Исследования взаимодействия сооружения и динамического гасителя колебаний

Экспериментальные исследования взаимодействия сооружения и динамического гасителя колебаний на сейсмоплатформе.

На сейсмоплатформе ЦНИИСК им. Кучеренко были проведены испытания двух моделей с динамическим гасителем колебаний. Первая из испытанных конструкций представляла модель одноэтажного каркасного здания (рис. 5.20), а вторая — модель девятиэтажного объемно-блочного здания (рис. 5.21)¹.

Для проведения данных испытаний была запроектирована конструкция динамического гасителя колебаний, который представлял собой тележку, масса которой с помощью съемных грузов может ступенчато меняться. Тележка может перемещаться на колесах по рельсам внутри металлического короба и соединяться с бортами короба через две сменные пружины, заменяя которые можно регулировать частоту колебаний гасителя. К раме тележки приварены дополнительные лопатки, позволяющие увеличивать вязкое сопротивление жидкости, заливаемой в короб для создания расчетного затухания в гасителе. Величина затухания гасителя зависит как от типа заливаемой жидкости, так и от числа и вида лопаток, присоединенных к тележке гасителя. Для регистрации перемещений тележки на нее устанавливается датчик ВВП.

Испытание модели одноэтажного каркасного здания с гасителем было предназначено для проверки работоспособности данной конструкции динамического гасителя колебания, а также для получения экспериментальных амплитудно-частотных характеристик системы с гасителем в процессе накопления повреждений в основной системе.

Модель представляла собой четыре железобетонные колонны сечением 7x7 и высотой 100 см, жестко прикреплённые к основанию сейсмоплатформы. Колонны были объединены стальным перекрытием коробчатого типа размером 162x60 см, в которое был уложен дополнительный пригруз. На перекрытии модели и на сейсмоплатформе были установлены датчики для записи перемещений и ускорений. Период собственных колебаний модели, определенный по записи затухающих колебаний модели после удара, оказался равным 0,225 с, а среднее значение логарифмического декремента колебаний составило 0,12.

Масса тележки гасителя с грузом и датчиком перемещений была равна 38,6 кг, что соответствует относительной массе гасителя 0,0522. Собственная частота гасителя определялась в режиме свободных колебаний и составила 4,35 Гц. В качестве вязкой жидкости в гасителе применен нигрол, что позволило получить затухание в гасителе, соответствующее 15% критического.

Перед испытаниями модели в режиме вынужденных колебаний были записаны свободные затухающие колебания модели с гасителем и без него. Логарифмический декремент колебаний модели с гасителем, определенный по этим записям, оказался в 4,5 раза большим, чем соответствующий декремент колебаний модели без гасителя.

Испытания модели с гасителем и без него проводилось в несколько этапов при разном уровне амплитуд колебания сейсмоплатформы и с изменением ее частоты.

В процессе испытаний модели происходило накопление повреждений в опорной части колонн, что приводило к изменению динамических параметров модели. В результате этого происходило изменение настройки гасителя, что приводило к изменению эффективности гасителя. В целом за время испытания коэффициент эффективности гасителя колебаний принимал значение не менее трех.

При испытании девятиэтажной модели, кроме описанного выше гасителя с вязким трением, применялся гаситель, в котором вместо колес были установлены фторопластовые полозья. Такая конструкция моделировала гаситель с сухим трением. В этом случае в короб гасителя вязкая жидкость не заливалась.

Масса тележки гасителя с грузом и датчиком ВВП была равна 118,7 кг в случае гасителя с вязким трением и 82 кг в случае гасителя с сухим трением, что по отношению к приведенной массе модели здания составило соответственно 2,6 и 1,8%.

Собственная частота гасителя, определенная в режиме свободных колебаний, составила 3,5 Гц для первого гасителя и 4,1 Гц для второго.

Среднее значение логарифмического декремента колебаний гасителя с вязким трением составило 0,66. Среднее значение коэффициента сухого трения в гасителе с фторопластовыми полозьями составило 0,088.

На первом этапе испытывалась модель здания без гасителя в широком частотном диапазоне при незначительных амплитудах колебания сейсмоплатформы. В режиме резонансных колебаний модели амплитуда платформы составляла 0,25 мм.

На следующем этапе модель здания- испытывалась с динамическим гасителем колебаний, имеющим вязкое трение. Гаситель устанавливался на покрытие девятого этажа и закреплялся с помощью болтов. Амплитуда колебаний сейсмоплатформы была установлена примерно такой же, как и в случае испытания модели без гасителя.

На последнем этапе испытывалась модель здания с гасителем, имеющим сухое трение.

На рис. 5.22 приведены графики нормированных (относительно амплитуды колебания сейсмоплатформы) амплитуд перемещений девятого этажа модели здания в зависимости от частоты колебания сейсмоплатформы, построенные по результатам испытаний на трех этапах.

Из сопоставления графиков видно, что первый гаситель позволил снизить амплитуду девятого этажа модели в 1,65 раза, а второй гаситель, несмотря на меньшую массу, в 2,26 раза. Это объясняется тем, что второй гаситель имел-почти оптимальную Настройку, а первый гаситель соответственно далекую от оптимальной.

На рис. 5.23 приведены амплитудно-частотные характеристики (АЧХ), построенные по результатам расчета по (5.5) для системы, имеющей параметры, соответствующие экспериментальной модели здания и гасителя. Основные результаты эксперимента и расчета приведены в табл. 5.4.

Полученные в данном эксперименте результаты показывают, что для оценки эффективности динамического гасителя, установленного на многоэтажном здании (девять этажей), можно с достаточной для практических расчетов точностью пользоваться моделью системы с одной степенью свободы.

Примечания

1. Эта модель разработана и испытана В. А. Подгорным.