Исследование системы с включающимися связями и динамическим гасителем

Экспериментальное исследование системы с включающимися связями и динамическим гасителем колебаний на сейсмоплатформе.

На сейсмоплатформе ЦНИИСК им. Кучеренко были проведены вибрационные испытания модели одноэтажного каркасного здания с включающимися связями и динамическим гасителем колебаний [74]. Размер модели в плане 162x60 см, высота 102 см (рис. 6.16).

Каркасная часть модели была выполнена в виде четырех железобетонных колонн сечением 7x7 и высотой 100 см, жестко прикрепленных к основанию сейсмоплатформы. Между колоннами размещены вертикальные диафрагмы жесткости, выполненные в виде стальных рам. Перекрытия стальные,'коробчатого типа. К диафрагмам жесткости приварены детали включающихся связей, конструкция которых позволяла легко подбирать требуемые зазоры с помощью ввинчивающихся опорных болтов.

Перед динамическими испытаниями на сейсмоплатформе были проведены статические испытания модели. Зависимость "нагрузка-перемещение", построенная по результатам испытаний приведена на рис. 6.17.

На перекрытии модели и на сейсмоплатформе были установлены датчики для записи перемещений и ускорений. Период собственных колебаний каркасной части системы, определенный по записи затухающих колебаний модели после удара оказался равным 0,179 с, а среднее значение логарифмического декремента колебаний составило 0,11.

Для проведения данного эксперимента была применена конструкция динамического гасителя, аналогичная описанной в главе 5. Масса тележки гасителя с грузом и датчиком перемещений при проведении эксперимента была равна 31 кг, что составило 4,13% массы перекрытия модели, массы пригруза и массы приборов, установленных на перекрытии.


Так как мгновенная частота собственных колебаний основной системы зависит от ее амплитуды колебаний и меняется в пределах от р0 (при 0 < А ≤ 0,7 мм) до р₂ (при А → ∞), то и оптимальная настройка гасителя оказывается величиной, зависящей от амплитуды. Было принято, что гаситель настраивается на промежуточную частоту системы p₁ определяемую как для линейной системы с коэффициентом жесткости k₁ при включенных промежуточных связях. Собственная частота модели гасителя, определенная в режиме свободных колебаний, составила 7,52 Гц, что соответствует настройке гасителя — 1,35, близкой к оптимальной, полученной при расчете системы по записи Газлийского землетрясения в предыдущем пункте.

Среднее значение логарифмического декремента колебаний гасителя при изменении амплитуды свободных колебаний от 2 до 7 мм оказалось равным 0,587, что соответствует затухание в гасителе 9,4% критического.

Испытания модели с гасителем на сейсмоплатформе в режиме вынужденных колебаний проводились в следующей последовательности. Сначала была установлена частота колебаний сейсмоплатформы меньшая, чем частота собственных колебаний модели. Затем частота колебания сейсмоплатформы.ступенчато увеличивалась. При приближении ее к собственной частоте каркасной части модели происходило включение связей модели и начиналась раскачка гасителя. Моменты включения связей хорошо видны на записи ускорений модели (рис. 6.18, а). После выхода модели из резонансных колебаний (рис. 6.18, б) частота колебаний платформы изменялась в обратном направлении.

На следующем этапе испытаний амплитуда колебаний платформы была увеличена в. 1,5 раза и опыты были повторены в той же последовательности, что и на первом этапе.


После окончания испытаний модели с гасителем последний был демонтирован. Как показали записи свободных колебаний модели, период ее собственных колебаний в результате испытаний практически не изменился, что указывает на отсутствие повреждений в сечениях колонн модели.

На следующем этапе модель испытывалась без гасителя. Амплитуда колебаний сейсмоплатформы была установлена примерно такой же, как и при испытаниях модели с гасителем. Изменение частоты колебаний платформы производилось в той же последовательности, что и ранее. После окончания испытаний были записаны свободные колебания модели. Было установлено, что жесткость железобетонного каркаса уменьшилась в процессе испытаний на 32%.

На рис. 6.19 приведены амплитудно-частотные характеристики модели с гасителем (а, б) и без него (в), построенные по результатам испытаний. Максимальные значения полного смещения модели с гасителем при первом и втором этапах испытаний были соответственно 1,08 и 1,3 мм. В то же время максимальное полное смещение модели без гасителя оказалось равным 2,7 мм, что больше в 2,5 раза соответствующего перемещения модели с гасителем. Максимальные значения полного ускорения модели с гасителем при первом и втором этапах испытаний были соответственно равны 311 и 458 см/с². Для модели без гасителя максимальное ускорение имело величину 3906 см/с², что было больше в 12,6 раза соответствующего ускорения модели с гасителем.

Таким образом, проведенные на сейсмоплатформе испытания модели одноэтажного каркасного здания с включающимися связями и динамическим гасителем колебаний показали, что в случае прохождения модели через резонанс гаситель значительно снижает максимальные перемещения и ускорения основной несущей конструкции.