Применение динамических гасителей колебаний для виброзащиты мостовых сооружений

Введение. Увеличение интенсивности дорожного движения и перспективы развития высокоскоростного железнодорожного транспорта требуют решения проблемы эффективности виброзащиты объектов транспортной инфраструктуры путем разработки инновационных решений. В настоящее время вопросы борьбы с вибрацией по отношению к пролетным сооружениям мостов и путепроводов являются недостаточно изученными. Цель работы – исследование перспективных направлений виброзащиты мостовых сооружений на основе применения динамических гасителей колебаний.

Материалы и методы. Для достижения поставленной цели исследования и реализации эффективных технических решений в области виброзащиты мостовых сооружений предлагается усовершенствованная конструкция динамического гасителя колебаний, в которой инерционная масса закреплена на двух пружинах, верхняя из которых связана с защищаемой от вибрации конструкцией, а нижняя пружина – с основанием или фундаментом объекта. Гашение колебаний при этом производится за счет колебаний в противофазе свободным и вынужденным колебаниям защищаемого от вибраций объекта вспомогательных инерционных масс. Данное техническое решение позволяет уравновесить силы упругого взаимодействия демпфирующего устройства и защищаемого от вибрации объекта и моменты от этих сил.

Результаты. В результате выполнения экспериментальных исследований установленного на вибростенде макетного образца усовершенствованного динамического гасителя колебаний установлено, что уровни вибрации по всем направлениям существенно снизились, в том числе в вертикальном направлении в 5,7 раз.

Обсуждение и заключение. Полученные положительные результаты экспериментов и относительная простота предлагаемой конструкции позволяют предложить данный метод виброзащиты пролетных строений как для вновь проектируемых, так и для уже находящихся в эксплуатации объектов. Особенно важным является минимизация возможности возникновения резонансных явлений и галопирования. Результаты исследования позволят в перспективе обеспечить эффективность виброзащиты колеблющихся машин, механизмов и объектов инфраструктуры.

1. Козлова Н.А., Мишина В.М. О методах виброзащиты фундаментов зданий в условиях города // Наука, образование и экспериментальное проектирование. 2020. № 1. С. 208–210. DOI: 10.24411/9999-034А-10044.

2. Колмогоров Г.Л., Кычкин В.И., Есипенко И.А. Динамическая реакция дорожной одежды на действие движущейся нагрузки // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2015. № 5. С. 39–47.

3. Agostinacchio M., Ciampa D., Olita S. The vibrations induced by surface irregularities in road pavements – a Matlab® approach // European Transport Research Review. 2014; 6: 267–275. DOI 10.1007/s12544-013-0127-8.

4. Осиновская В.А. Прогнозирование долговечности асфальтобетонных покрытий на основе уровней их вибронагруженности // Наука и техника. 2015. № 6. С. 49–53.

5. Czech K. R. The impact of the type and technical condition of road surface on the level of traffic-generated vibrations propagated to the environment // Procedia Engineering. Advances in Transportation Geotechnics 3. 2016; 143: 1358–1367. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.06.160.

6. Сафонов Р.А. Типичные дефекты верхнего дорожного покрытия в России // Вестник ЮУрГУ. Серия «Строительство и архитектура». 2020. Т. 20, № 2. С. 75–84. DOI: 10.14529/build200210.

7. Sun M., Nguyen V. Vibration influence of different types of heavy-duty trucks on road surface damage // Maintenance, reliability and condition monitoring. 16 December 2022; 2669–2961. URL: https://www.researchgate.net/publication/367325762. DOI: 10.21595/marc.2022.23020.

8. ŽuraulisV., LevulytėL., SokolovskijE. The impact of road roughness on the duration of contact between a vehicle wheel and road surface // Transport. 2014; 29(4): 431–439. DOI:10.3846/16484142.2014.984330.

9. Локтев А.А., Илларионова Л.А. Моделирование влияния неровностей железнодорожного пути на распространение вибраций // Транспорт Российской Федерации. 2024. № 2 (111). С. 39–41.

10. Илларионова Л.А., Локтев А.А., Боков С.С. Динамическое воздействие на вязко-упругую плиту основания городского транспорта // Наука и техника транспорта. 2023. № 1. С. 52–56.

11. Локтев А.А., Баракат А. Анализ поведения пролетных строений с трещинами при вибрациях // Транспортные сооружения. 2022. Т. 9, № 3. URL: https://t-s.today/PDF/04SATS322.pdf. DOI: 10.15862/04SAT322.

12. Овчинников И.Г., Овчинников И.И., Майстренко И.Ю., Кокодеев А.В. Аварии и разрушения мостовых сооружений, анализ их причин // Транспортные сооружения. 2017. Т. 4, № 4. URL: https://t-s.today/PDF/14TS417.pdf. DOI: 10.15862/14TS417.

13. Локтев А.А., Королев В.В., Шишкина И.В. Особенности оценки состояния и поведения низководных мостов // Вестник ВНИИЖТ. 2021. Т. 80, № 6. С. 334–342. DOI: https://dx.doi.org/10.21780/2223-9731-2021-80-6-334-342.

14. Castaldo P. Passive energy dissipation devices // Integrated seismic design of structures and Control systems. November 2014: 21–62. DOI: 10.1007/978-3-319-02615-22.

15. Dallard Р. et al. Millennium Bridge, London: Problems and solutions // Structural Engineer. Project: London Millennium Pedestrian Bridge. January 2001; 79(8): 15–17.

16. Liu, K., Liu, J. The damped dynamic vibration absorbers: revisited and new result/ / Journal of Sound and Vibration. 2005; 284 (3-5): 1181–1189. DOI:10.1016/j.jsv.2004.08.002.

17. Овчинников И.И., Овчинников И.Г., Филиппова В.О. Танцующий мост в Волгограде: причины, аналогии, мероприятия. Часть 2. Аналогии, мероприятия // Науковедение. 2015. Т. 7, № 6. С. 1–21. URL: https://naukovedenie.ru/PDF/08KO615.pdf. DOI: 10.15862/08KO615.

18. Корытов М.С., Кашапова И.Е., Щербаков В.С. Методика оптимизации основных параметров виброзащитной системы сиденья автогрейдера с квазинулевой статической характеристикой // Вестник СибАДИ. 2023. Т. 20, № 2. С. 180–193. DOI: https://doi.org/10.26518/2071-7296-2023-20-2-180-193.

19. Zhang W., Qian Ch., Pan L., Wang Y., Xu N. Design and research of a closed active quasizero stiffness vibration isolation device // Journal of precision instrument and machinery. 2022; 2, vol. 1: 18–24. DOI: 10.23977/jpim.2022.020103. 20. Klitnoi V, Gaydamaka A. On the problem of vibration protection of rotor systems with elastic adaptive elements of quasi-zero stiffness // Diagnostyka. 2020; 21(2): 69–75. DOI: 10.29354/diag/122533.

20. Зотов А.Н., Креминский Д.А. Равночастотная виброизолирующая система на основе упругого элемента, перемещающегося между направляющими расчетной формы перпендикулярно их оси симметрии // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2020. № 3. С. 87–91. DOI: 10.24411/0131-4270-2020-10316.

21. Глушков С.П., Кочергин В.И. Применение устройств с квазинулевой жесткостью для виброзащиты машин и механизмов // Морские интеллектуальные технологии. 2024. № 3. Ч. 1. С. 113–119. DOI: https://doi.org/10.37220/MIT.2024.65.3.030.

22. Глушков С.П., Кочергин В.И. Новые подходы к обеспечению виброзащиты машин // Фундаментальные и прикладные вопросы транспорта. 2022. № 1 (4). С. 41–47. DOI: 10.52170/2712-9195/2022_1_41.

23. Глушков С.П., Кочергин В.И., Проворная Д.А. Снижение колебаний мостовых сооружений // Вестник СГУПС. 2022. № 4 (63). С. 77–85. DOI: 10.52170/1815-9265_2022_63_77.