Оценка эффективности применения горизонтальных инерционных барьеров для снижения вибраций, распространяющихся в грунтовой среде

В статье приводятся расчеты колебаний грунтового массива при размещении на пути их распространения горизонтального инерционного барьера в виде прямоугольной бетонной плиты, заглубленной в грунт. Эффект демпфирования поверхностной волны при ее контакте с инерционной плитой связан с ее отражением, преломлением и частичным поглощением. Теоретические исследования проводили при помощи метода конечных элементов. Грунтовая среда рассматривалась как упругий инерционный массив, ограниченный неотражающими границами. Смоделированы различные варианты геометрии инерционной плиты и ее пространственного расположения на поверхности грунтовой среды между источником колебаний и рассматриваемой точкой за барьером. Эффективность каждого варианта виброизоляции количественно оценивали по величине, показывающей, во сколько раз уменьшается скорость вертикальных колебаний грунта за барьером по сравнению со свободным распространением поверхностных волн. Показано, что интенсивное снижение вертикальных перемещений происходит, начиная с боковой грани инерционной плиты. Здесь амплитуда вертикальных колебаний уменьшается в 9,8 раза для бетонной плиты длиной 15 м и в 4,2 раза для 3-метровой плиты. На расстоянии 22 м от точки приложения динамической нагрузки амплитуды уменьшаются в 5,48 и 2,95 раза соответственно для плит шириной 15 и 3 м. Данный способ снижения вибродинамических воздействий обладает простотой конструктивного исполнения и может быть использован в стесненных условиях городской застройки для защиты существующих и проектируемых зданий и сооружений. 

1. Кудрявцев, И. А. Влияние вибрации на основания и сооружения / И. А. Кудрявцев. Гомель: БелГУТ, 1999. 247 с.

2. Разработка способов повышения эксплуатационной надежности и долговечности конструкций зданий и сооружений при реконструкции и модернизации производства, сопровождающегося интенсивными вибродинамическими воздействиями: отчет о НИР (заключ.) / Белорусский национальный технический университет; рук. темы К. Э. Повколас. Минск, 2018. 82 с. № ГР 20160898.

3. Здания и сооружения. Оценка степени физического износа: ТКП 45-1.04-119–2008. Введ. 29.10.08. Минск: РУП «Стройтехнорм», 2009. 136 с.

4. Мангушев, Р. А. Оценка динамического воздействия от вибропогружения шпунтовых свай на здания окружающей застройки в условиях слабых водонасыщенных грунтов / Р. А. Мангушев, А. В. Гурский, В. М. По-лунин // Construction and Geotechnics. 2020. Т. 11, № 3. С. 102–116. https://doi.org/10.15593/2224-9826/2020.3.09.

5. Калюжнюк, М. М. Сваебойные работы при реконструкции (Влияние колебаний на здания и сооружения) / М. М. Калюжнюк, В. К. Рудь. Л.: Стройиздат, 1989. 160 с.

6. Основания и фундаменты зданий и сооружений. Фундаменты при вибродинамических воздействиях. Правила проектирования: ТКП 45-5.01-264–2012. Введ. 28.05.12. Минск: РУП «Стройтехнорм», 2012. 43 с.

7. Кузнецов, С. В. Горизонтальные сейсмические барьеры для защиты от сейсмических волн / С. В. Кузнецов, А. Э. Нафасов // Вестник МГСУ. 2010. Вып. 4. С. 131–134.

8. Chadwick, P. Foundations of the Theory of Surface Waves in Anisotropic Elastic Materials / P. Chadwick, G. D. Smith // Adv. Appl. Mech. 1977. Vol. 17. P. 303–376. https://doi.org/10.1016/s0065-2156(08)70223-0.

9. Нафасов, А. Э. Сейсмические барьеры, для защиты уникальных и исторических зданий и сооружений: автореф. дис. … к-та. техн. наук: 05.23.17 / А. Э. Нафасов; МГСУ. М., 2012. 20 с.

10. Берлинов, М. В. Основы комплексной оценки динамической работы строительных конструкций при вибрационных воздействиях промышленного оборудования: дис. … д-ра. техн. наук: 05.23.01 / М. В. Берлинов. М., 2005. 302 л.

11. Баркан, Д. Д. Динамика оснований и фундаментов / Д. Д. Баркан. Л.: Стройвоенмориздат, 1948. 459 с.

12. Сеймов, В. М. Колебания круглого штампа при сейсмических воздействиях / В. М. Сеймов, В. Д. Шевченко // Динамика оснований, фундаментов и подземных сооружений: Материалы 4-й Всесоюзн. конф. по динамике грунтов. Ташкент: Фан, 1977. С. 38–42.

13. Свинкин, М. П. Прогнозирование колебаний грунта при вибрациях фундаментов машин / М. П. Свинкин // Динамика сооружений. Киев: Будівельник, 1973. С. 34–37.

14. Таранов, В. Г. Методики экспериментального определения динамических характеристик основания фундаментов приемников колебаний / В. Г. Таранов // Динамика оснований, фундаментов и пожземных сооружений: Материалы 4-й Всесоюз. конф. по динамике грунтов. Ташкент: Фан, 1977. С. 125–128.

15. Томсон, О. И. Колебания каркасов промышленных зданий / О. И. Томсон // Колебания зданий и сооружений: сб. статей. М.: Госстройиздат, 1963. С. 56–71.