CC BY
36
УДК 624.002:389.064(0,76.5)
В.М. Анисимов
ВЛИЯНИЕ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ
ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ МЕТРО НА ОСНОВНЫЕ
НЕСУЩИЕ КОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЯ ЦИРКА
В уникальном здании Цирка на 3000 мест [5] спустя 16 лет после пуска в эксплуатацию в железобетонных балках были обнаружены особо густые системы наклонных трещин, о происхождении которых высказывались неоднозначные мнения. Наиболее объективным оказалось мнение о влиянии ударноволновым воздействием при наличии близко расположенного источника землетрясения или удара, при этом сооружение не успевало выхватить соответствующие волны для вступления резонансно- колебательную форму работы.
Вблизи здания Цирка [2] выполнялись работы по строительству подземных сооружений метрополитена глубокого заложения: вестибюль, камера съездов, эскалаторный тоннель станции «Геологическая». Они осуществлялись буровзрывным способом рыхления породы.
Как известно, горные породы в массиве до проведения в них подземных выработок находятся в естественном напряженно- деформированном состоянии равновесия, что было нарушено при проходке подземных сооружений метрополитена.
Для дальнейшего исследования [1] появления глубоких трещин в балках использовали разработанную и изготовленную в лаборатории горной геофизики ИГД УрО РАН компьюте-
ризированную портативную геоин-формационную систему. С использованием возможностей компьютера было получено техническое средство цифровой регистрации быстропроте-кающих процессов независимо от времени их появления; независимо от их масштаба, как по амплитуде, так и по длительности.
В течение года регистрировали изменения частоты вертикальной компоненты скорости, в том числе консолей балок Б-2, являющихся одними из основных элементов конструкции здания Цирка; место расположения датчиков см. на рис. 1.
Мониторинговые наблюдения позволили установить, что отмечаемые резкие изменения частоты колебаний от взрывного воздействия обусловлены влиянием параметров и особенностей каждого взрыва, т.к. низкочастотная часть (соответствующая собственной частоте балки) остается в пределах 6-10 герц. Отмечены гораздо более важные следующие обстоятельства, вытекающие из анализа амплитудно-частотных спектров скоростей смещения и самих смещений, зарегистрированных от взрывных работ.
Вертикальная компонента скорости смещений балки Б-2 имеет богатый спектр частот скорости смещений в их низкочастотной (до 15 Гц) части. Компонента балки Б-2 почти в 1,5-2 раза меньше, чем эта же компонента
)&
//А
/ /
Рис. 1. Схема расположения вибродатчиков при замерах колебаний пола фойе на отм.+4.65м. от взрывов Ж»1,2,3:
1- место расположения вибродатчика, 2...9 - номера каналов. В - вертикальные колебания, Гв, Гп - горизонтальные колебания, соответственно, вдоль и поперёк здания. Пунктиром условно обозначены основные несущие балки Б-1, 2, 3, 4 расположенные выше перекрытия
на балке Б'-2, расположенной с другой стороны здания [4]. Для повышения достоверности полученных ре зультатов рассмотрим математиче скую модель данной конструкции.
Основное уравнение свободных колебаний систем в общем виде рис.
3. [1].
нечности.
Рис. 2. Амплитудно-частотный спектр скорости смещения элементов конструкции северо-западного сектора Цирка от взрывных работ
Уравнение (1) впервые было получено в астрономии. Характеристические числа в нём, представляющие собой квадраты периодов движения планет, измеряются весьма большими числами — веками. Поэтому уравнение (1) получило в литературе название векового уравнения [1].
С другой стороны, если при определении частот колебаний учитывать собственный вес сооружения, то число степеней свободы становится равным беско-так как систему с распреде-
(1)
Рис. 3. невесомая балка, находящаяся под действием сил инерции сосредоточенных масс т1 , т1 . . .*тп, приложенных в точках 1,2 . . .п
лённой массой можно рассматривать, как систему с бесконечно большим числом сосредоточенных масс; см. рис. 4.
Стоячие волны
Каждой собственной частоте колебаний соответствуют свои стоячие волны - см. рис. 4. Этот термин означает, что форма изогнутой оси при колебаниях, соответствующих каждой частоте, не зависит от времени.
В данном случае мы имеем статически неопределимую балку с двумя степенями свободы - рис. 5.
Вековое уравнение для нашего случая запишется в следующем виде:
где q — вес единицы длины балки; д
— ускорение силы тяжести.
13,2т,
-Л
ш
46,21т1
ш
46,21т,
ш
493т2
ш
-Л
= 0
Раскрывая детерминант, найдём
13,2т,
-Л
ш
46,212 тл т.
493т2
ш
'1'"2 = 0
-Л I-
Е2 J2
где X - длина волны; Ш1 -масса опорной части; ш2 -масса консольной части; Е - модуль упругости; Л -момент инерции.
Решив это уравнение относительно X, найдём X = 3,59км * сек X = 0,07км * сек
Соответственно найденным значениям
характеристических чисел определяем частоты собственных колебаний балки
Т
Ъ =ЛТ =
Ъ =
Л
і
3,59
0,07
= 0,52 Ги
= 3,78 Ги
Рис. 5. Балка Б-2
Таким образом, каждой из полученных частот колебаний соответствует своя форма колебаний. Первой частоте соответствует изгиб по двум полуволнам с точкой перегиба над средней опорой. Второй частоте отвечает изогнутая ось, симметричная относительно средней опоры (рис. 5).
В заключение отметим:
1. Полученные резуль-таты исследования подтверждают теоретические расчеты.
1. Прокофьев И.П., Смирнов А.Ф. Теория сооружений, Государственное транспортное железнодорожное издательство, Москва, 1948, 242 с.
2. Отчет по х/д «Инженерно-сейсмологические исследования состояния несущих конструкций здания цирка при его реконструкции (опорное кольцо, необследованные колонны, балки)»: ИГД УрО РАН. Науч. рук. Мухаметшин А. М. - Екатеринбург, 1998.
3. Отчет по х/д «Исследования по оценке сейсмической безопасности жилых зданий повышенной этажности в ближайшей части г. Нижний Тагил и сооружений на
2. Можно с уверен-ностью констатировать, что консольная Балка Б-2 является своеобразным маятником.
3. Установлено, что на урбанистических территориях можно выполнять горные работы взрывным способом с гарантией безопасности объектов социальной и промышленной инфраструктуры города.
4. Результаты исследования показывают, что балка Б-2 работает в режиме упругих деформаций.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
промплощадке шахты «Магнетитовая» от массовых и технологических взрывов в шахте ив главном карьере»: ИГД УрО РАН. Науч. рук. Мухаметшин А. М. - Екатеринбург, 2004.
4. Отчет «Обследование и оценка состояния основных несущих элементов здания Екатеринбургского государственного цирка»: ИГД УрО РАН. Науч. рук. Мухаметшин А.М. - Екатеринбург, 2005.
5. Скоробогатов С. М. Принцип информационной энтропии в механике разрушения инженерных сооружений и горных пластов. - Екатеринбург: УрГУПС. 420 с. с илл.
— Коротко об авторах-----------------------------------------------------
Анисимов Вячеслав Михайлович - заместитель начальника службы «Свердловские тепловые сети» ОАО «ТГК-9».
