REDUKCJA DRGAŃ KONSTRUKCJI BUDOWLANYCH WPROWADZENIE

  • Published on
    05-Mar-2016

  • View
    215

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

? Kiedy redukcja drga jest potrzebna ? Budynki, w tym budynki wysokie (1)Zauwaa si sta tendencj do projektowania i budowania budynkwwyszych, lejszych, wykonanych z materiaw o wikszejwytrzymaoci i optymalnie zaprojektowanych.Konstrukcje te s rwnoczenie bardziej wiotkie i wobec tegobardziej podatne na dziaanie obcie dynamicznych. Zbyt dueamplitudy drga mog z kolei utrudnia lub niekiedy uniemoliwiaprawidow eksploatacj budynku.

Transcript

<ul><li><p>WYKAD OBIERALNY - rok akademicki 2002/03 </p><p> 1</p><p>REDUKCJA DRGA KONSTRUKCJI BUDOWLANYCH </p><p>WPROWADZENIE </p><p> Roman Lewandowski </p><p> Wstp </p><p> Pasywne eliminatory drga </p><p> Aktywne eliminatory drga </p><p> Paktywne eliminatory drga </p><p> Zastosowania w budownictwie </p><p> Przykadowe rozwizania techniczne </p><p> Modele matematyczne </p><p> Efektywno eliminatorw drga </p><p> Zalety i wady eliminatorw drga </p></li><li><p>WYKAD OBIERALNY - rok akademicki 2002/03 </p><p> 2</p><p> Wstp (1) </p><p> Kiedy redukcja drga jest potrzebna ? Budynki, w tym budynki wysokie (1) </p><p> Zauwaa si sta tendencj do projektowania i budowania bu-dynkw wyszych, lejszych, wykonanych z materiaw o wik-szej wytrzymaoci i optymalnie zaprojektowanych. Konstrukcje te s rwnoczenie bardziej wiotkie i wobec tego bardziej podatne na dziaanie obcie dynamicznych. Zbyt due amplitudy drga mog z kolei utrudnia lub niekiedy uniemoli-wia prawidow eksploatacj budynku. Zbyt due przyspieszenia i przemieszczenia konstrukcji s od-czuwane przez ludzi jako nuce, le wpywaj na ich samopo-czucie i wywouj uczucie zagroenia (pomimo, e nie ma za-groenia dla bezpiecznej pracy konstrukcji). Zmniejszenie drga budynku moe by konieczne ze wzgldu na prawidowe dziaanie (precyzyjnych) urzdze znajdujcych si w budynku. W przypadku budynkw naraonych na obcienia sejsmiczne redukcja drga moe by konieczna ze wzgldw wytrzymao-ciowych. Bez dodatkowych zabezpiecze zmniejszajcych siy wewntrzne wywoane wstrzsami sejsmicznymi konstrukcje ulegyby zniszczeniu lub powanemu uszkodzeniu. </p></li><li><p>WYKAD OBIERALNY - rok akademicki 2002/03 </p><p> 3</p><p> Wstp (2) </p><p> Kiedy redukcja drga jest potrzebna ? Budynki, w tym budynki wysokie (2) </p><p> Potrzeba redukcji drga moe dotyczy rwnie budynkw po-sadowionych na terenach grniczych. W wyniku kontrolowa-nych lub niekontrolowanych zawaw w kopalniach w gruncie powstaj fale (tzw. fale parasejsmiczne). Fale te po dotarciu do powierzchni ziemi s przyczyn drga budynkw. Drgania podoa gruntowego wywoane ruchem pojazdw lub pocigw (kolei, metro) mog by przyczyn drga budynkw. Drgania te mog by uciliwe dla mieszkacw lub uytkowni-kw budynku, a z czasem mog one powodowa rnego typu uszkodzenia budynku. Zasadniczymi obcieniami dynamicznymi budynkw wysokich mog by: a) siy wywoane trzsieniami ziemi, b) siy wywoane silnymi, huraganowymi wiatrami, c) obcienia parasejsmiczne, d) obcienia komunikacyjne, e) niekiedy siy zwizane ze specyficznym sposobem uytkowa-</p><p>nia budynku (np. rytmiczny ruch ludzi w sali aerobiku) Platformy wiertnicze </p><p> Zachodzi rwnie potrzeba redukcji drga platform wiertniczych stojcych na tzw. wysokiej wodzie i wywoanych dziaaniem fal morskich w czasie sztormu. </p></li><li><p>WYKAD OBIERALNY - rok akademicki 2002/03 </p><p> 4</p><p> Wstp (3) </p><p> Kiedy redukcja drga jest potrzebna ? Mosty, kadki dla pieszych, maszty, budynki wieowe, wiotkie </p><p>kominy Redukcja drga moe by rwnie konieczna w przypadku mo-stw o duej rozpitoci, wiotkich kadek (np. dla pieszych) oraz wiotkich kominw stalowych, masztw radiowych i wie telewi-zyjnych (oglnie budowli wieowych). W strefach asejsmicz-nych najistotniejsze siy dynamiczne s wywoane parciem wia-tru lub efektami aerodynamicznymi zwizanymi z opywem po-wietrza wok konstrukcji. Dziaanie tych ostatnich si moe prowadzi do katastrofy (jak np. w przypadku mostu Tacoma). </p><p> Konstrukcje wsporcze pod maszyny </p><p> Obcienie dynamiczne jest zasadniczym obcieniem niekt-rych typw konstrukcji takich jak konstrukcje wsporcze pod tur-bozespoy, wentylatory, traki, moty kunicze i inne maszyny. W tych przypadkach take moe zachodzi potrzeba redukcji drga ze wzgldw wytrzymaociowych oraz ze wzgldu na koniecz-no zapewnienia warunkw wymaganych dla zapewnienia wa-runkw wymaganych dla poprawnej pracy urzdzenia. Ponadto czsto zachodzi potrzeba zmniejszenia si dynamicznych przeka-zywanych na grunt. Problemy zwizane z redukcj drga bd nabiera coraz wik-szego znaczenia praktycznego ze wzgldu na sta tendencj do budowy coraz to lejszych i optymalnie zaprojektowanych kon-strukcji. </p></li><li><p>WYKAD OBIERALNY - rok akademicki 2002/03 </p><p> 5</p><p> Wstp (4) </p><p> Model obliczeniowy konstrukcji )()()()( tttt PKqqCqM =++ &amp;&amp;&amp; Konstrukcja modelowana elementami skoczonymi Konstrukcje ramowe model ramy cinanej </p><p> rygle ramy traktuje si jako nie-skoczenie sztywne, </p><p> masa konstrukcji jest skoncentrowana na po-ziomie rygli, </p><p> przemieszczenia po-ziome rygli s jedynymi stopniami dynamicznej swobody, </p><p> macierz mas jest diago-nalna, a macierze sztywnoci i tumienia s trjdiagonalne. </p><p> }, , ,{ 21 nMMMcol=M </p><p>+</p><p>+</p><p>=</p><p> . . </p><p>................................................................ . </p><p>111</p><p>3322</p><p>21</p><p>nn</p><p>nnn</p><p>kkkkkk</p><p>kkkkkk</p><p>K </p><p>8=</p><p>8=8=</p><p>8=</p></li><li><p>WYKAD OBIERALNY - rok akademicki 2002/03 </p><p> 6</p></li><li><p>WYKAD OBIERALNY - rok akademicki 2002/03 </p><p> 7</p><p> Wstp (5) </p><p> Klasyfikacja obcie dynamicznych (1) Klasyfikacja obcie ze wzgldu na pochodzenie </p><p> a) siy wywoane dziaaniem maszyn (np. siy pochodzce od </p><p>niewywaonych elementw wirujcych), b) siy wywoane parciem wiatru, c) siy aerodynamiczne wywoane opywem powietrza, d) siy wywoane trzsieniami ziemi, e) siy wywoane ruchem pojazdw lub przemieszczaniem si </p><p>ludzi. Podzia si wymuszajcych ze wzgldu na ich charakter </p><p> a) obcienia deterministyczne (np. wymuszenia powodowane </p><p>ruchem maszyn) b) obcienia o charakterze losowym (wartoci tych obcie i </p><p>ich przebiegu w czasie nie mona dokadnie przewidzie) Przykadem obcie losowych s siy pochodzce od parcia wiatru i siy powodowane trzsieniami ziemi. </p><p>Obcienia okresowe dzielimy na: </p><p> obcienie okresowe (jedno lub poliharmoniczne) </p><p>)2sin()sin()( 2211 +++= tPtPtP </p><p> obcienia nieokresowe (np. obcienia impulsowe) </p></li><li><p>WYKAD OBIERALNY - rok akademicki 2002/03 </p><p> 8</p><p> Wstp (6) </p><p> Klasyfikacja obcie dynamicznych (2) </p><p>Obcienia o charakterze losowym dzielimy na </p><p> obcienie niestacjonarne (tego typu obcieniem s siy wywoywane trzsieniami ziemi), </p><p> obcienia stacjonarne (przykadem jest obcienie wywo-ywane parciem wiatru) </p><p> Obcienia wywoane trzsieniami ziemi charakteryzuje si za pomoc akcelerogramw podajcych przebieg przyspiesze (naj-czciej poziomych) na powierzchni terenu. Przebieg kadego trzsienia ziemi jest inny. </p><p>0 5 10 15 20 25 30 35czas (sek)</p><p>-0.40</p><p>-0.30</p><p>-0.20</p><p>-0.10</p><p>0.00</p><p>0.10</p><p>0.20</p><p>0.30</p><p>0.40</p><p>przy</p><p>spie</p><p>szen</p><p>ie (c</p><p>m/s2</p><p>)</p><p>Przebieg przyspiesze poziomych gruntu El Centro </p></li><li><p>WYKAD OBIERALNY - rok akademicki 2002/03 </p><p> 9</p><p> Wstp (7) </p><p> Klasyfikacja obcie dynamicznych (3) </p><p>Obcienia wywoane parciem wiatru maja charakter losowych obcie stacjonarnych. Ich przebieg w czasie i waciwoci sta-tystyczne s opisywane za pomoc funkcji gstoci widmowej fluktuacji prdkoci wiatru. Uywa si funkcji gstoci widmo-wych zaproponowanych midzy innymi przez Davenporta lub Kaimala. </p><p> Czsto posugujemy si rwnie numerycznymi symulacjami prdkoci wiatru. Na podstawie funkcji gstoci widmowej opisu-jcej fluktuacje prdkoci wiatru generuje si prawdopodobny (z punktu widzenia teorii procesw stochastycznych) przebieg tych fluktuacji w czasie. Mog one by przedstawione w sposb na-stpujcy: </p><p> =</p><p>+=N</p><p>iiiii tAtw</p><p>1)sin()()( </p><p> gdzie symbolami iiiA , , oznaczono odpowiednio wspczyn-niki ustalane na podstawie funkcji gstoci widmowej, czstoci wymuszenia i losowe fazy wymuszenia. </p><p>0 20 40 60 80 100 120 140t [s]</p><p>-20.0</p><p>-10.0</p><p>0.0</p><p>10.0</p><p>20.0</p><p>w(t)</p><p> [m/s</p><p>]</p><p>Symulowany rozkad fluktuacji prdkoci wiatru w(t) </p></li><li><p>WYKAD OBIERALNY - rok akademicki 2002/03 </p><p> 10</p><p> Wstp (8) </p><p> Klasyfikacja metod redukcji drga </p><p>Najoglniej metody drga dzielimy na: a) metody pasywne (mwimy wtedy o pasywnych ukadach regu-</p><p>lacji, pasywnych eliminatorach drga lub o pasywnych tumi-kach drga), </p><p>b) metody aktywne (mwimy wtedy o aktywnych ukadach regu-lacji, aktywnych eliminatorach drga lub o aktywnych tumi-kach drga), </p><p>c) metody paktywne (mwimy wtedy o paktywnych ukadach regulacji, paktywnych eliminatorach drga lub o paktyw-nych tumikach drga), </p><p> Mona rwnie mwi o mieszanych (hybrydowych) ukadach re-gulacji. S one poczeniem dwch wyej wymienionych ukadw regulacji (np. ukadu pasywnego i aktywnego) </p><p> Definicja eliminatora drga </p><p>Pod pojciem eliminator drga drga naley rozumie dodatkowe elementy konstrukcyjne, urzdzenia lub dodatkowe systemy zain-stalowane na konstrukcji (lub wbudowany w konstrukcj) po to aby zmniejszy efekty dynamicznego oddziaywania obcienia na konstrukcj. </p><p> Przez efekty dynamicznego oddziaywania obcienia na konstruk-cje rozumie si zwykle amplitudy drga i przyspiesze konstrukcji. Przedmiotem redukcji mog take by siy wewntrzne panujce w konstrukcji lub siy przekazywane na podoe gruntowe. </p></li><li><p>WYKAD OBIERALNY - rok akademicki 2002/03 </p><p> 11</p><p> Wstp (9) </p><p> W jaki sposb mona zredukowa drgania ? </p><p>Redukcj drga osiga si poprzez: </p><p>a) zwikszenie moliwoci rozpraszania energii, b) modyfikacj sztywnoci konstrukcji, c) modyfikacj obcienia dynamicznego konstrukcji, d) modyfikacj czstoci drga wasnych konstrukcji. </p><p> Zakres wykadu </p><p>Wykad jest powicony omwieniu sposobw umoliwiajcych redukcj drga konstrukcji budowlanych. Zostan przedstawione zarwno stosowane w tym celu rozwizania techniczne wraz z opi-sem ich dziaania jak i zarys wiadomoci teoretycznych niezbd-nych do analizy i projektowania konstrukcji z zainstalowanymi eliminatorami drga. </p><p> Literatura </p><p>1. T.T. Soong, G.F. Dargush, Passive energy dissipation systems in structural engineering, Wiley, 1999, Chichester, USA, </p><p>2. T.T. Soong, Active structural control, theory and practice, Longman, 1990, England, </p><p>3. Mead, Passive vibration control, Wiley, 1998, 4. L. Meirovitch, Dynamics and control of structures, Wiley, 1990, </p><p>New York 5. Earthquake Engineering and Structural Dynamics 6. Engineering Structures 7. Journal of Sound and Vibration 8. Journal of Structural Control 9. Journal of Engineering Mechanics </p></li></ul>