Файл: Шахназарян С.Х. Возведение зданий методом подъема этажей и перекрытий. Исследования, проектирование, строительство.pdf

Однако наличие в них проемов различных размеров су­ щественно усложняет их расчет на сейсмостойкость. В связи с этим были проведены экспериментальные ис­ следования динамических характеристик шахт 9- и 12этажных зданий в натуре (периоды и формы свободных колебаний, декременты затуханий и др.), а также стати­ ческие и динамические испытания шахт 9-, 12- и 16этажных зданий на моделях.

§18. И ССЛ ЕД О ВАН И Е

ШАХТ 9-ЭТАЖ НЫ Х ЗД А Н И И В НАТУРЕ И Н А М О Д ЕЛ Я Х

Объектом исследований являлись железобетонные шахты 9-этажных зданий № 3 и 4, возведенных по ул. Комитаса в Ереване. Цель исследований — определение расчетной схемы конструкций с учетом действительных динамических характеристик. Исследования были прове­ дены также на моделях шахт в основном с целью срав­ нительной оценки жесткостей шахт при наличии и отсут­ ствии в их стенах проемов. Вполне понятно, что этот воп­ рос не представлялось возможным решить на шахтах в натуре. Масштаб моделей шахт по отношению к ориги­ налу был принят равным 1:50.

1. Объект и методы исследований. Испытательная и измерительная аппаратура

Шахты зданий (рис. V.1) представляют собой моно­ литные железобетонные конструкции полого прямо­ угольного сечения с габаритными размерами 5,4X4,2 м и толщиной стен соответственно 20 и 25 см. Высота, отсчи­ танная от уровня их заделки в фундамент, для шахты здания № 3—32,9 м\ для здания № 4—35,6 м.

Шахты были возведены из тяжелого бетона марки 200 в переставной опалубке. Стены шахт со стороной 5,4 м глухие, а со стороной 4,2 м имеют проемы для окон и дверей. Фундаменты шахт в виде ребристой плиты об­ щей высотой 2,5 At выполнены из монолитного железобе­ тона марки 200. Основанием фундаментов шахт служат скальные грунты — коренные трещиноватые базальты, залегающие на глубине 3—6 м и имеющие мощность свыше 50 м.

167

Динамические характеристики шахт в натуре изуча­ лись в состоянии резонанса и при свободных колебаниях конструкции. Колебания возбуждались двумя различ­ ными способами (вибромашиной или мгновенным осво­

бождением шахты от усилий, приложенных к ее свобод­ ному концу).

Рис. Ѵ.1. Ж елезобетонн ая ш ахта в процессе строительства зд ани я . На переднем плане видны колонны здания

168

Модели шахт изготовляли монолитными. В качестве материала для изготовления моделей был выбран гипс, в основном потому, что он легко формуется, позволяет по­ лучить монолитные конструкции и сравнительно быстро приобретает прочность.

Геометрические размеры моделей шахт в поперечном сечении 84X108 мм, высота 715 мм.

Для проведения натурных динамических испыта­ ний была изготовлена специальная вибромашина типа В-1 по чертежам, разработанным ЦНИИЭП жилища [32], обеспечивающая получение колебаний необходи­ мой частоты (0,8—15 Г ц ). Регулирование оборотов вибРомашины в указанном диапазоне осуществлялось с по­ мощью четырехскоростного асинхронного электродвига­ теля типа АО-63-12-8-6-4, на каждой ступени которого при помощи вариатора производилось плавное измене­ ние оборотов эксцентрично расположенных грузов виб­ ратора. Вибромашина В-1 позволяла возбуждать гори­ зонтальную инерционную силу по синусоидальному за­ кону:

эксцентриков в 1 мин).

При испытании шахт вибромашину устанавливали на перекрытии машинного помещения лифта. Возбуждаю­ щая сила передавалась на шахту через перекрытие, при этом с целью устранения люфтов вибромашину жестко крепили к несущим элементам перекрытия. При измене­ нии частоты вибромашины, путем изменения числа обо­ ротов. шахта доводилась до резонансного состояния, ко­ торое, как известно, наступало тогда, когда частота воз­ будителя приближалась к частоте собственных колеба­ ний конструкций.

При проведении натурных динамических испытаний шахт помимо вибромашины был применен и другой, бо­ лее простой способ возбуждения свободных колебаний. Он заключался в мгновенном освобождении шахты от предварительно приложенной силы заданной величины, создаваемой натянутым стальным канатом. Один конец каната прикрепляли к свободному концу шахты (верх­

169

нему), а другой к лебедке. Между двумя отрезками ка­ ната устанавливали центрально растянутую стальную проволоку заданного диаметра, которая разрывалась при определенном усилии.

При исследовании колебаний шахт применяли элект­ родинамические датчики типа К001 с регистрацией пока­ зании светолучевым осциллографом Н-700. До начала динамических исследований производилась тарировка измерительной аппаратуры с помощью вибростепда с электромагнитным приводом [61]. Тарировку проводили в диапазоне.частот 1—60 Гц. Необходимые низкочастот­ ные токи для возбуждения впбростенда создавались мо­ дуляцией колебаний от двух генераторов типа ГЗ-2 путем биения.

Резонансное состояние создавалось при частоте коле­ баний возбудителя, близкой к частоте свободных коле­ баний вибростола. Амплитуда колебаний регулировалась изменением степени модуляции, при этом фактические значения амплитуд колебания (смещения) вибростенда определялись с помощью контрольного датчика, показа­ ния которого регистрировались одновременно с показа­ ниями тарируемой измерительной аппаратуры.

Измерительная аппаратура, примененная при изуче­ нии шахт в натуре, естественно, не могла быть использо­ вана при испытании моделей. Для исследования моделей была использована специальная аппаратура. Схема ис­ пытания моделей шахт на изгиб и кручение показана на рис. Ѵ.2. Испытания проводили при статическом и дина­ мическом воздействии нагрузок. При статических испы­ таниях нагрузку увеличивали плавно двумя ступенями. При динамических испытаниях нагрузку передавали на модель мгновенно путем разрыва нитей с грузами.

При статических испытаниях для измерения горизон­ тальных перемещений моделей были применены микро­ метры. Отказ от индикаторов, обычно применяемых при статических испытаниях, был обусловлен тем, что при выбранном масштабе моделей (1:50) реакция пружины индикатора на модель порядка 150 гс была соизмерима с действующей нагрузкой при статических испытаниях.

Для динамических испытаний моделей, имея в виду их сравнительно малую массу, были изготовлены специ­ альные индукционные датчики (датчики скорости) облег­ ченной массы. При колебаниях модели сердечник с об­ моткой совершал колебательное движение в зазоре меж-

170

1 — вибромашина; 2 — внбродатчикн

ду стаканом п магнитом, что приводило к возникновению переменного тока в обмотке с частотой колебаний моде­ ли. Изготовленный датчик позволил производить измере­ ния перемещений до 1,5 мм при использовании гальва­ нометров типа М00І-2.

На пленку при тарировке записывались колебания датчика и вибростенда. Скорость колебаний вибростенда определялась по следующей формуле:

Зная скорость колебаний вибростенда Уст и измерен­ ную амплитуду колебаний датчика Уд, можно определить чувствительность датчика по формуле

Перемещения модели, замеренные датчиками, опре­ делялись по формуле

я _ КѵѴ

2л/і

где V — амплитуда колебаний модели; /у— частота колебаний модели.

2. Динамические испытания шахт в натуре

Шахта здания Хв4. Испытания железобетонных шахт проводили в период, когда были смонтированы марши лестничных клеток и завершено бетонирование перекры­ тия машинного помещения лифта. При этом лифты в шахтах, а также покрытие шахт отсутствовали. -

Динамические испытания шахты проводились резо­ нансным методом, который достигался соответствующим изменением числа оборотов вибромашины, а также воз­ буждением затухающих свободных колебаний. При ис­ пытании резонансным методом колебания возбуждались в двух взаимно перпендикулярных направлениях шахты, соответствующих плоскости наибольшей и наименьшей жесткости шахты при изгибе. Вибродатчики для регист­ рации амплитуды колебаний шахты устанавливали таким образом, чтобы иметь возможность определять периоды и формы горизонтальных колебаний в обоих направле­ ниях. Для укрепления вибродатчиков к стенам шахты были закреплены специальные подставки. Схема рас­ становки вибродатчиков при действии силы в направле­ нии оси X показана на рис. Ѵ.З. При испытаниях в на­ правлении оси У вибродатчики поворачивали на 90°. Ко­ лебания шахты по всем установленным вибродатчикам записывали одновременно на двух осциллографах, рабо­ та которых была синхронизирована. Для определения периода колебаний на пленке фиксировалась отметка вре­ мени с частотой 10 Гц, которая дополнительно контроли­ ровалась при записи частоты 50 Гц от сети переменного тока. На пленку помимо записи колебаний отдельных точек шахты записывались также обороты вибратора. Запись оборотов осуществлялась с помощью специаль­ ного датчика, связанного с валом вибратора. Испытания начинали с установки на вибромашине минимальных эк­ сцентриковых грузов и визуально по экрану осциллогра-

172