, но и присоединенная масса, направление возмущающей силы, но и частота вынужденных колебаний и логарифмический декремент загасания колебаний.

Проведение модельных экспериментов является важным дополнением к расчетам выполненным с помощью программных вычислительных комплексов к анализу результатов натурных наблюдений и исследований.

Результаты расчетов и экспериментов рекомендуется применять на практике следующим образом:

1. Если при оценке динамических характеристик системы (особенно на слабых водонасыщенных грунтах) наблюдаются близкие по величине значения Ка и К^, то необходимо изменить жесткость элементов конструкции.

2. Необходимо учитывать сезонное состояние грунта, логарифмический декремент затухания колебаний для мерзлого и талого основания. Возможность существенных различий параметров колебаний представляют практическое значение при выборе расчетного случая.

3. Важно, чтобы здание, проектируемое в условиях вибродинамического воздействия, было ориентировано большей жесткостью перпендикулярного направлению возмущающей силы.

Анализ натурных и модельных экспериментов показывает, что применение существующих программных комплексов типа «ЛИРА», «СТАДИО» позволяющих по данным инженерно-геологических изысканий строить трехмерную модель грунта и варьировать жесткостные характеристики и граничные условия системы не учитывают ряд важных факторов:

- наличие активной зоны напряжений под существующими постройками;

- не учитывается влияние присоединенной массы грунта и структурные изменения основания сезонного характера.

1. Александров Б.К., Демин А.И., Мельников Н.В., 1964. Определение устойчивости откосов уступов на карьерах КМА. Краткий научный отчет Института Горного дела им. A.A. Скочинского, М.

2. Архангельский Л.Д. 1953. Устойчивость откосов земляных сооружений при землетрясениях. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.

3. Баркан Д.Д. 1934. О распределении установившихся колебаний в грунте. Сборник ВИОС 4. Вибрации оснований и фундаментов. ОНТИ.

4. Баркан ДД. 1946. Экспериментальное исследование сотрясений грунта, вызываемых паровозом. АН СССР, институт механики. Инженерный сборник, т. 3, вып. 1.

5. Баташов Н.И. и др. Натурный эксперимент: информационное обеспечение экспериментальных исследований. М. Высш. шк., 1982 г.

6. Берликов М.В. Комплексная оценка работы системы «сооружение — грунтовая среда» при динамическом воздействии. Автореф. дисс. МИСИ. М., 2001 г.

7. Билан Б А., Костюков И.И. Оценка динамического воздействия от подвижного состава на насыпи лесовозных дорог. СПб.: J1TA, Сборник докладов. 2001 г.

8. Бишоп Р. 1968. Колебания. Издательство «Наука», М.

9. Бируля А.К. 1938. Методы исследования динамических свойств дорожных покрытий. Труды Дорожного научно-исследовательского института (ДорНИИ), вып. 1. Изд. Гушосдора, М.

10. Блехман И.И., Гортинский В.В., Птушкина Г.Е., 1963. Движение частицы в колеблющейся среде при наличии сопротивления типа сухого трения. Известия АН СССР. Механика и машиностроение. 4. М.

11. Валишев Н.Т., 1958. Учет некоторых особенностей сейсмического режима при оценке степени динамической устойчивости песчаных масс в основании и теле гидротехнических сооружений. Научное сообщение ЛИСИ. JI.

12. Велгш Ю.Я., 1958. К вопросу о сейсмической устойчивости намывных ядерных плотин. Вопросы механики грунтов. Сборник трудов ЛИСИ, вып. 28. Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам. М.-Л.

13. Голованов Р.О. Особенности динамических явлений. Госстройиздат. М., 1975 г.

14. Голицын Б.Б., 1912. Лекции по сейсмометрии.

15. Гольдштейн М.М., 1966-1969. Вопросы геотехники. Сборник 9, 10, 11, 12. Днепропетровский институт инженеров железнодорожного транспорта. «Транспорт».

16. Гринберг В.Е., Семегов В.Г., Шоихет Г.Б. Контроль и оценка состояния несущих конструкций зданий и сооружений в эксплуатационный период. Л., Стройиздат. 1982 г.

17. Долматов Б.И., Ершов В.А., Ковалевский Е.Д., 1967. Некоторые случаи осадки фундамента при забивке свай и шпунта. Доклады к международному симпозиуму по динамике грунтов (июль 1967 г., Альбукерке, США). НАМГиФ, М.

18. Долматов Б.И., Морарескул H.H., Иовчук А.Т., Науменко В.Г., 1969. Проектирование фундаментов зданий и промышленных сооружений. Изд-во «Высшая школа», М.

19. Емельянов Ф.Н., 1964. Об устойчивости водонасыщенных мелкозернистых песков. Гидротехническое строительство, 3.

20. Ермолаев H.H., Сенин Н.В., 1968,а. Сопротивление грунта сдвигу при колебаниях. Основания, фундаменты и механика грунтов. I.

21. Ермолаев H.H., Сенин Н.В., 1968,6. Виброкомпрессия грунтов. Основания, фундаменты и механика грунтов. 4.

22. Ершов Б.А., Велли Ю.Я., Филлипов Р.Д., Гришин A.A., 1955. Исследования динамической устойчивости водонасыщенных песков. XIII научная конференция ЛИСИ. Доклады (Краткое содержание). Л.

23. Ершов Б.А., 1962. Устойчивость песчаных насыпей в связи с колебаниями, вызываемыми железнодорожным и автомобильным транспортом. Сборник научных трудов, вып. 37. ЛИСИ, Л.

24. Ершов Б.А., 1964,а. О необходимости плотности железнодорожных насыпей с учетом динамических воздействий. Сооружение и эксплуатация земляного полотна из пылеватых грунтов, (труды совещания в г. Иркутске, сентябрь 1962 г.). Издательство «Транспорт». М.

25. Ершов Б.А., 1964,6. Загасание колебаний. ЛИСИ. Основания и фундаменты, инженерные конструкции, строительное производство. Доклады XXII научной конференции. Л.

26. Ершов В.А. 1967. Колебания песчаных грунтов в откосных призмах железнодорожных насыпей, вызываемые поездами с тепловозной тягой. Механика грунтов, основания и фундаменты. Краткие содержания докладов к XXV научной конференции ЛИСИ, Л.

27. Ершов В.А. 1968,а. Методические особенности проведения лабораторных опытов с несвязными грунтами при вибрации. Научные основы нормирования вибрации. Московский Дом научно-технической пропаганды им. Ф.Э. Дзержинского, М.

28. Ершов В.А., 1968,6. О пластических деформациях колеблющегося песчаного грунта в откосной призме по результатам лабораторных опытов. Механика грунтов, основания и фундаменты. Краткие содержания докладов к XXVI научной конференции ЛИСИ. Л.

29. Ершов В.А. 1969,а. Устойчивость песчаных откосов, вовлекаемых в колебания. Материалы Всесоюзного совещания в Минске. Устойчивость фильтрующих откосов.

30. Ершов В.А. 1969,6. Минимальное расстояние от сооружения на песчаном основании до взрывных работ на строительстве. Строительство гидротехнических сооружений методом направленных взрывов. Доклады семинара-совещания. М.

31. Ершов В.А., 1969,в. К вопросу о критическом ускорении песчаных грунтов. Динамика оснований и фундаментов. Труды П-й Всесоюзной конференции. Том I. Свойства грунтов при вибрации. М.

32. Ершов В.А., 1969. Влияние дренажа на динамическую устойчивость песчаных грунтов. Механика грунтов, основания и фундаменты. Краткие содержания докладов к XXVIII научной конференции ЛИСИ. Л.

33. Ершов В.А., 1969,д. Исследование устойчивости песчаных грунтов при динамических воздействиях. ЛИСИ. Материалы ко 2-му симпозиуму. Экспериментальные исследования инженерных сооружений (Методы, приборы, оборудование, октябрь 1969).

34. Ершов В А., 1970,а. Колебания грунта в железнодорожных насыпях. Механика грунтов и фундаментостроение.

35. Ершов В.А., 1970,6. Динамические свойства песчаных грунтов и их учет в оценке устойчивости земляных сооружений. Диссертация. Л.

36. Етгшов ТТ., 1973. О расчете осадки фундаментов на двухслойном основании, состоящем из слоя песка на слабом грунте. Сборник трудов ЛИСИ № 78. Механика грунтов, основания и фундаменты. Л.

37. Иванов ПЛ., 1962. Разжижение песчаных грунтов. Госэнергоиздат. М.-Л.

38. Иванов П.Л., 1967. Уплотнение несвязных грунтов взрывами. Издательство литературы по строительству. Л.

39. Иванов Л.В. 1973. Экспериментальная проверка некоторых методов определения объемного веса грунтов. Механика грунтов, основания и фундаменты. Краткие содержания докладов секции к XXXI научной конференции. ЛИСИ. Л.

40. Иориш Ю.И., 1956. Измерение вибрации. Машгиз. М.

41. Иориш Ю.И., 1963. Виброметрия. М.

42. Кананян А.С., 1954. Экспериментальное исследование разрушения песчаного основания вертикальной нагрузкой. НИИОСП. Сборник 24. Механика грунтов. Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре. М.

43. Кистанов А.И., 1968. Влияние динамического воздействия поездов на прочность глинистых грунтов земляного полотна. Сб. тр. ЛИИЖТ, вып. 285. «Транспорт», Л.

44. Кикин А.Н. Межвузовский сборник научных трудов. Доклад второй международной конференции «Промбезопасность». Магнитогорск, 2007 г.

45. Ковалевский Е.Д., 1962. Осадка гребня и уплотнение верхнего слоя песчаных плотин. Основания, фундаменты и механика грунтов. Доклады XX научной конференции ЛИСИ. Л.

46. Корчинский И.Л., Поляков С.В., Быховский В.А., Дузинкевич С.Ю., Павлык B.C., 1961. Основы проектирования зданий в сейсмических районах. Госстройиздат. М.

47. Костюков И.И., Михайлов Б.К. Учет влияния осадки фундаментов на несущую способность деревянных перекрытий при реконструкции зданий. СПб.: СПбГАСУ, 1994 г. Сборник научных трудов 51— конференции СПбГАСУ.

48. Костюков И.И., Калашников В.А., Костюков И.И. Применение вибродинамического метода определения типа опирания деревянной балки при проектировании и испытаниях балочных перекрытий. СПб., Межвузовский сборник научных трудов. 1994 г.

49. Костюков И.И., Стародубцев В.И., Костюков И.И. Оценка пространственной жесткости здания и установление деформаций его отдельных элементов. СПб., 2002. ЛИФ, Межвузовский сборник.

50. Костюков И.И. Исследование совместной работы системы «здание — грунт основания». СПб., 2002. ЛИФ, Межвузовский сборник.

51. Костюков И.И. Расчет конструктивных элементов каркаса промышленного здания с учетом деформаций фундаментов грунтов оснований. СПб.: ЛТА. Сборник трудов научно-технической конференции. 2002 г.

52. Костюков И.И. О колебании грунта по результатам наблюдений в зимнее и летнее время. СПб: ГАСУ. Доклады к XXIV научной конференции. 2005 г.

53. Костюков И.И, Маленков A.A., Салмингн Э.О., Костюков И.И. Определение плотности песчаных и гравелистых грунтов лесовозных дорог. СПб., 2002. ЛИФ, межвузовский сборник научных трудов.

54. Коробко В.И., Коробко A.B. Контроль качества строительных конструкций: виброакустические технологии. М.: издательство АСВ, 2003,238 с.

55. Костин И.Х., Славин O.K. Моделирование динамического напряженного состояния балочных систем методом фотоупругости. Межвуз. сб. науч. тр. МИСИ. М., 1987 г. 110 с.

56. Лужин О.В., Злочевский А.Б., Горбунов И.А. Исследование зданий и сооружений. Изд-во Высшая школа. М., 1987 г.

57. Максимов JI.C., Шейнин И.С. Измерение вибраций сооружений. Изд-во Высш. шк. Л., 1974 г.

58. Мастаченко В.Н. Надежность моделирования строительных конструкций. Машстройиздат, М. 1974 г.

59. Маслов H.H., 1949. Прикладная механика грунтов. Машстройиздат, М.

60. Маслов H.H., 1954. Условия динамической устойчивости водонасыщенных песков. Научные труды ЛИСИ, вып. 18. Вопросы механики грунтов. Государственное издательство по строительству и архитектуре. М.-Л.

61. Маслов H.H., 1959. Условия устойчивости водонасыщенных песков. Госэнергоиздат.

62. Маслов H.H., Канан В.А., 1970. К вопросу о динамической устойчивости затопленных песчаных откосов. Гидротехническое строительство, I.

63. Матвеев Г.А., 1973. Динамика взаимодействия шпунтовых стенок портовых сооружений с несвязным грунтом. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук, Л.

64. Медведев C.B., Карапетян Б.К., Быховский В.А., 1968. Сейсмическое воздействие на здания и сооружения. Издательство литературы по строительству. М.

65. Мельников Н.В., Демин A.M., Александров Б.К., 1964. Определение устойчивости откосов уступов на карьерах К.М.А. Краткий научный отчет института Горного дела им. A.A. Скачинского. М.

66. Назаров А.Г., 1965. О механическом подобие твердых деформируемых тел. Издательство АН Арм. ССР. Ереван.

67. Напетваридзе Ш.Г., 1959. Сейсмостойкость гидротехнических сооружений. Госстройиздат. М.

68. Ничипорович A.A., 1943. Сопротивление связных грунтов сдвигу при расчете гидротехнических сооружений на устойчивость. Стройиздат.

69. Ничипорович A.A., 1959. Расчет устойчивости откосов земляных плотин с учетом гидродинамических сил. Научное сообщение. ВОДГЕО. М.

70. Ордуянц К.С., 1938. Пойменные насыпи на подходах к мостам. Трансжелиздат. М.

71. Патякин В.И., Соловьев А.Н., Костюков И.И. Моделирование напряженно-деформированного состояния крановой эстакады при динамическом воздействии. СПбГЛТА. Межвузовский сборник научных трудов. 2007 г.

72. Патякин В.И., Дмитриев Ю.Я., Зайцев A.A. Водный транспорт леса. Учебник для вузов. М., Лесн. пром-сть, 1985 г. 335 с.

73. Покровский Г.И., Федоров КС., 1968. Центробежное моделирование в строительном деле. Издательство литературы по строительству, М.

74. Поляков Л.П., Файнбурд В.М. Моделирование строительных коентрукций. Из-во Будшвильник. Киев. 1975 г.

75. Полыиин Д.Е., Джаха Джанардан, 1964. К вопросу моделирования задач механики грунтов по способу В.И. Курдюмова. НИИОСП. Основания и фундаменты. Сборник трудов 55. Стройиздат. М.

76. Проку дин КВ., 1971. Исследование изменения прочностных характеристик пластичномерзлых глинистых грунтов железнодорожного земляного полотна при действии вибродинамической нагрузки. Автореферат диссертации. Л.

77. Рабкин М.А. и др. Методика моделирования динамических процессов в конструкциях на моделях из вязкоупругих материалов. Информ. листок № 0031-76. Сер. 18Б-11. Информэнерго, 1976 г.

78. Ризаев Ш.Р., 1969. Теории и методы расчета устойчивости откоса. Изд-во «ФАН» Узб. ССР. Ташкент.

79. Роер Г.Г., 1936. Аварии плотины Форт-Пек. Гидротехническое строительство, 3.

80. Рыжов A.M., Вгссарев В.П., 1959. Случай разжижения песка в пойменной насыпи. Вопросы геотехники. Сборник 3 ДИИТ. Днепропетровское книжное издательство.

81. Савинов О.А., 1949. Об экспериментальном исследовании свойств насыпных грунтов, как оснований фундаментов под машины. «Машстойиздат».

82. СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия». М., 2005 г.

83. Савинов О.А., 1974. Применение методов и средств вибрационной техники при возведении фундаментов зданий и сооружений в СССР. ЛДНТП, 1974.

84. Се Дин-И., 1962. Устойчивость песчаных откосов, вовлеченных в колебательное движение. Сборник научных трудов, Вып. 37. ЛИСИ. Л.

85. Cudepac Ш.А., 1958. Явления разжижения водонасыщенных песчаных откосов. Труды Каунасского Политехнического института, т. IX.

86. Смоликов Я.Н., 1940. Распространение и затухание колебаний в грунте от фундаментов машины. Строительная промышленность. 9.

87. Снитко Н.К., 1960. Динамика сооружений. Гос. изд-во по строительству, архитектуре и строительным материалам. Л.-М.

88. Соколовский В.В., 1960. Статика сыпучей среды. Изд-во 3. Физмашиздат.

89. ТерцагиК, 1961. Теория механики грунтов. Госстройиздат. М.

90. Труды совещания в г. Иркутске в сентябре 1962 г. Сооружение и эксплуатация земляного полотна из пылеватых грунтов. Издательство «Транспорт».

91. Федоров И.В., 1964. К вопросу об определении коэффициента устойчивости земляных сооружений. Материалы совещания по вопросам изучения оползней и мер борьбы с ними. Изд-во Киевского университета.

92. Филлипов Р.Д., 1961. Исследование структурно-механических свойств плотных песчаных грунтов при вибрации.

93. Флорин В.А., 1959. Основы механики грунтов. Том 1,2. Госстройиздат. JI.-M.

94. Флорин В.А., Иванов П.Л., 1961. Разжижение водонасыщенных песчаных грунтов. Доклады к V международному конгрессу по механике грунтов и фундаментостроению. Государственное издательство по строительству, архитектуре и строительным материалам.

95. Хайдиг Р., 1971. Распределение интенсивности колебаний в песке при работе гидровибратора. Механика грунтов, основания и фундаменты. Краткие содержания докладов к XXX научной конференции ЛИСИ. Л.

96. Хайдиг Г., 1972. Исследование уплотнения песка гидровиброванием. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Л.

97. Харитонов В.А., 1962. Экспериментальное исследование сопротивлению свайных фундаментов при сейсмическом воздействии. Сборник «Строительство в районах Восточной Сибири и Крайнего Севера». № 4. Красноярск.

98. Харитонов В.А., 1966. Сопротивление свайного основания при землетрясениях с учетом сейсмических напряжений в грунтовой среде «Строительство в районах Восточной Сибири и Крайнего Севера», № 10.

99. Хиценко В.В., 1957. Воздействие грунтоуплотняющих механизмов на подземные сооружения. Научное сообщение. Академик коммуникального хозяйства им. К.Д. Памфилова. Л.

100. Христофоров B.C., 1967. Расчет общей устойчивости якорных и анкерных устройств. Труды координационных совещаний по гидротехнике, вып. 40. «Энергия», Л.

101. Хэлшонд Р., 1960. Аварии зданий и сооружений, Гос. изд-во литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам.

102. Цшохер В.О., Быковский В.А., 1937. Антисейсмическое строительство, центральная строительная библиотека при постоянной Всесоюзной строительной выставке

103. Цытович H.A., 1963. Механика грунтов. Гос изд-во по строительству, архитектуре и строительным материалам. М.

104. Цытович H.A., Березанцев В.Т., Долматов Б.И., Абелев М.Ю., 1970. Основания и фундаменты (краткий курс). Изд-во «Высшая школа», М.

105. Чугаев P.P., 1963. Расчет устойчивости земляных откосов и бетонных плотин на нескальном основании по методу круглоцилиндрических поверхностей обрушения. Государственное энергетическое издательство. M.-JL

106. Чугаев P.P., 1964. Расчет устойчивости земляных откосов по методу плоских поверхностей сдвига грунта. Изд-во «Энергия». JI.-M.

107. Чугаев P.P., 1967а. Земляные гидротехнические сооружения (теоретические основы расчета). «Энергия», Лен. отд.

108. Чугаев P.P., 1967,6. «Указания по расчету устойчивости земляных откосов» ВНЙИГ им. Б.Е. Веденеева. «Энергия», Лен. отд.

109. Чугаев P.P., 1968. О расчете устойчивости земляных откосов. Гидротехническое строительство 2.

110. Шаповалов JI.A. Моделирование в задачах механики элементов конструкций. М., Машиностроение, 1990 г.

111. Шахунянц Г.М., Коншин Г.Г., 1965. Напряжения на основной площадке земляного полотна. Сборник «Работа пути с железобетонными шпалами под нагрузкой». Труды МИИТа, вып. 178.

112. Шкинев А.Н. Аварии в строительстве. Изд-во: Транспорт. М., 2002 г.

113. Ягофаров А.Х. Межвузовский сборник научных трудов. Доклад второй международной конференции «Промбезопасность». Магнитогорск, 2007 г.

114. Chamoard А.А., 1963. Ground vibrations produced by forgins hammers. Propagation, harmful effects, generation and antivibration monutings Metal treatment and Drop Forging. V. 30.209.

115. Crokett, J.H.A., 1959. Vibration control in pilingand blasting. B. Sp. (Eng) A.M.I.C.E. A.M.I. struct. E. The reinforced concrete Rwiew, vol. 5. No 2.

116. Hermite L. Et Tournon. 1948, La vibration du béton frais. Annales de e'Institute Techique.

117. Instrumentation and Field resting Devision. Proceedings of Soil Mechanics Limited. 1972.

118. Mencl V and Kasda J. 1957. Strength of Soil during Vibration. Proc. of the fourth international conference on Soil Mechanics and foundation engineering. Vol. 1. London.

119. Mogami T and Kubok H. 1953. The behaior of Soil during Vibration. Proc. of the third international conference on Soil Mechanics and foundation engineering. Vol. 1.

120. Mikasa M., Takada N., 1973. Significance of sentrifugal model test in Soil Mechanics. Proc. of the eighth international conference on soil mechanics and foundation engineering. Vol. 1., part 2. Moscow.

121. Peck R., 1953. Discription of a Flow slide in loose Sand. Proc. of the Ill-international conference on soil mechanics and foundation engineering.

122. Seed H. Bolton, Goodman Richard, 1964. Earthguarke stabilite of slopes of cohesionless soils. Journal of the Soil Mechanics and Foundation Division. Proceeding of the American Socirts of Civil engeneers. Vol. 90. No SM 6.

123. Seed H. Bolton. 1966. A method for Earthquake Resistent Design of Earth Dams. Journal of the Soil Mechanics Foundations Division. Proceeding of the A.S. ofC.E.

124. Schaffner, H.-J. Schiftenreihe. Wasser- und Grundbau. Heft. 15. Berlin. 1965.

125. TerzaghiK. Ingenieurgeologie, Wien. 1925.

126. TergaghiK. 1948. Soil Mechanics in Engineerings Practice. N. 4. London.

127. Tshebotaroff G.P. 1957. Soil Mechanics, Foundation Earth Structures. New York.

128. Wasserkraft und Wasserwirtschaft. 1933. No 10.

129. Hogberg E. 1972. The influence of the water content on density and compressibility of compacted soils. Rapport R. 8. Stockholm. Stetens istitut for byggnadsforskning.