Виброперемещение (или смещение) демонстрирует максимальный диапазон перемещения определенной точки в процессе вибрации. Обычно это выражается в виде разброса (двойная ширина, от пика до пика). Виброперемещение представляет собой расстояние между крайними позициями смещения вращающегося устройства вдоль заданной оси измерения.
Измерение вибрации, оказывающей влияние на здания и сооружения
Здания, которые находятся в эксплуатации, подвержены воздействию вибраций от разнообразных источников, возникающих в результате человеческой деятельности, таких как движение транспортных средств, строительные работы, работа тяжелой техники и деятельность перерабатывающих заводов.
Такие вибрации способны причинять вред строительным сооружениям, нанося ущерб их конструкции, сокращая эксплуатационный срок или вызывая мелкие повреждения, которые требуют косметического ремонта. Если возникает сомнение о возможности воздействия опасных вибраций на здания, проводятся детальные инструментальные исследования.
На сегодняшний день методы оценки и критерии рисков, связанных с техногенными вибрациями в строительных объектах, значительно варьируются в разных странах.
Международные документы, регламентирующие выполнение этих измерений, включают:
— Немецкий стандарт DIN 4150-3:1999 «Вибрация в строительстве — Часть 3: Воздействие вибрации на конструкции»,
— BS 7835-2:1993 «Оценка и измерение вибрации в зданиях — Часть 2: Руководство по ущербу от вибрации грунта». Это подразделение предоставляет руководство по оценке ущерба, который могут причинить зданиям вибрации, исходящие от грунта.
— Норвежский стандарт NS 8141:2001 «Вибрация и колебания — Измерение виброскорости и расчет пределов направленности для предотвращения повреждения зданий». Этот стандарт включает в себя методику измерения скорости и определения границ направленности, направленных на защиту конструкций от возможных повреждений.
На сегодняшний день в Российской Федерации отсутствуют обязательные нормативные акты, содержащие конкретные числовые пределы для оценки риска воздействия вибрации. Тем не менее, с 1 октября 2008 года был введен ГОСТ Р 52892-2007 «Вибрация и удар. Вибрация зданий. Измерение вибраций и оценка их воздействия на конструкции». Этот документ предоставляет методические рекомендации по оценке рисков от антропогенных вибраций, а также руководство по осуществлению измерений и кратко излагает числовые критерии оценки вибраций зданий, основанные на зарубежных стандартах.
Измерения вибрации по ГОСТ Р 52892-2007
Для оценки риска воздействия вибрации на объекты строительства в соответствии с нормами ГОСТ Р 52892-2007 производится измерение максимальной виброскорости в трех направлениях как на основании здания, так и на грунте рядом с фундаментом. Также определяется частота доминирующей компоненты вибрационного процесса.
Теперь давайте по порядку рассмотрим характеристики этих измерений.
Место измерений
В отличие от оценок здоровья или состояния окружающей среды, вибрации на перекрытиях зданий не являются основным объектом для анализа вибрационного риска всего здания. Для корректной оценки требуется проводить измерения вибраций несущих конструкций — таких как фундаменты и стеновые элементы. В некоторых случаях измерения вибрации могут осуществляться на поверхности земли, находящейся в непосредственной близости к основанию здания.
Для проведения измерений на фундаментах и несущих конструкциях необходимо выбрать подходящий способ крепления вибропреобразователя; чаще всего это осуществляется с помощью хомута. Чтобы продлить срок эксплуатации вибропреобразователей, их обычно монтируют на подставке, которая заранее закреплена на вибрирующей поверхности.
При осуществлении измерений на земле датчик устанавливается либо на неподвижной, жесткой основе (например, тротуарной плитке), либо на стальном стержне, который вбивается глубоко в грунт.
Требования к установке акселерометров, а также плюсы и минусы различных методов крепления датчиков подробно рассмотрены в ГОСТ ISO 5348-2002.
Измеряемая вибрационная характеристика
Согласно стандарту ГОСТ Р 52892-2007, основным параметром вибрации является значение максимальной скорости.
Пиковое значение представляет собой наибольшее мгновенное значение, достигаемое в определенный момент. Максимальные значения скорости не следует путать с пиковой скоростью. Обычно под пиковым значением подразумевается наивысшее значение тока, усредненное за определенный временной интервал, например, 5 или 10 секунд.
Для корректной оценки максимальной виброскорости рекомендуется использовать одну из следующих систем:
- подходящий датчик скорости, который соединён с измерителем вибрации, оснащенным детектором пика-пика,
- акселерометр, подключенный к регистратору временных сигналов, информация из которого затем обрабатывается специальным программным обеспечением.
Для корректной оценки максимальной виброскорости недостаточно опираться исключительно на средние значения виброускорения. Однако большинство санитарных и экологических приборов в своей основной настройке способны фиксировать только средние значения виброускорения.
Измерение частоты доминирующего компонента
Чтобы наиболее точно оценить риск, связанный с вибрацией в зданиях, необходимо знать частоту преобладающего компонента исследуемой вибрации.
В случае непрерывных вибрационных процессов, таких как колебания от грузовых поездов, проблему можно решить, определив характерные частоты в диапазоне третьоктав по ускорению или скорости.
При возникновении импульсных вибраций, таких как в процессе забивки свай, частотный спектр главного компонента определяется с применением преобразования Фурье к полученному сигналу виброскорости. Для этих целей чаще всего применяются программные пакеты, использующие Быстрое Преобразование Фурье (БПФ).
Требования к приборам для измерений по стандарту ГОСТ Р 52892-2007
Некоторые аспекты, не подробно освещенные в стандартном документе ГОСТ Р 52892-2007, представлены в следующих нормативных документах:
- ГОСТ Р 53964-2010 «Измерения вибрации конструкций. Руководство по проведению измерений». Данный стандарт предоставляет рекомендации по выполнению измерений в соответствии с ГОСТ Р 52892-2007 и устанавливает требования к используемому измерительному оборудованию.
- ГОСТ Р 53963.1-2010 «Измерения вибраций конструкций. Требования к измерительным приборам». Данный стандарт определяет требования к средствам измерений, которые используются при проведении измерений в соответствии с ГОСТ Р 52892-2007.
Приборы для измерений, соответствующие требованиям ГОСТ Р 52892-2007, включают в себя:
- Адаптер для установки датчика вибрации на вибрирующую поверхность,
- датчик вибрации, который может быть представлен в виде датчика ускорения или датчика виброскорости,
- устройство для измерения и отображения данных,
- устройство, предназначенное для записи и хранения информации (в современных цифровых устройствах эту функцию часто выполняет блок измерения и индикации),
- инструменты для анализа частотного состава сигнала (в случае использования современного оборудования данную функцию также может выполнять блок измерения и индикации или специализированное программное обеспечение на компьютере),
- компьютерное программное обеспечение.
При разработке измерительной системы важно тщательно рассмотреть тип вибрационного датчика. Несмотря на то что максимальная виброскорость является целевой величиной, акселерометры зачастую оказываются более подходящими по сравнению с датчиками скорости (велосиметрами). Это связано с тем, что динамические и частотные характеристики большинства доступных на рынке датчиков скорости могут не соответствовать необходимым требованиям. Для точного определения максимальной скорости датчик вибрации должен обладать не только адекватной амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) во всем частотном диапазоне, но и соответствующей фазо-частотной характеристикой (ФЧХ). Следует отметить, что многие датчики скорости имеют нелинейную фазо-частотную характеристику в актуальном диапазоне частот, что снижает их измерительные возможности.
Свод требований к виброизмерительным приборам согласно ГОСТ Р 52892-2007:
Верхний предел диапазона измерения
Нижний предел диапазона измерений
Для случаев, подпадающих под действие Постановления о обеспечении единства измерений, используемые средства измерения должны соответствовать утвержденным образцам (зарегистрированы в Государственном реестре средств измерений Российской Федерации) и обладать действующим сертификатом калибровки. Измерения обязаны осуществляться по аттестованным методикам.
Анализ амплитудной частотной характеристики (АЧХ) и фазочастотной характеристики (ФЧХ) датчиков вибрации, а также причины ограничения диапазона рабочих частот
