Понятие об измерении вибраций

Изучение колебаний, как и других задач строительной механики, должно базироваться на результатах эксперимента. Приведенные ранее как точные, так и приближенные методы расчета конструкций не будут представлять никакого практического интереса, если они не подтверждаются экспериментом. Поэтому при изучении основ динамики необходимо иметь представление об измерении вибраций.

Приборы для измерения характеристик колебаний называются вибрографами. Одними из первых вибрографов были механические, например виброграф Гейгера. Примерная схема такого вибрографа изображена на рис. 8.11. При использовании таких вибрографов основная задача заключается в создании точки отсчета. На рис. 8.11 показана схема со встроенной сейсмомассой. Жесткость крепления сейсмомассы г_с подбирается такой, чтобы в диапазоне предполагаемых измерений при колебании корпуса вибрографа вместе с конструкцией сейсмомасса оставалась неподвижной, что и создает точку отсчета.

Изложим теорию вибрографа без учета рассеивания энергии. Обозначим перемещения сейсмомассы через y (t).

Рис. 8.11. Схема механического вибрографа со встроенной сейсмомассой:

1 — объект, вертикальные колебания которого измеряются; 2 — корпус вибрографа; 3 — сейсмомасса; 4 — лента на валике, который колеблется вместе с конструкцией и поворачивается с определенной скоростью; 5 — карандаш.

Запишем уравнение колебания массы М:

Разделим уравнение на массу М:

где со = J——собственная частота сейсмомассы. Объект подвергнут гар;

V М

моническому воздействию г/₀(О = a sinco₀?. Вынужденные колебания массы М также будут гармоническими: y (t) = a_csinco₀?. Подставим эти перемещения в уравнение (8.6), сократим на общий множитель sin со/ и в результате получим -а_си>1 + соа_с = czcoq. Отсюда после элементарных преобразований будем иметь выражение для амплитуды массы М:

Из выражения (8.7) очевидно, что, для того чтобы виброграф работал достаточно достоверно, частота собственных колебаний массы М должна быть намного меньше частоты вынуждающих колебаний, т. е. со₍. со₀.

Для менее совершенных вибрографов сейсмомасса может быть выносной. Но ее пружина подбирается на тех же условиях, что и выше. Точка отсчета должна быть неподвижной при колебаниях основания. Более совершенны оптические приборы с выносными датчиками, число которых может варьироваться. Такие вибрографы позволяют измерять одновременно как вертикальные, так и горизонтальные колебания в двух направлениях, к тому же в различных точках.

Запись на ленте, например, при определении частот свободных колебаний, схематично представлена на рис. 8.12.

С помощью масштаба длин находится значение амплитуды колебаний, а сравнение виброграммы и марки времени дает частоту колебаний. Сравнение смежных амплитуд на виброграмме позволяет вычислить логарифмический декремент колебаний а.

Кроме вибрографов, имеются акселерографы, которые записывают акселерограммы, т. е. графики изменения во времени ускорений массы. Последние повсеместно используются для записи ускорений при землетрясении. Как.

Рис. 8.12. Ориентировочная схема виброграммы:

1 — виброграмма в масштабе длин (показаны затухающие колебания после выведения конструкции из состояния равновесия); 2 — марка времени в масштабе количества колебаний в единицу времени теоретические, так и экспериментальные разделы динамики сооружений развиваются весьма интенсивно. К настоящему времени имеются вибрационные стенды, позволяющие производить вибрирование (с задаваемым значением частот и амплитуд) реальных конструкций, причем в различных направлениях. Для измерения характеристик колебаний сложных конструкций типа мостов созданы специальные комплексы, имеющие до тысячи и более датчиков, которые одновременно передают информацию из различных точек на компьютер, обрабатывающий эту информацию по специальным программам.

В заключение отметим, что вибрация в ряде случаев оказывается и полезной, правда, в основном в области производства работ. Весьма эффективным является погружение свай с помощью вибромашины с двумя дисбалансами. Такое погружение особенно безопасно при строительстве около существующих зданий, поскольку оно меньше влияет на их осадку, чем забивка свай молотом. Вторым примером может служить вибрация при укладке бетона с целью его уплотнения. Такое вибрирование повсеместно используется на современных заводах по изготовлению строительных конструкций, а также и па стройках при монолитном возведении зданий из железобетона. На заводах бетонных изделий вибрирование используется не только для укладки, по и для сортировки заполнителей бетона.

Имеются и другие примеры полезного влияния вибрации, по они уже выходят за рамки настоящего издания.

Контрольные вопросы

• 1. Какое состояние конструкции называется отказом?
• 2. Какова цель виброзащиты?
• 3. Чем опасны вибрации для человека?
• 4. При каком ускорении человек чувствует болезненные ощущения?
• 5. Что такое децибелы, где они применяются и какова их связь с физическими величинами?
• 6. Какие мероприятия реализуют для уменьшения вибраций при проектировании и реконструкции зданий?
• 7. Какова цель виброизоляции и как она осуществляется?
• 8. Как устроен динамический гаситель колебаний?
• 9. Что происходит с колебаниями системы при реализации динамического гасителя колебаний?
• 10. При каких условиях имеет место наибольший эффект динамического гасителя колебаний?
• 11. Как работает виброграф?