Исследования динамических воздействий на перекрытия пешеходного перехода при проезде транспорта

Внедрение: 2011 г.

При современной интенсивности транспортного потока в крупных городах необходимо оценивать уровень колебаний, генерируемых при проезде автотранспорта, во время проведения комплексного обследования состояния пешеходных переходов, а также величину изгибных напряжений в плитах перекрытий. Группой специалистов из Ростовского государственного строительного университета предложена методика исследования уровня динамических воздействий, которая была применена при комплексном обследовании ряда переходов города Ростова-на-Дону [1].

В рамках предложенной методики оценивается уровень напряжений в перекрытиях при проезде грузового автомобильного транспорта на различных скоростях, предлагается метод оценки уровня воздействия от произвольного транспортного средства с использованием сигналов, зарегистрированных при проезде эталонных автомобилей. На основе анализа спектра сигналов, полученных при фоновых и ударных воздействиях, определяется частота собственных изгибных колебаний перекрытия. При сравнении по отклонению полученной частоты от расчетной, оценивается состояние перекрытия.

В ходе исследований для регистрации ускорений колебаний использовался виброизмерительный 12‑ти канальный прибор ВК‑12. Прибор разработан и реализован на базе модуля Е14‑440 и предназначен для приема, усиления и преобразования механических колебаний отклика элементов сооружения при динамических воздействиях, в том числе на уровне шумов (микросейсмические колебания) и передачи сигналов в цифровом виде для дальнейшей обработки.

При проведении экспериментальных исследований датчики акселерометры закреплялись в центре перекрытий с помощью анкерных соединений. Данный вид закрепления обеспечивает наилучшее согласование датчика и перекрытия. В ходе проведения экспериментов исследовался уровень скоростей колебаний от следующих источников:

• проезд автомобиля «КамАЗ» массой 20,5 т со скоростью 30 км/ч; 
• проезд автомобиля «КамАЗ» массой 20,5 т со скоростью 50 км/ч; 
• ударное воздействие на перекрытие; 
• фоновое воздействие.

Программы для обработки сигналов используют быстрые преобразования Фурье. Для более корректного результата для каждой серии замеров проводится корреляционный анализ с последующим осреднением и сглаживанием результатов.

Для экспериментального определения частоты собственных изгибных колебаний балки использовались результаты регистрации ускорений колебаний при ударном воздействии.

Для изучения напряженно-деформированного состояния была разработана трехмерная модель перекрытия, в соответствии с проектом пешеходного перехода. Общий вид модели представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Трехмерная конечно-элементная модель перекрытия (разрез по центральным линиям).
        
Расчет проводился в частотной области, используя метод гармонического анализа. В статье описаны результаты обработки зарегистрированных колебаний перекрытий подземного перехода на пересечении улицы Большая Садовая и переулка Нахичеванский (г. Ростова-на-Дону), рисунок 4.

Рисунок 2. Спектр отклика перекрытия на ударное воздействие (слева); рассчитанный спектр перекрытия (справа).

Рисунок 3. Амплитудно-временная характеристика скоростей колебаний, проезд автомобиля «КамАЗ» со скоростью 50 км/ч (слева); амплитудно-частотная характеристика скоростей колебаний, проезд автомобиля «КамАЗ» со скоростью 50 км/ч (справа).

Выводы в результате проведенных исследований: 

• максимальные динамические напряжения от воздействия отдельных единиц проезжающего автотранспорта не превышают 80 кПа;
• максимальная скорость колебаний перекрытия от воздействия отдельных единиц проезжающего автотранспорта не превысила 2,2 мм/с;
• при существующих скоростных режимах наибольшие динамические напряжения при воздействии потока машин не будут превышать 0,1 МПа;
• частотный спектр воздействия от проезжающего автотранспорта находится в пределах 1‑60 Гц;
• собственная частота изгибных колебаний перекрытия составляет около 37 Гц;
• собственная частота перекрытий находится в диапазоне частот, возбуждаемых в перекрытиях при проезде автомобильного транспорта. Вследствие этого наблюдается резонанс перекрытий при проезде автотранспорта.

Рекомендации на основании проведённых исследований:

• динамические напряжения в перекрытиях достаточно высоки; для их снижения необходимо провести капитальный ремонт и усиление элементов конструкций;
• проезд груженой техники над переходом опасен;
• частотный диапазон при проезде автотранспорта значительно шире, чем в больших переходах. Это приводит к появлению резонансных явлений, росту амплитуд колебаний и может быть связано с менее глубоким залеганием перехода.

Рисунок 4. Скриншот: "Google Карты"  – г. Ростов-на-Дону, подземный переход на пересечении улицы Большая Садовая и переулка Нахичеванский (дата обращения: 20.10.2018).

Авторы отмечают, что предложенная методика без ограничений может быть распространена на другие виды воздействий, например, на динамические воздействия при проезде железнодорожного транспорта, а также на другие конструктивные элементы зданий и сооружений.

Источник:
Бескопыльный А.Н., Кадомцев М.И., Ляпин А.А. Методика исследования динамических воздействий на перекрытия пешеходного перехода при проезде транспорта: [Электронный ресурс] // Инженерный вестник Дона. – 2011. – № 4. URL: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2011/702. (Дата обращения: 20.10.2018).

Разработчик: Бескопыльный А.Н., Кадомцев М.И., Ляпин А.А. (Ростовский государственный строительный университет, г. Ростов-на-Дону)