Меры защиты от динамических воздействий

В результате изучения данной главы студент должен: знать

• • особенности вибрационного воздействия;
• • о представлении динамического воздействия в децибелах; уметь
• • рассчитывать виброизоляцию конструкций;
• • рассчитывать динамический гаситель колебаний; владеть
• • основами измерения колебаний конструкций;
• • спецификой измерения динамических колебаний.

Основные положения

Как уже отмечалось выше, наиболее опасной для сооружений является вибрационная нагрузка, поэтому далее будут рассмотрены меры в основном по нейтрализации этого воздействия. Причины, вызывающие необходимость принятия специальных мер, объясняются тем, что вибрационное воздействие в ряде случаев может привести к отрицательным эффектам, понижающим прочностные и эксплуатационные качества конструкции, причем не только при резонансе. Знакопеременные напряжения, возникающие при вибрационном воздействии, приводят к накоплению повреждений в материале в виде трещин и в итоге к разрушению. К не влияющим на состояние конструкции можно отнести лишь колебания, при которых ускорение не превышает 0,03g.

Кроме того, вибрационные воздействия, не вызывая разрушения объекта, могут приводить к нарушению их нормального функционирования. Например, вибрации оснований металлорежущих станков и другого технологического оборудования приводят к снижению точности и чистоты обработки и к другим нарушениям технологического процесса. Механические колебания также существенно влияют на точность показаний различных приборов, таких как электронный микроскоп, точные весы и т. п.

Нарушение функционирования объекта, не связанное с разрушением или с другими необратимыми изменениями, называется отказом.

Таким образом, механические воздействия могут вызвать как разрушения конструкции, так и отказы машин, приборов и аппаратов.

Способность конструкции не разрушаться при механических колебаниях называется вибропрочностыо, а способность нормально функционировать — виброустойчивостью.

Итак, цель виброзащиты строительных объектов — обеспечение их вибропрочности и виброустойчивости. Величины параметров допустимых значений частот и амплитуд при динамическом воздействии приводятся в нормативных документах.

В качестве примера приведем рекомендуемые нормами при проектировании строительных конструкций допустимые амплитуды виброперемещений при частоте 4 Гц:

• 1) в помещении с вибрационными машинами — 0,25−10 ^Зм;
• 2) производственных помещениях без вибрационных машин — 0,1 • 10 ^Зм;
• 3) помещениях для работников умственного труда — 0,0354−10 ^Зм.

При больших частотах рекомендуемые амплитуды будут еще меньше.

Особенностью вибрационного воздействия является также тот факт, что оно отрицательно влияет и на людей, находящихся вблизи источника вибрации или в непосредственном контакте с ним. Длительное воздействие вибрации нарушает нормальное состояние человека, влияет на его производственную деятельность, а главное, на его здоровье. Стойкие вредные физиологические изменения называются вибрационной болезнью. К симптомам этой болезни относятся головная боль, онемение пальцев рук, боли в кистях рук и предплечье, возникновение судорог, появление бессонницы и т. п.

Допустимые для человека динамические воздействия регламентируются санитарными нормами. Нормы учитывают особенности рабочей позы и способы передачи вибраций телу человека. Болезненные ощущения от вибрации проявляются уже при ускорениях, составляющих 5% от ускорения силы тяжести, т. е. при у = 0,5 м/с². Чувствительность к вибрациям зависит как от амплитуд, так и от частот. При больших частотах амплитуды существенно ограничиваются нормами. Особенно вредны вибрации с частотами, близкими к частотам собственных колебаний частей тела человека, большинство которых находится в области 6—30 Гц [17]. Например, резонансные частоты частей тела следующие (в герцах):

• • глаза — 12—27;
• • грудная клетка — 2—12;
• • ноги, руки — 2—8;
• • голова — 8—27;
• • живот — 4—12.

Иногда характеристики вибрационного воздействия, а главным образом шума, оцениваются в децибелах. Децибел — не физическая, а математическая безразмерная величина, представляющая собой логарифм отношения двух независимых одноименных величин:

где Д — измеряемый параметр вибрации; Д₀— начальное (пороговое) значение измеряемого параметра.

Например, пороговое значение колебательной скорости v₀ = 5- 10^_8м/с. Зависимость между скоростью в метрах в секунду и децибелах определяется соотношением.

В децибелах установлены нормативные уровни вибрации в жилых помещениях [17]. Так, для среднегеометрической частоты октавной полосы в 8 Гц (которая близка к частоте воздействия автомобильного транспорта) уровень вибросмещения — 109 дБ, виброскорости — 67 дБ, виброускорения — 25 дБ. Децибелы по существующим таблицам [21] можно перевести в физические величины и наоборот. Децибелы введены специально для измерения шума из-за его широкого диапазона в единицах измерения в системе СИ. Интенсивность звука при измерении его в Вт/м² изменяется от 10 ¹² до 10⁸, что неудобно для практического использования.

В децибелах эти пределы изменяются от 0 до 200.

В основном существует три направления борьбы с вибрациями:

• 1) снижение уровня вибраций в источнике;
• 2) снижения уровня воздействия на пути к объекту;
• 3) изменение свойств объекта с целью уменьшения восприимчивости к вибрациям.

Первый пункт относится к области машиностроения. Некоторые мероприятия по второму и третьему пунктам приводятся ниже. При решении задач виброзащиты учитывается ширина полосы механического воздействия. Расчетная схема защищаемого объекта выбирается так, чтобы были учтены собственные частоты, попадающие в полосу спектра воздействия.