автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Разработка и внедрение методов расчета высотных металлических конструкций на воздействие порывов ветра с выделением квазистатической и резонансной составляющих их реакции

На правах рукописи

Никитин Павел Николаевич

РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ВЫСОТНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ПОРЫВОВ ВЕТРА С ВЫДЕЛЕНИЕМ КВАЗИСТАТИЧЕСКОЙ И РЕЗОНАНСНОЙ СОСТАВЛЯЮЩИХ

ИХ РЕАКЦИИ

Специальность 05.23.01 «Строительные конструкции, здания и сооружения»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Москва - 2006

Работа выполнена Научный руководитель

в

ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова» - доктор технических наук, Остроумов Борис Валентинович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор,

академик РААСН, Травуш Владимир Ильич

- кандидат технических наук,

Ройтштейи Михаил Миронович

Ведущая организация:

- «ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко» филиал ФГУП «НИЦ «Строительство»

Защита диссертации состоится «

М "

2006 г. в 1Ги часов на

00

заседании диссертационного совета Д 303.015.01. при ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова» по адресу: 117997, г. Москва, ул. Архитектора Власова, д.49, комната № 204.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова»

Автореферат разослан < ж /о 2006 г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим выслать в секретариат ученого совета по указанному выше адресу. Факс (495) 960-22-77.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук

Симон Н.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Применяемая в России методика расчета сооружений на порывы ветра, реализованная в нормативных документах, позволяет определять только суммарную реакцию сооружений на порывы ветра, что приемлемо при расчетах по первому предельному состоянию. Распет сооружений по второму предельному состоянию, расчет на усталостную прочность и долговечность, оценка физиологической комфортности нахождения людей в высотных зданиях, а также правильные онсики целесообразности установки на сооружения динамических гасителей колебаний и оценки эффективности их работы невозможны без раздельного расчета реакции сооружений на порывы ветра в квазистатической и резонансной частогных областях спектров порывов ветра. Кроме того, существующая методика расчета сооружений на действие порывов ветра формирует общее представление о реакции сооружения на порывы ве»ра, объединяя два разнородных явления: квазистатические вынужденные колебания в достаточно широком частотном диапазоне и резонансные колебания, происходящие в узкой зоне собственных частот сооружения. Последнее обстоятельство приводит, в частности, к неправильной оценке реакции сооружений на порывы ветра при натурных исследованиях.

Существует ряд зарубежных методик расчета высотных сооружений на действие ветра с учетом разделения реакции сооружения на порывы на квазистатическую и резонансную часть. Все методики достаточно громоздки. При расчетах по этим методикам используется множество эмпирических формул и графиков с грубой координатной сеткой, что позволяет сделать вывод о неудобстве использования данных методик в прикладной практике. Методика, разработанная в ЦНИИПСК им. Мельникова и основанная на пошаговом интегрировании спектра порывов вегра с получением спектра реакции сооружения, математически сложна и не может быть использована в прикладных инженерных расчетах.

Доя оценки применимости разработанных расчетных методик необходимо проведение натурных измерений. При этом необходимо отметить, что аппаратуры, способной записывать реакцию сооружения на порывы ветра в широком диапазоне частот от 10Гц до 0.001, «России не существует.

Таким образом, отсутствие прикладной методики раздельного динамического расчета сооружений в низкочастотном и высокочастотном диапазонах спектра порывов ветра, а также отсутствие необходимой для натурных измерений аппаратуры сдерживает развитие важных направлений отечественной теории сооружений, направленных на совершенствование методов проектирования конструкций сооружении, для которых ветровая нагрузка является определяющей.

ЦБЛЫО РАБОТЫ является решение комплексной экспериментально -теоретической задачи по разработке методики расчета высотных сооружений на воздействие порывов ветра, позволяющей определить их реакцию на порывы раздельно в квазистатическом и резонансном диапазонах спектра порывов, а также проведение натурных исследований колебаний реальных сооружений для экспериментальной проверки разработанной методики.

Для достижения этой цели решены следующие задачи:

1) Разработан прикладной метод, основанный на преобразовании спектральной энергии турбулентных пульсаций скорости ветра в спектры аэродинамических сил и реакции сооружений с помощью системы передаточных функций, позволяющий определять резонансную составляющую реакции сооружений на порывы ветра с помощью аналитического выражения, а квазистатическую — с помощью номограммы.

2) Разработан метод прямого опрсделсшш вклада квазистатичсской и резонансной составляющих реакции сооружений на порывы ветра, который реализован в виде программы «Определение вкладов» и программного комплекса «Селена» раздел «Стационарное случайное воздействие».

3) Разработана и изготовлена измерительная аппаратура, позволяющая измерять и записывать колебания сооружений в квазистатической и резонансной областях спектра порывов ветра на частотах от 25 до 0,001Гц.

4) Проведены измерения колебаний на башне сотовой связи высотой 70м в г. Пушкино Московской области, получены спектры ее перемещений в квазистатической и резонансной областях спектра порывов ветра.

5) Проведено сравнение результатов натурных измерений с результатами теоретических расчетов по разработанным методикам* которые оказались » близком соответствии с друг с другом.

11АУЧНЛЯ НОВИЗНА РАБОТЫ заключается в следующем:

1) Разработаны прикладные аналитические методы раздельного определения вклада в общую реакцию сооружений на порывы ветра квазистатической и резонансной составляющих реакции.

2) Разработана сравнительно простая измерительная аппаратура, способная измерять и записывать с большой точностью колебательные перемещения элементов сооружений в области частот от 25 до 0,001 Гц.

3) Осуществлены измерения колебаний натурного сооружения, произведена их обработка, полученные данные сравнены с результатами теоретических расчетов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ:

1) Результаты работы позволяют уточнить методы расчета сооружений па деформативностъ, усталостную прочность и долговечность, а также могут быть использованы при выборе рациональных решений на стадии проектирования динамических гасителей колебаний.

2) Результаты работы позволяют организовать проведение геодезических работ на существующих высотных сооружениях с получением объективных данных об их вертикальности.

3) Результаты работы позволяют оценить степень физиологической комфортности длительного пребывания людей в высотном здании с учетом

выделения вкладов ускорений перемещений в спектре реакции сооружения на норм км негра.

4) Разработанные аппаратура и методики позволяют проводить более глубокие исследования взаимодействия сооружений с петровым потоком и уточнить суммарную реакцию сооружений на действие порывов ветра.

5) Разработанные аппаратура и методики позволяют решать широкий круг прикладных задач, а именно: определение фактических динамических характеристик сооружений, мониторинг состояния конструкции высотных сооружений.

ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ:

Результаты диссертации использованы в ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова»:

- при проектировании дымовых труб для ТЭЦ-27 и ТЭЦ-21 в г. Москва,

- при оснащении гасителями колебаний радиотелевизионной башни высотой 200м в г. Самара и дымовой трубы высотой 120м Первомайской ТЭЦ.

- при проверке эффективности работы гасителя колебаний установленного на башне сотовой свяли высотой 70м в г. Пушкино Московской области. ОБЪЕМРАБОТЫ.

Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, заключения, библиографического списка и 10 приложений. Объем диссертации — 148 страниц основного текста, в том числе 44 рисунка, 26 таблиц и библиографический список, включающий 101 наименование. НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ: прикладной метод, основанный на спектральном анализе турбулентных ветровых воздействий, аэродинамических нагрузок и реакции сооружений с использованием соответствующей системы передаточных функций;

метод непосредственного расчета строительных конструкций на стационарное случайное воздействие;

измерительная аппаратура, способная измерять с большой точностью колебания сооружений в широкой облас ти частот от 25 до 0,001 Гц. методика обработки данных натурных измерений; результаты сравнения данных расчета и натурных измерений. АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Результаты работы докладывались на 22-ой международной конференции IASS WORKING GROUP №4 MASTS AND TOWERS (г. Москва, сентябрь 2005).

По результатам работы опубликовано 3 научных статьи.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ проведен анализ записей колебаний высотных сооружений (административное здание, радиотелевизионная башня) под действием ветра (в направлении воздействия ветровою потока). Здесь рассматривались экспериментальные данные, описанные в трудах отечественных и зарубежных авторов: Остроумова К.В., Гусева М.А., Брикмана Г.А., Никитина Н.В., Травуша В.И., Davenport A.G., Steels G.N., Ratbbun J.С., Coy le D.C., Crawford R., Ward U.S., Neilscn N.N. Сделан вывод о том, что все указанные сооружения совершают колебания вдоль ветрового потока с низкими частотами, соответствующими частоте максимума энергетического спектра порывов ветра в нижнем слое атмосферы, на которые накладываются колебания с частотами собственных колебаний указанных сооружений.

Низкочастотные колебания называем в дальнейшем «квазистатическнми», поскольку инерционные силы во время таких колебаний незначительны, vi действие внешних сил в этом частотном диапазоне можно приравнять к статическому воздействию. Колебания, частоты которых находятся вблизи собственных частот колебаний сооружений, называем в работе

«резонансными». Данные колебания характеризуются наличием значительных инерционных сил.

Строительные нормы и правила России позволяют определять лишь суммарную величину ветровых на»рузок от порывов ветра вдоль потока и суммарную реакцию сооружений на них. В то же время при решении многих задач проектирования и расчета сооружений на действие порывов ветра необходимо раздельное определение воздействий в квазистатической и резонансной частотных зонах реакции сооружений. Такой расчет следует проводить при определении деформативности сооружений (по II предельному состоянию), при расчетах на усталостную прочность и долговечность, а также при разработке и проектировании динамических гасителей колебаний.

В главе приведен обзор двух методик расчета сооружений на воздействие порывов ветра с выделением квазистатической и резонансной составляющей их реакции: методика, приведенная в работе A.G.Davenport, и методика, приведенная в работе J.Vellozzi и E.Cohen. Обе методики достаточно громоздки. При расчетах по этим методикам используется множество эмпирических формул и графиков с достаточно грубой координатной сеткой, что позволяет сделать вывод о неудобстве использования данных методик и нормативных документах и для прикладных инженерных расчетов. Кроме тот, в методике приведенной в работе A.G.Davenport рассматривается плоская, а не объемная корреляция порывов ветра, что искажает представление явления взаимодействия сооружения с ветровым потоком.

Расчеты, проведенные ЦНИИПСК им. Мельникова для десяти сооружений различной конструкции по методике A.G .Davenport, показывают, что вклад квазистатической составляющей динамических колебаний максимален при малых периодах собственных" колебаний сооружений и уменьшается с увеличением периода собственных колебаний от «80% при То—1 сек до «20% при То—10сек. Вклад резонансной составляющей, наоборот, максимален при больших периодах собственных

колебании сооружений ц уменьшается с уменьшением периода собственных колебаний, соответственно от «80% при То~10сек до =»20% при Ту-1 сек.

. В главе также представлена отечественная методика раздельного расчета квазнетатич.секой и резонансной составляющих реакции сооружений на порывы ветра, разработанная в ТЩИИПСК им. Мельникова М.А., Гусевым и В.С. Поляком. Методика основана на пошаговом иш егриров ашш энергетического спектра порывов ветра. Результаты расчета дают спектры реакции сооружений с выделением квазистатической и резонансной составляющих. В главе приведены расчеты трех условных сооружений башенного типа различной высоты и Останкинской телебашни. Результаты подтверждают сделанные ранее выводы об изменениях вкладов квазистатической и резонансной составляющей реакции сооружения в зависимости от собственной частоты колебаний сооружения. С использованием указанной методики проведены расчеты конструкций иолноноворотных прецизионных радиотелескопов с определением ошибок наведения их антенн, возникающих под воздействием порывов ветра, раздельно в квазистати чес ко й и рею на! юлой зонах спектра порывов вора. Это представляет особую важность для данного типа сооружений, поскольку отработка этих ошибок производится с помощью следящих систем радиотелескопов, принципиально отличающихся друг от друга по структуре, принципу работы и, соответственно, стоимости изготовления и эксплуатации. Однако эта методика, внмду ее математической сложности, также не может быть использована в нормативных документах.

В теоретической наспи главы также рассматривались данные, изложенные в трудах: Остроумова Б.В., Гусева М.Л., Барштейна М.Ф., Попова Н.А., Я^тш Н., 8с;т1ап К.

Также в главе приведен расчет двух сооружений на., усталостную прочность и долговечность с разделением и без разделения их реакции на квазистатическую и резонансную составляющие. Расчет показал, что неучет такого разделения приводит к занижению расчетной долговечности

сооружений. Причем степень указанного занижения увеличивается с уменьшением периода собственных колебаний сооружения (увеличением жесткости). Так, если для достаточно гибкого сооружения - Главного монумента памятника Победы на Поклонной «-оре в Москве с периодом собственных колебаний То— 5.7сек. имеет место занижение расчетной долговечности в 6 раз, то для очень жесткого сооружения - шпиля высотного здания жилого комплекса «Триумф-Палас» в Москве с периодом собственных колебаний О.ЗВсск. имеет место занижение расчетной долговечности в 236 раз. Это подтверждает необходимость раздельного определс1шя квазистатичсской и резонансной составляющих реакции сооружений на порывы ветра при их расчете на усталостную долговечность.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ приведены два метода раздельного определения квазистатической и резонансной составляющей реакции сооружений на действие порывов ветра, разработанные автором.

Первый прикладной метод основан на преобразовании спектральной энергии турбулентных пульсаций скорости ветра в • спектры аэродинамических сил и реакции сооружении с помощью системы передаточных функций. Метод позволяет определять значение резонансной составляющей реакции сооружений на порывы ветра с помощью весьма простого аналитического выражения (ем.формулу (I)), а квазистатичсскую составляющую В2- с помощью номограммы.

'я- г*Сг07а)*Х;~

—

16

О)

' я„*Л

А0 * ~ ; - приведенная частота на вершине сооружения;

К

По ~ собственная частота колебаний сооружения; Г»- средняя скорость ветра по высоте сооружения; 5 - декремент колебаний.

C(rio) - величина, характеризующая влияние корреляции порывов ветра в области резонансной частоты.

Величина С2(п) определяется с помощью номограммы в зависимости от отношения высогы к поперечному размеру сооружения h/c, а также (я * h\

величины —-, где по - частота собственных колебаний сооружения. V ь

В качестве примера использования этою метода автором рассчитаны семь сооружений высотой от 70м до 372м и частотой собственных колебаний от 0,133 Гц до 0,72 Гц (периоды колебаний, соответствен но от 7,5сек до 1,4сек). Результаты распета приведены в табл.1.

Табл.1. Вклады квазистатической и резонансной составляющих реакции

сооружений.

4> Б К о о и № X г^ К u £ С с (П g В -и а & 55 ** сЗ | Труба ТЭЦ-27 ! В Московской обл. 1 X 'й о У о. а С ta «8 о. f~ «в § u в w Ej M a e. о w Я О о s 2 bo • X О n •< i <i s. $ ж 5 № 8 5 Ж a: °5 — л 5 £ с. f— £ - ■ s a X о = к 7. = . 3 £

Xfcvst.,% 84 93 86 52 49 39 93

16 7 14 48 51 61 7

Расчет показал, что вклад квазистатической составляющей растет с уменьшением периода собственных колебаний сооружения от 39% для башни в г. Алма-Ата (высота 372м, период То~7,5сек) до 93% для дымовой трубы ТЭЦ-27 в Московской области (высота 120м, период Т0=1,4сек). Вклад резонансной составляющей, наоборот, уменьшается с уменьшением периода собственных колебаний сооружения, соответственно, от 61% до 7%. Это

Q

хорошо согласуется с результатами, полученными ранее по другим методикам.

Второй метод базируется на решении основного уравнения вынужденных колебаний системы с затуханием:

т * х"+сх'+кх = F((); (2)

где m - масса элемента, на которую воздействует внешняя нагрузка; с — коэффициент сопротивления (характеризует диссимаги иные параметры системы);

к - коэффициент приведенной жесткости закрепления элемента; F(t) - изменяющаяся во времени внешняя нагрузка. Данная методика позволяет определять напряженно-деформированное состояние сооружения, находящегося под воздействием стационарного случайного возмущения с известной спектральной плотностью, каким являются порывы ветра в нижнем слое атмосферы. Расчет производится прямым интегрированием дисперсии выходных расчетных величин (перемещений, усилий, напряжений, опорных реакций и т.п.) по заданному энергетическому спектру входного воздействия (спектру порывов ветра Давенпорта). При реализации данного метода частотный диапазон воздействия разбивается на ряд интервалов, в пределах которых задается своя спектральная плотность, данные каждого интернала обрабатываются, результатом обработки становится спектр реакции. Такой подход позволяет получит!» результаты отдельно для квазистатичсскош и резонансного диапазонов частот спектра порывов ветра. В качестве границы квазистатической и резонансной части спектра принята частота спектрального минимума области между квазистатическим и резонансным пиками.

Дтя прикладного решения алгоритма методики разработана программа «Определение вкладов». Программа применима для сооружений, у которых вклад колебаний по первой форме в общие колебания под порывами ветра существенно выше вкладов высших гармоник. К таким сооружениям

ю

относятся большинство традиционных сооружений связи и дымовых труб. Дня более сложных систем, колебания которых происходя т с существенными вкладами высших гармоник, использован раздел «Стационарное случайное воздействие» нро!раммно-аналитического комплекса «Селена».

При реализации программы «Определение вкладов» использовались следующие зависимости:

■х-

<?l ¡\Т(п)\2 * Sv(n) * С2 (п); {3)

о

где at — стандарт (среднеквадратическое значение) ветровой нагрузки на сооружение.

| Т(п) {2 — механическая передаточная функция, определяется из выражения: \T(nf = --; (4)

1—' я

.ц»-)'

п - частота анализируемого интервала.

По - собствешхая частота колсба1шй сооружения по первой форме колебаний. (5-б/тг.

к - коэффициент пропорциональности.

8у(п) — спектральная функция порывов ветра в приземном слое атмосферы. При реализации программы за основу принят спектр Давенпорта. С(п) — аэродинамическая передаточная функция.

Аналитическое выражение для задания данной функции, в силу своей сложности, не может быть реализовано в практике расчетов. Поэтому в программе реализованы три эмпирических выражения для аэродинамической передаточной функции:

1) С(п) =1 по всему спектру порывов ветра.

2) С(п) — но методике предложенной в работке 1.Уе11о/./1 и Е.СоЬет».

3) С(п) — по методике предложенной в работе А.О.Оа\гепрог1.

С помощью программы «Определение вкладов» были рассчитаны вклады квазистатической и резонансной составляющей ;и>я семи сооружений, рассчитанных ранее в главе 2.1. Результаты приведены в табл.2.

Табл.2. Вклады квазистатической и резонансной составляющих реакции сооружений на порывы ветра при расчете по программе «Определение вкладов».

Сооружение Башня сотовой связи в гЛушкило Труба ТЭЦ-27 В Московской обл. Труба в г.Бсрезяки « с. 3 с 32 ве 1 Монумент на Поклонной горе Башня в г.Алма-Ата о S S р s « 5 о й- f-; о <X я 2? £) | |

Вклады квалистатнки и резонанса при С(л)-1 ^kvst*. 50 51 49 38 37 31 57

50 49 51 62 63 69 43

Вклады квазистатики и резонанса при C(n) по Vcllozzi 90 96 91 69 59 52 97

X,**. «4 10 4 9 31 41 4S 3

Вклады •скачис1<1шки и резонанса при С(п) по Davenport XkWtV 76 83 77 55 50 43 86

Xie. 14 24 17 23 45 50 57 14

Результаты расчета с корреляционной функцией УеНоии имеют хорошую сходимость с результатами расчета по прикладному методу, разработанному автором в данной диссертации в разделе 2.1. Для выявления зависимости величин вкладов резонансной и квазистатической составляющей реакции сооружения на порывы ветра от собственной частоты сооружения были рассчитаны 14 условных сооружений с периодами собственных колебаний по

первой форме от 0,5 до 7сек. В результате получены процентные вклады квазистатической и резонансной составляющих реакции сооружений (см. рис Л).

Вклады квазистатики и резонанса в зависимости от периода собственных колебаний

г §

70 60

50

|| 40

г г

в Ж - -

« £ 30

з 2

I 8 20 в

I 10

с о

! ? ^ ' п а —

• • • ' \ ; I : ' : | ! !

-Квазистатика ■ Резонанс '

<о П п

Ю « Ю « 1Й <с

л V «

Период собственных колебаний, сек

Рис.1. Вклады квазистатической и резонансной составляющих реакции сооружений на порывы ветра в зависимости от периода собственных колебаний.

Полученный результат подтверждает выводы, сделанные ранее: уменьшение вклада резонансной составляющей с уменьшением периода собственных колебаний и увеличение при этом вклада квазистатической составляющей. Результаты согласуются с данными, полученными ранее различными авторами с помощью других методов, а также с результатами расчета по методу, разработанному автором данной диссертации и представленному в разделе 2.1.

С помощью раздела «Стационарное случайное воздействие» программно-аишштического комплекса «Селена» проведен расчет на действие порывов ветра высотного сооружения с существенным вкладом в реакцию на порывы ветра высоких гармоник колебаний - главного Монумента памятника Победы на Поклонной горе в г. Москве. Высота сооружения 142м период

собственных колебаний по первой форме 5,7сек. В результате расчета сооружения квазистатическая составляющая реакции на ветер составила 28,3%, а резонансная - 71,7%. В среднем процентное разделение вкладов квазистатической и резонансной реакции Монумента на порывы вечра согласуется с данными, полученными в рамках диссертации и с данными о сооружениях с близкой величиной периодов собственных колебаний, полученных ранее другими авторами.

Наличие несколько методов расчета представленных в диссертации вносит затруднения при выборе варианта расчета, поэтому автором предлагается использовать при расчетах усталостной прочности и долговечности, при расчете сооружений на деформативность - методику прямого расчета с аэродинамической функцией равной единице во всем диапазоне спектра порывов ветра. В этом случае, как видно из данных приведенных в диссертации, квазистатическая составляющая имеет наименьшее значение, а резонансная— наибольшее. Следовательно, как показано в главе 4 диссертации, долговечность по этому варианту расчета имеет наименьшее значение, что позволяет избежать необоснованного завышения долговечности. Также спектральный состав деформаций сооружений от порывов ветра при использовании данного варианта расчета наиболее неблагоприятен для отработки ошибок наведения антенн (глава 5 диссертации). При оснащении сооружений гасителями колебашш следует принимать в расчет данные, полученные по прикладному методу приведенному в главе 2.1 или по методу прямого расчета с аэродинамической функцией УеНо//л, что позволяет, как это показано в главе 6 диссертации, избежать завышенных оценок эффективности оснащения сооружений гасителем колебаний.

Объективный выбор метода расчета сооружений на воздействие порывов ветра можно сделать только посредством проведения широких натурных исследований.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ приводится обоснование необходимости применения натурных измерении для проверки правильности предложенных расчет их методик разделения реакции сооружения на порывы ветра на квазистатическую и резонансную часть. Указывается, что для консольных сооружений с преобладающим вкладом в колебания от порывов ветра колебаний по первой форме для однозначной характеристики напряженно-деформированного состояния необходимо записать данные по перемещениям вершины сооружения. Дня измерения перемещений традиционно используются измерительные комплексы, построенные на основе контактных датчиков- пьсзоакселеромстров, устанавливаемых на колеблющихся элементах сооружений. Комплексы данного типа способны измерять колебания с частотами не ниже 0,1Гц, то сеть они не могут работать в квазистатическом диапазоне частот, который охватывает частоты от 0,1 до 0,001 Гц. Кроме того, результатом обработки данных подобного типа комплексов являются временные развертки и спеюры ускорений, в то время как для практических расчетов чаще необходимы данные по перемещениям элементов сооружений. В связи с этим, для измерений перемещений в квазистатической зоне частот наиболее целесообразно использование одических методов, не связанных с инерционными процессами (на этих частотах инерционные силы малы) и не требующих достаточно сложных промежуточных устройств и операций для преобразования измеренных ускорений в скорости и перемещения.

В главе приведено описание разработашюго автором оптического комплекса измерений (схему см- рис.2) перемещений сооружений под действием порывов ветра. Дашшй комплекс способен с достаточно высокой точностью без искажений измерять перемещения во всем диапазоне частот спектра порывов ветра. Разработанный комплекс отличается предельной простотой устройства, надежностью в эксплуатации и низкой себестоимостью. К недостаткам комплекса следует отнести зависимость от атмосферных осадков и плохих условий видимости.

Обозначения, принятые в рис.2:

1. Мишень (см. рис.3)

2. Выносная консоль.

3. Видеокамера Canon XLlc длиннофокусным объективом.

4. Выносной портативный монитор.

5. Футляр.

Рис.3. Мишень,

Для первичной обработки результатов видеозаписи была разработала специализированная нрофамма «VidcoDeteclor»t позволяющая в исходном материале видеосъемки различать и независимо друг от друга определять координаты девяти источников излучения. При разработке комплекса были применены метод неоптического увеличения точности измерения и метод определения перемещений мишени в натуральных единицах (мм) путем оперативного масштабирования изображения. Дтя получения временных разверток и спектров перемещения, а также траектории движения вершины сооружения автором разработана методика математической обработки данных, реализованная с помощью программы Excel.

Проведена апробация вновь разработанного оптического комплекса измерения перемещений па башне мобильной связи в г. Пушкино Московской области высотой 70м и периодом собственных колебаний Т0 я» 1.45сек (см.рис.4). Средняя скорость ветра во время испытаний была в пределах 6-8 м/с, достигая в порывах 14 м/с. Записи производились в несколько серий с перерывами, при этом их общая продолжительность составила около двух часов. Получены временные рат вертки перемещений сооружения вдоль и поперек направления ветра (рис. 5, 6), траектория движения вершины сооружения (рис. 7), а также спектры перемещений вдоль и поперек направления ветрового потока (рис. 8,9).

Рис.4. Общий вид башни сотовой связи в г. Пушкино.

Рис.5. Временная развертка перемещений вдоль направления ветра.

---------И1 М1Ш»1 1 1 .«

......

Рис.б. Временная развертка перемещений поперек направления ветра.

1Я

ЦП

Рис.7. Траектория перемещения вершины сооружения.

Сп»*ту гмушшу I соорудимте па ки

V*-

0& «е

-

да хт п . , , , , ,

»д»-

----------------...-------------.----------------------_-----------------------------------------------------...

4.4» ^----------------------------- _ ---- --------------- ---------------------...........- .....

В . >1

4> ч и--

0.« «Л9-

I ] 3 « } | ^ > 9 И ) Н } Н Л » 3 Н 3 !! 9 П 9 » П И П И ; 3 9 И 4

пернааы юпеОмнЯ, ««к

Рис.8. Спектр перемещений вершины сооружения вдоль направления ветра.

Спепр ПВГ ««я*

и»

- ара ю :

11. } ¡ И 1.

I Ц > «» V Н !1 5 ! 5 5 И ! И « 5 И 5 !1 9 И 8 4 ! 5 5 4 а ! 5 5 2 « ! 5 5 5 1

Рис.9. Спектр перемещений верхушки сооружения поперек направления ветра.

На спектрах перемещений выделяется два максимума: пологий — в зоне квазистатичсских частот и достаточно крутой, четко выраженный в зоне первой собственной частоты колебания сооружения. Максимальные динамические перемещения вершины сооружения во время эксперимента составили 36мм. Перемещения вершины башни вдоль направления ветра примерно в два раза больше поперечных.

В спектральном составе перемещений башни вдоль направления ветра примерно 63% составляют квазистатические перемещения и 37% резонансные. Это находится в общем согласии с результатами расчета подобных сооружений по разработанным в данной диссертации расчетным методам.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ обосновывается раздельное определение реакции сооружения на порывы ветра в квазистатической и резонансной зоне частот. Отмечается, что к недостаткам существующих методов расчета конструкций на усталостную прочность и долговечность следует отнести следующее: порывы ветра представляют собой многочастотный процесс, лежащий в диапазонах частот, примерно, от 0.001 до 1Гц. При этом, каждому значению частоты соответствует определенный цикл изменения напряжений. Существующие методы расчета сооружений на воздействие порывов ветра, приведенные в нормативной литературе, позволяют определять только суммарную амплитуду изменения напряжений во всем частотном диапазоне порывов ветра, т.е. примерно от 0.001 до 10Гц. При определении же числа циклов изменения этих напряжений (суммарных по всему диапазону указанных частот) предполагается, что эта изменения происходят с частотой собственных колебаний сооружения по одной из учитываемых форм колебаний, то есть с резонансными частотами, величина которых лежит в диапазоне 0.1-И0Гц. Таким образом, реальное число циклов колебаний, как это указывается в работах Б.В. Остроумова и М.А. Гусева, при таких

больших (суммарных) значениях напряжений существенно завышается, что приводит к занижению расчетного значения дол m веч кости.

Наиболее естественным и целесообразным способом усовершенствования указанных методик является разделение реакции сооружений на порывы ветра (включая величины напряжений) на квазистатическую и резонансную составляющие. При этом число циклов переменных напряжений определятся для резонансной составляющей по значению периода собственных колебаний сооружения, а для квазистагической составляющей по периоду максимума энергетического спектра турбулентных порывов ветра. Реальное число циклов нагружения выбранной градации скорости ветра определяется по формулам:

— для резонансной составляющей: 365 * 24 * 3600 * Р~

п'т = 100 *T0J ; (5)

где 365 - число дней в году;

24 — число часов в сутках;

3600 -число секунд в часе;

РГ/ - дифференциальная повторяемость средней скорости ветра

определенной градации;

I — число лет эксплуатации сооружения;

Toi ~ период собственных колебаний сооружения по i-ой форме;

j — номер градации средней скорости нетра;

i - номер формы колебаний сооружения;

- для квазистатической составляющей:

* j ¡л-** ■

365 * 24 * 3600 * P7j * t 100*7^ ;

(6)

где Тку*, - период максимума знер|^тическои> спекчра порывов вегра в секундах.

Как уже указывалось ранее, при разделении реакции сооружения иа порывы ветра на квазистатическую и резонансную составляющие число циклов колебаний квазистатической части значительно меньше чем резонансной, при этом следует отметить, что указанное уменьшение значений nt>st по сравнению с л^ увеличивается с уменьшением периода собственных колебаний сооружения 'Го.; и с уменьшением номера ветрового района. В табл. 3. представлены данные, показывающие, во сколько раз происходит указанное уменьшение в зависимости от периода собственных колебаний сооружения Т« и номера ветрового района.

Табл.3.

^^v Л'оветр

р-на Та ? TJ TU IV V VI vir

Toi X^

0,5 "80,8 69~4~~ 60,8 54 48,2 39" ~ЗбД""'

1 40,4 34,7 30,4 27 24,1 21,5 19,5 18,1

2 20,2 17,4 15,2 13,5 12,1 10,8 9,8 9,1

3 13,5 11,6 10,1 9,0 8,0 7 6,5 6,0

4 10,1 8,7 7,6 6,8 6,0 5,4 4,9 4,5

5 8,1 6,9 6,1 5,4 4,8 4,3 3,9 3,6

7 5,8 5,0 4.3 3,9 3,4 3,1 2,8 2,6

10 4,0 3,5 ......3:°....... 2,7 2,4 2,2 2,0 1,8

При расчете на усталость с учетом разделения реакции сооружения на квазистатическую и резонансную составляющие максимальные и минимальные напряжения в цикле определяются по следующим формулам.

- для квазистатичсской составляющей: Ofmax.kvst~ Oj«at.+CTfcvs«. (7}

f min. kvst~ & weißt!."*" CT stat — CT levst. (8)

где сГясс— напряжение от собственного веса элементов конструкций сооружения;

а^Л!. - напряжение от статической составляющей ветрового воздействия; сТквет. - напряжение от квазистатической составляющей ветрового воздействия. - для резонансной составляющей: ^irtax.rcs." ^vvclch."^" Tsiat.^" ^Icvst "res. (9)

<Troin.rcs.= weigh.4" С*,™ ^ ° k»st ~ CT«я. И 0)

где (7rci. — напряжение от резонансной составляющей ветрового воздействия.

Таким образом, при расчете на усталость для резонансной составляющей квазистатическую составляющую можно, в первом приближении, считать постоянной (за время цикла резонансной составляющей, квазистатическая составляющая не успевает сильно изменится), и учитывать ее вместе со статической составляющей при расчете асимметрии цикла изменения напряжения на резонансной частоте.

Расчетная формула для определения долговечности D сооружения при разделении его реакции на порывы ветра на квазистатичсскую и резонансную состааляющие имеет вид:

D--?-1---Л-:. (П)

£

/'1

V N

где Пд,ь-га.~ число циклов нагружения наиоолее опасного с точки зрения усталостной прочности узла или элемента сооружения за один год при j —ой средней скорости ветра в кваз и стати ч ее ко м диапазоне частот спектра порывов ветра;

п^- число циклов нагружения за один год при ] -ой средней скорости ветра в резонансном диапазоне частот спектра порывов ветра;

Ч

Т^л-л-д- допустимое число циклов изменения напряжений до разрушения при напряжениях от квазистатичсской составляющей воздействия порывов ветра;

допустимое число циклов изменения напряжений до разрушения при напряжениях от резонансной составляющей воздействия порывов ветра;

г - общее число принятых для расчета градаций средней скорости ветра , исходя из возможностей накопления усталостных повреждений (зависит от уровня расчетных напряжений и величины предела усталости).

В результате применения указанной методики повышается точность определения расчетной долговечности сооружений, подверженных воздействию порывов ветра. К примеру, для двух соорркений, запроектированных в ЦНИИПСК им. Мельникова: Главного монумента памятника Победы на Поклонной горе в Москве с периодом собственных колебаний Т() — 5.7сек и шпиля высотного здания жилого комплекса «Триумф-Палас» в Москве с периодом собственных колебаний Т0 — 0.38сек. занижение расчетной долговечности составляет соответственно в 6 раз и в 236 раз.

Однако, в связи с тем, что квазистатический и резонансный диапазоны частот достаточно широки, целесообразно каждый из них разделить на возможно большое число поддиапазонов и считать долговечность для каждого из таких поддиапазонов в отдельности с последующим суммированием. Данная операция усложняет расчет, но сущсствешю повышает его точность.

Кроме того, в главе показано, что при практических расчетах усталостной прочности и долговечности сооружений с низкой частотой (большим периодом) собственных колебаний (То>7сек), расположенных в У;УГ и VII ветровых районах, расчет на усталостную прочность и долговечность можно проводить, не учитывая разделение их реакции на

воздействие турбулентных порывов ветра на квазистатическую и резонансную составляющие^ так как существенного увеличения расчетной долговечности в этих случаях наблюдаться не будет.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ освещены вопросы расчета сооружений нч дсформативность с учетом разделения их реакции от порывов ветра г.?. квазистатическую и резонансную составляющие. Под - воздействием турбулентных пульсаций скорости ветра высотные сооружения совершают колебания, вследствие чего находящиеся на них остронаправленные антенны также колеблются, что приводит к отклонению осей диаграммы направленности антенн от заданного направления, формируя соответствующую ошибку наведения. Будучи откликом на случайное воздействие порывов ветра, представляемое, как известно, энергетическим спектром с весьма широким диапазоном частот, ошибка наведения также являются случайной величиной, представляемой энергетическим спектром с тем же диапазоном частот и амплитудами, определяемыми входным сигналом (порывами ветра) и соответствующей передаточной функцией. Д;я полной или частичной компенсации ошибок наведения необходимо знание не только величины их амплитуды, но и их распределение но частогам (частотный состав). Существующие методы расчета сооружений на динамическое воздействие порывов ветра позволяют определить только среднеквадратическое значение ошибки наведения антенн, суммарное в широком диапазоне частот от 0,0011ц до ЮГц. Однако, таких данных недостаточно, так как для отработки ошибок наведения необходимо знание их частотного состава, поскольку именно от частотного состава ошибок наведения напрямую зависят методы и средства их отработки.

Существует много способов отработки ошибок наведения остронаправленных антенн, расположенных на сооружениях, подверженных воздействию турбулентного ветрового потока. Из них в настоящее время наиболее распространенными являются два способа. Первый способ —

использование динамических гасителей колебаний, которыми оснащаются сооружения дня уменьшения амплитуд колебаний под действием норьжон ветра. При этом уменьшаются амплитуды колебаний расположенных на сооружениях острюнанравленных антенн и, как следствие» уменьшаются ошибки их наведения.

Второй способ — использование специальных, следящих систем, определяющих величину ошибок, наведения и уменьшающих их с помощью специально сконструированных приводных систем, ночдсйствуюнлих непосредственно на антенну и управляемых с помощью автоматической системы управления.

В главе сделан вывод о том, что с помощью динамических гасителей колебаний могут быть отработаны лишь достаточно высокочастотные ошибки наведения (фактически соответствующие резонансному диапазону частот). Для отработки низкочастотных ошибок наведения квазистатического

¿г

диапазона динамические гасители колебаний использоваться не могут:

а) вследствие отсутствия на низких частотах значимых инерционных сил " (из-за низких значений ускорений на данных частотах);

б) вследствие конструктивных затруднений при изготовлении и размещении динамического гасителя, настроенного на низкую частоту. , При использовании для компенсации ошибок наведения специальных

следящих систем с управляемыми приводами, наоборот, можно компенсировать только низкочастотные составляющие ошибок наведения. Компенсация высокочастотных составляющих весьма затруднена, а, зачастую, вообще невозможна, из-за большой инерции управляемых конструкций.

В ШЕСТОЙ ГЛАВЕ освещается проблема целесообразности применения традиционных (инерционных) динамических гасителей колебаний уменьшения интенсивности колебаний сооружений. Раздельное определение квазистатческой и резонансной составляющих реакции сооружений на

воздействие турбулентных порывов скорости ветра позволяет на стадии проектирования решать данный вопрос.

Отмечается, что с уменьшением частоты вынужденных колебаний сооружений под действием порывов ветра, уменьшаются ускорения движения и инерционные силы, воздействующие на гаситель колебаний. При этом резко уменьшается воздействие гасителя на сооружение.

Получается, что при рабочих частотах, на которых необходимо уменьшать колебания сооружения, ниже 0.1 Гц (период 10 сек), эффективность действия динамических гасителей колебаний существенно уменьшается. Можно сделать заключение, что использование динамических гасителей колебаний для гашения колебаний сооружений в квазистатическом диапазоне частот спектра воздействия порывов ветра малоэффективно.

Также в данной главе указано, что при принятии решения об оснащении сооружения гасителем колебаний сооружения, настроенным на собственную частоту, имеют место две разнонаправленные тенденции. При уменьшении частоты растет вклад резонансной составляющей в колебаниях сооружения, то есть той составляющей, которую можно успешно уменьшить с использованием динамических гасителей колебаний. С другой стороны уменьшается эффективность динамического гаси теля колебаний. Для опенки влияния этих двух тенденций могут быть использованы данные об эффективности гасителей колебаний в зависимости ог рабочей частоты и методы раздельного определения квазистатической и резонансной составляющих реакции сооружений иа воздействие порывов ветра, разработанные автором в данной диссертации.

Таким образом, для гашения колебаний сооружений в квазистатичсской области частот спектра воздействия порывов ветра необходимо использовать гаситель колебаний без инерционных элементов, эффективность которых не зависит от частоты, на которой они работают. Однако разработка новых конструкций гасителей колебаншт не входит в задачу настоящего исследования.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ:

1. Результаты имеющихся теоретических и экспериментальных исследований показывают, что реакция строительных конструкций на воздействие порывов ветра содержит две составляющие: квазистатическую, в диапазоне частот максимума энергетического спектра турбулентных порывов ветра, VI резонансную, в зоне частот собственных колебаний строительных конструкций.

2. Имеющиеся в настоящее время за рубежом методы расчета сооружений на ветер с выделением квазистатической и резонансной составляющих их реакции на действие турбулентных порывов не имеют замкнутых аналитических решений и сводятся, в основном, к использованию сложной системы номограмм в логарифмических масштабах с весьма «рубой сеткой, что делает расчет весьма трудоемким и неточным. Все это требует постановки вопроса о разработке новых, более совершенных. методов раздельного расчета квазистатической и резонансной реакции строительных конструкций на воздействие порывов ветра.

3. Предложены две методики раздельного определения квазистатичсской и резонансной составляющих реакции сооружений па порывы ветра. Первая методика основана на принципах спектрального анализа и использования системы передаточных функций, преобразующих снепр порывов ветра в спектр аэродинамических сил (аэродинамическая передаточная функция) и далее в спектр реакции сооружения (механическая передаточная функция). Результатом этой методики является аналитическое выражение для определения резонансной составляющей реакции сооружений на порывы ветра. Квазистатическая составляющая определяется с помощью номограммы с единственным входным параметром — высотой сооружения. Вторая методика позволяет определят!, напряженно-деформированное состояние сооружения, находящегося под воздействием стационарного случайного возмущения с известной спектральной плотностью, каким являются порывы ветра в нижнем слое атмосферы. Эта методика

реализована в разработанной программе «Определение вкладов» и в разделе «Стационарное случайное воздействие» расчетно-аналитического программного комплекса «Селена».

4. Проведено обоснование необходимости проведения экспериментальных исследований на натурных сооружениях для проверки адекватности разработанных теоретических методов раздельного расчета сооружений на действие порывов ветра реальным физическим процессам взаимодействия сооружений с ветровым потоком.

5. Автором диссертации разработан специальный оптический измерительный комплекс, предцазиачсш1ый для измерения перемещений сооружений, как в квазистатическом, так и резонансном диапазонах частот энергетического спектра порывов ветра. Работа комплекса опробована на 70-метровой башне мобильной связи в г. Пушкино Московской области. По разработанным автором математическим программам произведена обработка результатов измерений и получены спектры перемещений, вершины сооружения вдоль и поперек направления ветрового потока. При этом на полученных экспериментальных спектрах четко выделяются две зоны максимумов (спектральных пиков). Первая ~ в зоне квазистатических частот, вторая — в районе собственной частоты колебаний но первой форме башни. При этом для 30-минутных записей принятых автором за основу, вклад частот квазистатического интервала в общую энергию колебаний составляет 63%, а резонансного интервала — 37%, что находится в согласии с теоретическими расчетами по имеющемся и предлагаемым в дашюй работе методикам для подобного типа сооружений.

6. При расчетах строительных конструкций на усталостную прочность и долговечность неучет разделения их реакции на порывы ветра на квазистатическую и резонансную составляющие приводит к завышению суммарного числа циклов колебаний в квазистатической области и к завышению величины амплитуды переменных напряжений в резонансной зоне спектра порывов ветра. В результате расчетная долговечность

сооружений оказывается сильно заниженной. Использование раздельного определения квазистатической и резонансной составляющих реакции сооружений на воздействие порывов ветра позволяет исправить указанный недостаток и получить достоверные результаты при расчете конструкций и их элементов на усталостную прочность и долговечность. При этом расчетная долговечность может возрастать в несколько раз (например, для Шпиля высотного здания жилого комплекса «Триумф-Палас» в 236 раз) в связи с приближением величины расчетных напряжений к значению предела выносливости для рассчитываемых узлов и элементов.

7. При расчете сооружений, несущих остронаправлсшше антенны, по ТТ предельному состоянию необходимо раздельное определение квазистатической и резонансной составляющих реакции сооружения на действие порывов ветра с целью определения эффективности отработки ошибок наведения активными следящими системами с обратной связью.

В. Раздельное определение квазиетатической и резонансной составляющих реакции строительных конструкций на воздействие порывов вора имеет большое значение при разработке м проектировании динамических гасителей колебаний, устанавливаемых яз сооружениях с целью уменьшения амплитуд их колебаний в ветровом потоке при решении вопроса о целесообразности оснащения сооружений динамическими гасителями колебаний и выборе их конструктивного решения.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах автора:

1. Остроумов Б.В., Гусев М.А., Никитин П.Н. Исследование квазистатических перемещений высотных сооружений под действием ветра. // Монтажные и специальные работы в строительстве. - 2005. -№4.С16 - 18..

2. Никитин П.Н. Экспериментальное исследование динамических характеристик высотного сооружения // Промышленное и гражданское строительство. - 2005. - №5. С47 - 48.

3. Никитин 11.11. Расчет высотиых сооружении на воздействие порывов ветра // Промышленное и гражданское строительство. — 2006. -№6. С.21 -22.

Лицензия ЛР № 020675 от 09.12.97

Подписано в печать 05.07.06 Формат 60x84 1/16

Бум. тип. Усл. печ.л. 2,63 (2,75) Уч.-изд.л. 2,5

Тираж 100 экз. Заказ 336

ООО "Академпринт" 117437, Москва, ул. Б.Черемушкинская, 25 к.1

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ КВАЗИСТАТИЧЕСКОЙ И РЕЗОНАНСНОЙ СОСТАВЛЯЮЩИХ РЕАКЦИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ПОРЫВЫ ВЕТРА.

1.1. Экспериментальные исследования.

1.2. Теоретические исследования.

1.3. Выводы.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ПОРЫВОВ ВЕТРА С РАЗДЕЛЕНИЕМ ИХ РЕАКЦИИ НА КВАЗИСТАТИЧЕСКУЮ И РЕЗОНАНСНУЮ СОСТАВЛЯЮЩИЕ.

2.1. Метод, основанный на спектральном анализе турбулентных ветровых воздействий, аэродинамических нагрузок и реакции сооружений с использованием соответствующей системы передаточных функций.

2.2. Метод прямого расчета строительных конструкций на стационарное случайное воздействие.

2.3. Выводы.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КВАЗИСТАТИЧЕСКИХ И РЕЗОНАНСНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ СООРУЖЕНИЙ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ПОРЫВОВ ВЕТРА.

3.1. Оптические методы натурных исследований.

3.1.1. Разработка и изготовление специальной оптической измерительной системы.

3.1.2. Методика проведения измерений.

3.1.3. Методика обработки результатов измерений.

3.1.4. Натурные испытания, сравнение результатов натурных испытаний с результатами теоретических расчетов по предлагаемым методикам.

3.2.ВЫВОД Ы.

ГЛАВА 4. РАСЧЕТ СООРУЖЕНИЙ НА УСТАЛОСТНУЮ ПРОЧНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ С УЧЕТОМ РАЗДЕЛЕНИЯ ИХ РЕАКЦИИ НА ПОРЫВЫ ВЕТРА НА

КВАЗИСТАТИЧЕСКУЮ И РЕЗОНАНСНУЮ СОСТАВЛЯЮЩИЕ.

ГЛАВА 5. РАСЧЕТ СООРУЖЕНИЙ НА ДЕФОРМАТИВНОСТЬ С УЧЕТОМ РАЗДЕЛЕНИЯ ИХ РЕАКЦИИ НА ПОРЫВЫ ВЕТРА НА КВАЗИСТАТИЧЕСКУЮ И РЕЗОНАНСНУЮ СОСТАВЛЯЮЩИЕ.

ГЛАВА 6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАННЫХ РАЗДЕЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕАКЦИИ СООРУЖЕНИЙ НА ПОРЫВЫ ВЕТРА В КВАЗ И СТАТИ ЧЕС КОЙ И РЕЗОНАНСНОЙ ОБЛАСТЯХ ЧАСТОТНОГО СПЕКТРА ПРИ РАЗРАБОТКЕ И ПРОЕКТИРОВАНИИ

ДИНАМИЧЕСКИХ ГАСИТЕЛЕЙ КОЛЕБАНИЙ.

Практически все строительные конструкции (кроме подземных) в той или иной степени подвержены воздействию ветрового потока. Причем, степень этого воздействия растет с увеличением высоты и гибкости сооружений, достигая максимума для высотных сооружений (башен, мачт, дымовых и вентиляционных труб, радиотелескопов, антенных плотен, а также различных памятников, монументов и обелисков [3,5,7,30,31].

Ветер вызывает статическое и динамическое силовое воздействие на сооружения. Динамическое воздействие определяется турбулентными пульсациями скорости ветра (порывами ветра), вызывающими вынужденные колебания сооружений вдоль среднего направления ветрового потока (автоколебания сооружений поперек направления ветрового потока вследствие срывных явлений и аэродинамической неустойчивости в данной работе не рассматриваются.)

Порывы ветра в нижнем (пограничном) слое атмосферы могут быть представлены в виде энергетического спектра, расположенного в диапазоне частот от 0,001 до 20 Гц [53,80], в то время как частоты собственных колебаний большинства сооружений лежат в диапазоне от 0,08 до 20Гц, то есть в высокочастотной области спектра ветровых воздействий [53,31].

В связи с этим, спектр реакции сооружений (перемещений, усилий, моментов, напряжений) имеет два максимума - низкочастотный (или квазистатический) в области частот максимума спектра порывов ветра и высокочастотный (или резонансный) в области частот собственных колебаний сооружений. При этом, необходимо отметить, что строительные нормы и правила Российской Федерации основаны на методах расчета, позволяющих определять лишь суммарное значение реакции сооружений на порывы ветра по всему спектру ветровых воздействий [53,55]. Такой подход оправдан только при определении несущей способности сооружений (по I предельному состоянию), находящихся под воздействием ветра.

Однако в настоящее время приобрел большое значение расчет сооружений по деформативности (II предельное состояние), особенно конструкций, несущих остронаправленные антенны (например, башни сотовой и радиорелейной связи, радиотелескопы и др.), поскольку для этих конструкций имеет значение не только величина ошибки наведения, но, в большой степени, и ее частотный состав.

Далее, в связи с развитием в последние годы новых конструктивных форм сооружений, позволяющим проектировать более легкие и дешевые сооружения приобрели большое значение оценки усталостной прочности и долговечности сооружений (связано это с конструктивными особенностями данных сооружений) с обязательным определением числа циклов изменений напряжений в элементах и узлах в процессе эксплуатации. Для решений этой задачи также необходимы данные о реакции сооружений на порывы ветра раздельно в квазистатическом и резонансном диапазонах спектра ветрового воздействия [31,32].

Существует также проблема гашения колебаний сооружений вдоль потока с помощью оснащения их динамическими гасителями колебаний [24,31,38]. Как известно, динамические гасители колебаний успешно подавляют или уменьшают колебания сооружения на частотах, близких к их собственным частотам колебаний, за счет создания достаточно мощных инерционных сил от колебаний массы гасителя, действующих на сооружение в противофазе с его перемещением. Однако, при достаточно низких частотах воздействий вследствие малых величин ускорений, инерционные силы, возникающие при колебаниях массы гасителя, становятся столь малыми, что не могут воздействовать на колебания сооружения. В связи с этим, на стадии разработки и проектирования динамического гасителя колебаний очень важно правильно определить частотные диапазоны его эффективной работы с целью правильного определения его основных параметров: рабочей массы и демпфирования, а также объективного прогноза целесообразности и эффективности его использования на сооружении для указанных выше целей.

Кроме того, существует прикладная проблема правильной организации геодезических измерений натурных сооружений при определении вертикальности их элементов. После монтажа высотных сооружений, особенно с болтовыми соединениями каркаса, в течение определенного периода времени происходит «усадка» сооружения, т.е. изменение начальной геометрии. Наличие данного явления, а также необходимость контроля геометрии сооружения сразу после монтажа сооружения обстоятельство обуславливает важность проведения объективного геодезического контроля. Геодезический контроль необходимо проводить в условиях абсолютного штиля, чтобы исключить влияние деформаций вызванных ветровыми воздействиями. В практике производства геодезических работ такое условие трудно выполнимо и измерения проводятся при наличии ветра, что обуславливает необходимость исключения деформаций от воздействия ветра. Исключение деформаций от порывов ветра невозможно без учета разделения деформаций от порывов ветра на квазистатическую и резонансную составляющую.

В последние годы в нашей стране развернулось строительство высотных жилых и административных зданий отличительной особенностью которых является длительное пребывание в них людей. Уровень комфорта пребывания людей в здании зависит от ускорений перемещений перекрытий зданий и частоты их появления. Считается, что нижний диапазон частот, которые ощутимы человеком, начинается с частот порядка 0,067Гц, с ростом частоты уровень комфорта значительно снижается. Т.е. диапазон частот колебаний зданий, ощутимых человеком захватывает весь резонансный и часть квазистатического диапазона реакции сооружений. Комплексная оценка уровня комфорта пребывания людей в здании ветра должна проводиться с учетом спектрального состава реакции зданий на порывы ветра.

Все эти задачи могут быть успешно решены лишь в случае раздельного определения реакции сооружения на порывы ветра в квазистатической и резонансной областях спектра порывов.

Настоящая работа посвящена разработке методик раздельного расчета сооружений на динамическое воздействие от порывов ветра в квазистатическом и резонансном диапазонах частот энергетического спектра порывов и согласование результатов расчета по этим методикам с данными натурных испытаний реальных сооружений, находящихся под воздействием ветра.

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Применяемая в России методика расчета сооружений на порывы ветра, реализованная в нормативных документах, позволяет определять только суммарную реакцию сооружений на порывы ветра, что приемлемо при расчетах по первому предельному состоянию. Расчет сооружений по второму предельному состоянию, расчет на усталостную прочность и долговечность, оценка физиологической комфортности нахождения людей в высотных зданиях, а также правильные оценки целесообразности установки на сооружения динамических гасителей колебаний и оценки эффективности их работы невозможны без раздельного расчета реакции сооружений на порывы ветра в квазистатической и резонансной частотных областях спектров порывов ветра. Кроме того, существующая методика расчета сооружений на действие порывов ветра формирует искаженное представление о реакции сооружения на порывы ветра, объединяя два разнородных явления: квазистатические вынужденные колебания в достаточно широком частотном диапазоне и резонансные колебания, происходящие в узкой зоне собственных частот сооружения. Последнее обстоятельство приводит, в частности, к неправильной оценке реакции сооружений на порывы ветра при натурных исследованиях.

Существует ряд зарубежных методик расчета высотных сооружений на действие ветра с учетом разделения реакции сооружения на порывы на квазистатическую и резонансную часть. Все методики достаточно громоздки. При расчетах по этим методикам используется множество эмпирических формул и графиков с грубой сеткой, что позволяет сделать вывод о непригодности данных методик для прикладного использования инженером.

Методика, разработанная в ЦНИИПСК им. Мельникова и основанная на пошаговом интегрировании спектра порывов ветра с получением спектра реакции сооружения, математически сложна и не может быть использована в прикладных инженерных расчетах.

Для оценки применимости разрабатываемых расчетных методик необходимо проведение натурных измерений. При этом необходимо отметить, что аппаратуры, способной записывать реакцию сооружения на порывы ветра в широком диапазоне частот от 10Гц до 0.001, в России не существует.

Таким образом, отсутствие прикладной методики раздельного динамического расчета сооружений в низкочастотном и высокочастотном диапазонах спектра порывов ветра, а также отсутствие необходимой для натурных измерений аппаратуры сдерживает развитие важных направлений отечественной теории сооружений, направленных на совершенствование методов проектирования конструкций сооружений, для которых ветровая нагрузка является определяющей.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: является решение комплексной экспериментально -теоретической задачи по разработке методики расчета высотных сооружений на воздействие порывов ветра, позволяющей определить их реакцию на порывы раздельно в квазистатическом и резонансном диапазонах спектра порывов, а также проведение натурных исследований колебаний реальных сооружений для экспериментальной проверки разработанной методики.

Для достижения этой цели решены следующие задачи:

1) Разработан прикладной метод, основанный на преобразовании спектральной энергии турбулентных пульсаций скорости ветра в спектры аэродинамических сил и реакции сооружений с помощью системы передаточных функций, позволяющий определять резонансную составляющую реакции сооружений на порывы ветра с помощью аналитического выражения, а квазистатическую - с помощью номограммы.

2) Разработан метод прямого определения вклада квазистатической и резонансной составляющих реакции сооружений на порывы ветра, который 8 реализован в виде программы «Определение вкладов» и программного комплекса «Селена» раздел «Стационарное случайное воздействие».

3) Разработана и изготовлена измерительная аппаратура, позволяющая измерять амплитуды колебаний сооружений в квазистатической и резонансной областях спектра порывов ветра на частотах от 25 до 0,001Гц.

4) Проведены измерения колебаний на башне сотовой связи высотой 70м в г. Пушкино Московской области, получены спектры ее перемещений в квазистатической и резонансной областях спектра порывов ветра.

5) Проведено сравнение результатов натурных измерений с результатами теоретических расчетов по разработанным методикам, которые оказались в близком соответствии с друг с другом.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ заключается в следующем:

1) Разработаны прикладные аналитические методы раздельного определения вклада в общую реакцию сооружений на порывы ветра квазистатической и резонансной составляющих реакции.

2) Разработана сравнительно простая измерительная аппаратура, способная измерять с большой точностью перемещения колебаний сооружений в области низких частот от 25 до 0,001Гц.

3) Осуществлены измерения колебаний натурного сооружения, и полученные данные сравнены с результатами теоретических расчетов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ:

1) Результаты работы позволяют уточнить методы расчета сооружений на деформативность, усталостную прочность и долговечность, а также предполагается использовать при выборе рациональных решений на стадии проектирования динамических гасителей колебаний.

2) Результаты работы позволяют организовать проведение геодезических работ на существующих высотных сооружениях с получением объективных данных об их вертикальности.

3) Результаты работы позволяют оценить степень физиологической комфортности длительного пребывания людей в высотном здании с учетом выделения вкладов ускорений перемещений в спектре реакции сооружения на порывы ветра.

4) Разработанные аппаратура и методики позволяют проводить более глубокие исследования взаимодействия сооружений с ветровым потоком и уточнить суммарную реакцию сооружений на действие порывов ветра.

5) Разработанные аппаратура и методики позволяют решать широкий круг прикладных задач, а именно: определение фактических динамических характеристик сооружений, мониторинг состояния конструкции высотных сооружений.

ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ:

Результаты диссертации использованы в ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова»:

- при проектировании дымовых труб для ТЭЦ-27 и ТЭЦ21 в г. Москва.

- при оснащении гасителями колебаний радиотелевизионной башни высотой 200м в г. Самара и дымовой трубы высотой 120м Первомайской ТЭЦ.

- при проверке эффективности работы гасителя колебаний установленного на башне сотовой связи высотой 70м в г. Пушкино.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Результаты работы докладывались на международной конференции в Москве

IASS WORKING GROUP №4 MASTS AND TOWERS.

По результатам работы опубликовано 3 научных статьи.

Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, заключения,

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Результаты имеющихся теоретических и экспериментальных исследований показывают, что реакция строительных конструкций на воздействие порывов ветра имеет две составляющие: квазистатическую, в диапазоне частот максимума энергетического спектра турбулентных порывов ветра и резонансную, в зоне частот собственных колебаний строительных конструкций.

2. Существующие отечественные строительные нормы позволяют рассчитывать только суммарную реакцию сооружений на воздействие порывов ветра (квазистатическую плюс резонансную), что вполне допустимо при определении несущей способности сооружений и их элементов. Однако, при расчетах сооружений на усталостную прочность и долговечность, на деформативность, а также при расчетах, связанных с исследованиями и разработкой динамических гасителей колебаний, размещаемых на сооружениях с целью уменьшения их динамической реакции на порывы ветра, необходимо использовать результаты раздельного определения квазистатической и резонансной составляющих реакции сооружений на действие порывов ветра.

3. Имеющиеся в настоящее время за рубежом методы расчета сооружений на ветер с выделением квазистатической и резонансной составляющих их реакции на действие турбулентных порывов не имеют замкнутых аналитических решений и сводятся, в основном, к использованию сложной системы номограмм с весьма грубой сеткой в логарифмических масштабах, что делает расчет с их помощью весьма трудоемким и неточным. Все это требует постановки вопроса о разработке новых, более совершенных методов раздельного расчета квазистатической и резонансной реакции строительных конструкций на воздействие порывов ветра.

4. В данной работе предлагаются две методики раздельного определения квазистатической и резонансной составляющих реакции сооружений на порывы ветра. Первая основана на принципах спектрального анализа и

131 использования системы передаточных функций, преобразующих спектр порывов ветра в спектр аэродинамических сил (аэродинамическая передаточная функция) и далее в спектр реакции сооружения (механическая передаточная функция). Результатом этой методики является весьма простое аналитическое выражение для определения резонансной составляющей реакции сооружений на порывы ветра. Квазистатическая составляющая определяется с помощью достаточно простой номограммы с единственным входным параметром -высотой сооружения. Вторая методика позволяет определять напряженно-деформированное состояние сооружения, находящегося под воздействием стационарного случайного возмущения с известной спектральной плотностью, каким являются порывы ветра в нижнем слое атмосферы. Расчет производится прямым интегрированием дисперсии выходных расчетных величин (перемещений, усилий, напряжений, опорных реакций и т.п.) по заданному энергетическому спектру входного воздействия (спектру порывов ветра Давенпорта). Частотный диапазон разбивается на ряд интервалов, в пределах которых задается своя спектральная плотность, а также устанавливается требуемая точность интегрирования. Именно это позволяет получить результаты отдельно для квазистатического и резонансного диапазонов частот спектра порывов ветра. Для реализации второй методики используется программа «Определение вкладов» и раздел «Стационарное случайное воздействие» расчетно-аналитического программного комплекса «Селена».

5. Для углубленного исследования квазистатической и резонансной составляющих реакции сооружений на воздействие порывов ветра необходимо проведение экспериментальных исследований на натурных сооружениях. Такие исследования нужны также для проверки адекватности разработанных теоретических методов раздельного расчета сооружений реальным физическим процессам взаимодействия сооружений с порывистым ветровым потоком.

6. Для антенных сооружений (а именно они рассматриваются в данной работе) диктующим является расчет по второму предельному состоянию, как следствие основными измеряемыми величинами для таких сооружений

132 являются перемещения под действием ветра. Для этих целей традиционно используются измерительные комплексы построенные на основе контактных датчиков- пьезоакселерометров способных измерять колебания с частотами не ниже ОД Гц, то есть они не могут работать в квазистатическом диапазоне частот, который охватывает частоты от 0,1 до 0,001Гц. В связи с этим, для измерений перемещений в квазистатической зоне частот, наиболее целесообразно использование оптических методов, не связанных с инерционными процессами (на этих частотах инерционные силы малы) и не требующими достаточно сложных промежуточных устройств и операций для преобразования измеренных ускорений в скорости и перемещения.

7. Специальный оптический измерительный комплекс, разработанный автором диссертации, предназначен для измерения перемещений сооружений, как в квазистатическом, так и резонансном диапазонах частот энергетического спектра порьюов ветра. Работа комплекса опробована на 70- метровой башне мобильной связи в г. Пушкино Московской области. По разработанным автором диссертации математическим программам произведена обработка результатов измерений и получены спектры перемещений вершины сооружения вдоль и поперек направления ветрового потока. При том на полученных экспериментальных спектрах четко выделяются две зоны максимумов (спектральных пиков). Первая - в зоне квазистатических частот, вторая - в районе частоты собственных колебаний по первой форме башни. При этом для 30-минутных записей принятых автором за основу, вклад частот квазистатического интервала в общую энергию колебаний составляет 63%, а резонансного интервала - 37%, что находится в согласии с теоретическими расчетами по имеющемся и предлагаемым в данной работе методикам для подобного типа сооружений.

8. При расчетах строительных конструкций на усталостную прочность и долговечность неучет разделения их реакции на порывы ветра на квазистатическую и резонансную составляющие приводит к завышению суммарного числа циклов колебаний в квазистатической области и к

133 завышению величины амплитуды переменных напряжений в резонансной зоне спектра порывов ветра. В результате расчетная долговечность сооружений оказывается сильно заниженной. Использование раздельного определения квазистатической и резонансной составляющих реакции сооружений на воздействие порывов ветра позволяет исправить указанный недостаток и получить правильные результаты при расчете конструкций и их элементов на усталостную прочность и долговечность. При этом, расчетная долговечность может возрастать в несколько раз и, даже, на порядок в связи с приближением величины расчетных напряжений к значению предела выносливости для рассчитываемых узлов и элементов.

9. При расчете сооружений, несущих остронаправленные антенны, на деформативность с целью определения ошибок наведения указанных антенн вследствие ветровых воздействий очень важно определить частотный состав ошибок наведения, поскольку от него зависит разработка методов их уменьшения или полной их компенсации. Так, например, ошибки наведения в квазистатической области частот могут быть практически полностью ликвидированы с помощью активных следящих приводов с обратной связью. Хотя приводные механизмы обладают известной инерцией срабатывания (запаздыванием), однако колебания сооружения в этой области частот достаточно медленные и применение приводных механизмов для указанных целей дает значительный эффект. В резонансном диапазоне частот, наоборот, колебания происходят на высоких частотах и больших скоростях, поэтому для компенсации ошибок наведения в этой зоне необходима разработка весьма сложных и дорогостоящих следящих систем с малыми постоянными времени срабатывания и целым каскадом обратных связей. При этом может оказаться, что компенсация ошибок наведения в резонансной зоне частот вообще невозможна и единственным способом их уменьшения является повышение жесткости сооружения на стадии его проектирования с целью повышения частот их собственных колебаний. Что приводит в целом к уменьшению деформаций сооружения от воздействия ветра и в, частности, к уменьшению

134 вклада резонансной составляющей реакции сооружения. В связи со сказанным становится ясной большая важность раздельного определения квазистатической и резонансной составляющих реакции сооружений на действие порывов ветра при расчетах по второму предельному состоянию (на деформативность).

10. Большое значение имеет раздельное определение квазистатической и резонансной составляющих реакции строительных конструкций на воздействие порывов ветра при разработке и проектировании динамических гасителей колебаний, устанавливаемых на сооружениях с целью уменьшения амплитуд их колебаний в ветровом потоке. Дело в том, что на низких частотах вынужденных колебаний сооружений, соответствующих квазистатическому интервалу колебаний в гасителе не возникают большие инерционные силы, как следствие гаситель не оказывает серьезного воздействия на сооружение. Поэтому динамические гасители колебаний способны гасить только резонансную составляющую реакции сооружений на порывы ветра. Отсюда следует важность раздельного определения квазистатической и резонансной составляющих реакции сооружений на порывы ветра при решении вопроса о целесообразности их оснащения динамическими гасителями и выборе их проектного решения.

11. Без комплексного учета структуры деформаций сооружений под действием ветра невозможна правильная организация геодезических работ на высотных сооружениях. На сегодняшний день в стране нет комплексной методики геодезических работ учитывающей наличие трех составляющих деформаций сооружений при воздействии ветра: статической, квазистатической и резонансной. Создание такой методики невозможно без раздельного определения квазистатической и резонансной составляющих реакции сооружений на порывы ветра.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

1. Анализ результатов имеющихся экспериментально-теоретических исследований перемещений сооружений под действием порывов ветра указывает на наличие в их суммарной реакции двух составляющих: квазистатической (низкочастотной) на частотах максимума спектра порывов и резонансной (высокочастотной) в диапазоне частот собственных колебаний сооружений.

2. Для расчета несущей способности сооружений и их элементов достаточно знание суммарной реакции сооружений на порывы ветра, которая находится по методикам существующих отечественных норм и правил.

3. Для расчета сооружений на деформативность, на усталостную прочность и долговечность, а также для разработки проектов их оснащения динамическими гасителями колебаний необходимо знание квазистатической и резонансной составляющих их реакции на порывы ветра. Кроме того, такие знания необходимы для создания методики проведения геодезических работ на высотных сооружениях.

4. Разработан прикладной метод расчета квазистатической и резонансной составляющих реакции сооружений на порывы ветра, основанный на спектральном анализе и использовании системы передаточных функций от спектра порывов ветра и спектру реакции сооружения.

5. Разработан метод расчета квазистатической и резонансной составляющих, основанный на непосредственном интегрировании спектров выходных величин (перемещений, напряжений, моментов и др.), разделенных на частотные интервалы. Для расчетов используется авторская программа «Определение вкладов» и расчетно-аналитический комплекс «Селена». С помощью этого метода дроведен расчет 7 высотных сооружений различных типов спроектированных в ЦНИИПСК, а также 142-метрового главного монумента памятника Победы на Поклонной горе в г. Москва. Результаты расчета согласуются с результатами, полученными по другим методикам.

6. Разработан оптический комплекс измерения перемещений натурных сооружений от ветровых воздействий способный измерять перемещения в широком частотном диапазоне.

7. Комплекс опробован на 70-метровой башне сотовой связи в г. Пушкино Московской области. В результате получены спектры перемещений и траектории движения вершины сооружения вдоль и поперек направления ветрового потока при средней скорости ветра около 7-8м/с. Обработка результатов измерений проведена с помощью математических программ, разработанных автором диссертации. На полученных спектрах колебаний имеется две зоны максимумов (энергетических пиков) - квазистатический и резонансный. При этом вклад частот квазистатического диапазона в общую дисперсию колебаний составляет около 63%, а резонансного 37%, эти данные находятся в согласии с теоретическими оценками по имеющимся методикам.

8. Показано, что неучет разделения реакции сооружений на порывы ветра на квазистатическую и резонансную составляющие приводит к занижению расчетной долговечности сооружений при их расчетах на усталостную прочность и долговечность. Раздельный учет этих составляющих способствует получению достоверных результатов, согласующихся с практикой эксплуатации указанных сооружений.

9. Показано, что при расчете сооружений, несущих остронаправленные антенны, на деформативность с целью определения ошибок их наведения от воздействия порывов ветра и разработка методов уменьшения и компенсации этих ошибок необходимо использовать результаты раздельного определения квазистатической и резонансной составляющих реакции этих сооружений на к

Y воздействие порывов ветра.

10. Показано, что при разработке проектов оснащения сооружений динамическими гасителями колебаний необходимо использовать данные раздельного определения реакции сооружений на воздействие порывов ветра в квазистатическом и резонансном диапазонах частот спектра турбулентных порывов ветра.

11. Результаты, полученные в использованы при разработке новых нормативных документов, касающихся зданий и сооружений. данной диссертации, могут быть и совершенствования имеющихся воздействия ветра на конструкции

1. Андронов А.А., Витт А.А., Хайкин С.Э. Теория колебаний: Физматиз, 1959, М-785с.

2. Аппель П., Теоретическая механика, т.П, Физматиз: 1960, М -386с.

3. Айрапетов А.Б., Соловьева Е.В. Экспериментальное моделирование нагрузок и устойчивости высоких архитектурных и строительных конструкций и систем в ветровом потоке: Труды ЦАГИ. 1999. - Вып.2634.

4. Бабаков И.М. Теория колебаний. М.: Наука, 1968. - 560с.

5. Базилевский С.В. Гусев М.А., Петров А.А. Большепролетные и высокие сооружения ври случайных динамических воздействиях ( Обзор отечественного и зарубежного опыта) ВНИИС Госстроя СССР, М., 1984.

6. Барштейн М.Ф. Воздействие ветра на здания и сооружения: Труды ЦНИИСК. -вып.21,- 1973.

7. Барштейн М.Ф. Динамический расчет высоких сооружений на действие ветра: Справочник по динамике сооружений// под редакцией Б.Г. Коренева. М., 1984.

8. Болотин В.В. Случайные колебания упругих систем М.: Наука, 1979. -336с.

9. Болотин В.В. Статистические методы в строительной механике. М.: Стройиздат, 1965. - 270с.

10. Брикман Г.А. О геодезическом обеспечении и техническом контроле конструкций Останкинской телебашни. Труды ЦНТИ, вып. 4-5. 1983. с. 12-15.

11. Брикман Г.А., Гусев М.А. Колебания Останкинской телебашни при различных метеорологических условиях в нижнем слое атмосферы. Труды ЦВГМО, вып. 6, Гидрометеоиздат, 1975, с. 51-56.

12. Брикман Г. А., Гусев М.А. Низкочастотные колебания Останкинской телебашни под действием ветра. Труды ЦВГМО, вып. 12, Гидрометеоиздат, 1985, с. 42-46.

13. Бутенин Н.В., Неймарк Ю.И., Фуфарев Н.А. Введение в теорию нелинейных колебаний. М.: Наука, 1987. - 382с.

14. Вибрации в технике: Справочник. в. 6т.// Под редакцией Н. Челомея. -М.: Машиностроение, 1978 - 1981.

15. Виниченко Н.К. Пипус Н.З. Шметер С.М., Шур Г.Н. Турбулентность в свободной атмосфере. JI. Гидрометеоиздат, 1968

16. Гусев М.А., Брикман Г.А. Исследование динамических отклонений Останкинсой телебашни под действием ветра. Труды ЦВГМО, вып. 9, 1977, с.61-65.

17. Гусев М.А. О возможности автоколебаний цилиндрических тел вдоль потока жидкости или газа при кризисе сопротивления. Ученые записки ЦАГИ. Том IX, №3, 1978, с. 131-136.

18. Дженкинс Г., Ватте Д. Спектральный анализ и его приложения. -М.: изд. «Мир», 1971. 319с.

19. Ден -Гартог Дж.П. Механические колебания. М.: Зизматиз, 1960. - 580с.

20. Динамический расчет специальных сооружений и конструкций: Справочник проектировщика / Под редакцией Б.Г. Коренева и А.Ф. Смирнова. -М.: Стройиздат, 1986. -462с.

21. Заварина М.В. Сроительная климатология. Л.: Гидрометеоиздат, 1976.-312с.

22. Зилитинкевич С.С. Динамика пограничного слоя атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат. 1970. -291с.

23. Карклэ П.Г. Определение частот и декрементов собственных колебаний конструкций по переходным процессам. Ученные записки ЦАГИ. Том XIX, №1,1988.

24. Коренев Б. Обыдов В., Ройпггейн М. Динамические гасители колебаний. Рабочая группа «Мачты и башни» международной ассоциации по оболочкам и пространственным конструкциям. Чикаго, 1977.

25. Малаеб В.Ф. Разработка метода расчета сооружений башенного типа на нагрузку от порывов ветра: Дисс. канд. техн. наук. М., 1991.- 173с.

26. Никитин Н.В., Травуш В.И. О ветровых нагрузках в г. Москве // Строительная механика и расчет сооружений. 1973. -№3. - с.51-52.

27. Никитин Н.В., Травуш В.И. Эксперементальное изучение работы конструкций Московской телевизионной башни. Доклад на Всесоюзной конференции. М., 1970.-е. 54-55.

28. Никитин П.Н. Эксперементальное исследование динамических характеристик высотного сооружения// Промышленное и гражданское строительство. -2005. -№5 -с.47-48.

29. Никитин П.Н. Расчет высотных сооружений на воздействие порывов ветра // Промышленное и гражданское строительство. 2006. - №6.

30. Остроумов Б.В. Разработка, исследование и внедрение новых конструктивных форм высотных сооружений на основе экспериментально -теоретических исследований их взаимодействия с ветровым потоком: Дисс, канд. техн. наук. -М., 1985.- 292с.

31. Остроумов Б.В. Исследование, разработка и внедрение высотных сооружений с гасителями колебаний: Дисс. докт. техн. наук. -М., 2003.- 425с.

32. Остроумов Б.В., Гусев М.А. Расчет сооружений на усталостную долговечность с учетом разделения их реакции на порывы ветра на квазистатическую и резонансную составляющие.// Промышленное и гражданское строительство. -2005. -№2.

33. Остроумов Б.В., Гусев М.А. О квазистатической составляющей реакции сооружений на порывы ветра.// Промышленное и гражданское строительство. -2005. -№2.

34. Остроумов Б.В., Гусев М.А., Никитин П.Н. Исследование квазистатических перемещений высотных сооружений под действием ветра.// Монтажные и специальные работы в строительстве. 2005. - №4.

35. Остроумов Б.В., Патрикеев А.В., Гусев М.А. Контроль за состоянием несущих конструкций Главного монумента памятника Победы на Поклонной горе.// Промышленное и гражданское строительство. -2004. -№5.

36. Остроумов Б.В. Исследование турбулентного воздействия ветра на высотные сооружения. Проектирование металлических конструкций. Реферативный сборник. М.: ЦИНИС, 1971. - вып.11,- с.6-7.

37. Остроумов Б.В. Динамические гасители колебаний. Справочник проектировщика. Металлические конструкции. Том 3, глава 1, раздел 7. -М.: изд-во АСВ, 1999.-с.30-108.

38. Остроумов Б.В. Динамические испытания дымовой трубы с гасителем колебаний // Монтажные и специальные работы в строительстве. -2003. -№2. -с.9-13.

39. Остроумов Б.В. Экспериментально- теоретические исследования параметров затухания колебаний сооружения из двух дымовых труб.// Монтажные и специальные работы в строительстве. 2003. - №5.

40. Остроумов Б.В., Берштейн А.С., Ройштейн М.М. Динамический расчет специальных инженерных сооружений и конструкций: Справочник проектировщика. Раздел 16. -М.: Стройиздат, 1986 с. 404-445.

41. Остроумов Б.В., Зилитинкевич С.С. Об оценке ветровых нагрузок на высотные сооружения// Метеорология и гидрология. -1967. №6- с.41-49.

42. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории упругих колебаний. М.: Машиностроение, 1967.-316с.

43. Полек B.C., Бервалдс Э.Я. Прецизионные конструкции зеркальных телескопов. Рига «Зинантс» 1990. 527с.

44. Полек B.C., Гусев М.А., Шилов С.Е. Динамический расчет сооружений на действие случайных нагрузок.// Промышленное и гражданское строительство. -1996. -№12.

45. Полек B.C., Гусев М.А., Шилов С.Е. Исследование возможности гашения колебаний радиотелескопов.// Промышленное и гражданское строительство. -1996. -№12.

46. Полек B.C., Гусев М.А., Шилов С.Е. Разработка динамической модели прецизионного радиотелескопа, расчет частот и форм его собственных колебаний.// Промышленное и гражданское строительство. -1996. -№12.

47. Полек B.C., Гусев М.А., Шилов С.Е. Динамика конструкций радиотелескопов при импульсных воздействиях.// Промышленное и гражданское строительство. -1999. -№5.

48. Полек B.C., Гусев М.А., Шилов С.Е. Расчет динамических ошибок наведения радиотелескопов при воздействии порывов ветра.// Промышленное и гражданское строительство. -1999. -№5.

49. Попов Н.А. Рекомендации по уточненному динамическому расчету зданий и сооружений на действие пульсационной составляющей ветровой нагрузки. Госстрой России, ГУП ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко. ООО Еврософт, Москва 2000.-46с.

50. Прочность, устойчивость колебания. Универсальный программный комплекс для расчета конструкций на прочность SELENA. Версия 3.0. Руководство пользователя. 233с.

51. Ройштейн М.М. Исследование влияния оттяжек на прочность, устойчивость, надежность радиомачт. Дисс. канд. техн. наук. -М., 1976.

52. Руководство по расчету зданий и сооружений на действие ветра. -М.: Стройиздат, 1978. 217с.

53. Симиу Э., Скаклан Р. Воздействие ветра на здания и сооружения. -М.: Стройиздат, 1984. 360 с.

54. СНиП 2.01.07 85* Нагрузки и воздействия. - М.: ЦИТП Минстроя Р.Ф., 1996.-35с.

55. СНиП П-23-81* Стальные конструкции. М.: ЦИТП Минстроя Р.Ф., 2000. - 69с.

56. Соколов А.Г. Опоры линий передач. М.: Стройиздат, 1961. - 275с.143

57. Соколов А.Г. Металлические конструкции антенных устройств. -М.: Стройиздат, 1971. -240с.

58. Толстобров Б.Я. Порывистость сильного ветра в нижнем 350-метровом слое атмосферы по данным измерений на мачте в г. Ушачи. М.: Труды ЦВГМО., вып. 9., 1977. с.93-96.

59. Толстобров Б.Я. К методике аппаратурной экстрополяции количественных характеристик атмосферных процессов в нижнем слое атмосферы. М.: Труды ЦВГМО., вып. 13., 1979. с.62-67.

60. Травуш В.И., Фридман Ю.Г. Об опыте проектирования Останкинской телебашни -М.: Труды ЦНТИ, вып.4-5,1983. с.5-8.

61. Ухов А.И., Дубиренко В.В., Степанов Д.Г. Исследование переменных моментов ветровых нагрузок, действующих на полноповоротную антенну, как случайных величин.// Труды ФИАНН. М.: Наука, 1969. - Вып. 47. -с.123-139.

62. Ухов А.И., Дубиренко В.В., Степанов Д.Г. Определение статистических характеристик случайных воздействий на систему наведения радиотелескопа.// Труды ФИАНН. -М.: Наука, 1968. Вып. 5. - с.109-118.

63. Цейтлин А.И., Атаев М. Определение характеристик сооружений по результатам динамических испытаний.// Строительная механика и расчет сооружений. 1975. - №6.

64. Хргиан А.Х. Физика атмосферы. Л.: Гидроиздат, 1978. - 512с.

65. Фын Я.Ц. Введение в теорию аэроупругости. М.: Физматиз, 1959. - 523с.

66. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1974. - 711с.

67. Шмидт Г. Параметрические колебания. М.: Мир, 1978. - 326с.

68. Akabane К. A large millimeter wave antenna.// Intern. J . Intared a. Millime Waves. -1983. Vol.4, №5. -p.793 - 808.

69. Akabane K., Morimoto M., Kaifii N., Ishiguro M. Large mm-wave telescopes in Japan.// Sky a. Telescope. -1983. Vol.66. - p.495.

70. Altman H. Die Stahlkostruktion des 100m radiotelescopes in Effelsberg // Stahlbau. -1972. -Bol 11. - s.321-331.

71. Ayorinde E.o., Warburton G.V. Minimizing structural vibrations with absorbers// Eaarthquake Eng-g and Struct. Dinamics. -1980. Vol.8. p. 219-236.

72. Blackman R.B., Tukey J.W. The measurement of power spectra from the point of view of communications engineerin. Dover publications, New York, 1959. -190p.

73. Brook R.R. A note on vertical coherence of wind measured an urban Boundary layer. «Boundary layer Meteorol » 1975, Vol.l9.№l. p.11-20.

74. Choi chong chuen. Correlation and spectral functions of atmospheric turbulence. -Proc.l 11. ICWE. Tokyo. 1971. p.45-55.

75. Counihan J. Adoubatic atmospheric boundary layers: a review and analysis of data from the period 1880-1972. Atmosperic environment. 1975, Vol.9. -p.871-905.

76. Davenport A.G. The application of statistical concepts to the wind loading of structures. -Proc I.C.E., London, 1961. Vol. 19. -p.449-472.

77. Davenport A.G. The spectrum of horizontal gustiness near the ground in high winds. Quaterly Journal Royal Meteorological society, London, 1961. - Vol. 87. -p.194-211.

78. Davenport A.G. The response of slender, line like structures to a gusty wind. Proc Inst. Civ. Eng. 1962.

79. Davenport A.G. The buffeting of large superficial structures by a atmospheric turbulence. Annals of New York Academy of Sciences. Vol. 116, Art. 1. June, 1964.

80. Davenport A.G. Gust loading factors. // J. of the structural division Proceedings of the American Society of Civil Engineers. June, 1967. - Vol.93.

81. Davenport A.G. The dependence of wind loads on meteorological parameters. Proc. Of a Symp. On wind effects on wind effects on buildings and structures, Ottawa, 1967. - Vol.1.- p.20-82.

82. Davies P.O.A.L., Jule A.J. Coherent structures in turbulence. J. Fluid Mech. 1975. Vol.69, p. 513-537.

83. Deacon E.L. The cross-wind scale of turbulence in strong winds. Proc. ICWE, 1971. p. 169-170.

84. Diederish Franklin W. The dynamic response of a large airplane to continuous random atmospheric disturbances. Journal of Aeronautical sciences. Vol23, №10, Oct. 1956.

85. Korenev B.G., Malov V.Y., Roitstein M.M., Shulman Z.A. Effeciency of Dynamic vibration dampers at reconstruction of TV tower // 17 th Meeting of IASS Working group №4 on Masts and Towers, Wichester, September, 1995.

86. Ostroumov B.V., Morozov E.P. New 360m high television tower structure in Alma-Ata. IABSE structures, Zurich, 1978. № 4. - p. 20.

87. McDonald A.J. Wind loading on Buildings. London, 1975.

88. Polska norma PN 77/B - 02011. Obciqseme wiatrem. - Warszawa, 1979, 37.

89. Rusheweych H Wind Loadings on the Television Tower, Hamburg, Germany. Journal of Industrial Aerodynamics, 1,1976,315-333.

90. Shneider F.X., Wittman F.H. Results of wind and vibration measurements at the Munich television tower. Journal of Industrial Aerodynamics, 1,1976,279-296.

91. Singer, Irving A. Wind gust spectra. Annals, New York Academy of Sciences, Vol. 116, June, 1964.

92. Vellozzi J. and Cohen E. Gust response factors. Journal of the Sructural Division. Proceedings of the American Society of Civil Engineers, 1968, Vol.94, №ST6, p. 1295- 1313.

93. American National Standard. Building Code Requirements for Minimum Design Loads in Buildings and other Structures. ANSI A58.1 1972.

94. Berman S. Estimating the longitudinal Wind Spectrum near the Ground. Qart. J. Roy. Met. Soc. Vol. 91, 1965.

95. Gramer H.E. Measurement of turbulence Structure Near Ground Within the Freqency Range from 0.5 to 0.01 Cycles sec"1. Advances in Geophysics. Academic Press, New York, 1959.

96. Van der Hoven J. Power Spectrum of Horizontal Wind Speed in Frequency Range from 0.0007 to 9000 cycles per Hour. J. of the Met., V. 14, 1957.

97. Vickery B.J. Clark A.W. Lift or Across Wind Response of Tapered Stacks. J. of Structural Division Proc. ASCE, Jan. 1972.v