какой контроль должен быть установлен за уровнем вибрации
Какой контроль должен быть установлен за уровнем вибрации
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Измерение вибрации и оценка ее воздействия на конструкцию
Vibration and shock. Vibration of buildings.
Measurement of vibration and evaluation of its effects on structure
Дата введения 2008-10-01
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем»
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 183 «Вибрация и удар»
В процессе эксплуатации здания подвергаются воздействию вибрации как естественной (связанной с такими явлениями, как ветер или землетрясение), так и техногенной (вызванной деятельностью человека, например строительными работами, движением транспорта) природы. Вибрация может стать причиной повреждения конструкции здания, снизив ее эксплуатационную надежность: уменьшить устойчивость, ухудшить несущую способность перекрытий. Признаками снижения эксплуатационной надежности является появление трещин, оторванных от несущего каркаса элементов и т.п. Поэтому вибрацию сооружений следует постоянно или периодически контролировать, чтобы определить, насколько действующие вибрационные нагрузки опасны как для конструкции в целом, так и для ее частей.
Вибрации естественной и техногенной природы различаются по своему характеру. Как правило, вибрация от естественных источников сосредоточена в области более низких частот, характеризуется высокой мощностью в источнике и распространяется на более далекие расстояния. Такая вибрация может вызвать значительные повреждения зданий, поэтому в местах постоянного или ожидаемого действия источников вибрации естественного происхождения (например, в сейсмоопасных районах) к конструкции зданий предъявляют специальные требования. Настоящий стандарт распространяется на вибрацию техногенной природы зданий, при проектировании и строительстве которых не были установлены специальные требования устойчивости к динамическим нагрузкам.
Исследование воздействия вибрации на конструкцию здания проводят в том случае, если есть основания предполагать, что это воздействие может привести к повреждению конструкции. Такое исследование представляет собой многоэтапный процесс, начинающийся на стадии проектирования новых зданий в условиях действия существующих источников вибрации или новых систем, которые являются источниками вибрации и могут оказывать существенное воздействие на возведенные здания. На разных этапах проектирования разрабатывают и уточняют расчетные модели, в которых учитывают динамические свойства источника вибрации, пути ее распространения и особенности конструкции здания. Выходом модели является отклик в разных точках конструкции. Измерения вибрации, рассматриваемые в настоящем стандарте, могут использоваться для оценки корректности построенной модели.
В настоящее время не имеется достаточных данных для установления соответствия между степенью жесткости вибрации и вызываемыми ею повреждениями. Ориентировочные предельные значения вибрации установлены в ряде национальных стандартов и других нормативных документах зарубежных стран. В приложении Б настоящего стандарта приведены критерии оценки вибрации, наиболее часто используемые в международной практике. Данные оценки не охватывают все многообразие сооружений и видов воздействий вибрации и поэтому могут быть применены только после предварительного анализа каждой конкретной ситуации.
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает методы измерения вибрации и оценки ее воздействия на конструкцию зданий, рассчитанных на статические нагрузки без предъявления специальных требований в отношении устойчивости к воздействию динамических сил. Оценка воздействия базируется на риске появления повреждений конструкции, способных снизить ее эксплуатационную надежность.
Настоящий стандарт распространяется на здания, подвергающиеся воздействию передаваемой через грунт (в виде сейсмических волн) вибрации техногенной природы (например, в ходе проведения строительных работ, разработки полезных ископаемых, при движении транспорта). Воздействия вибрации естественной природы (в результате землетрясений или сильных ветров), а также создаваемой звуковыми волнами, машинами, работающими внутри здания, и деятельностью людей внутри здания в настоящем стандарте не рассматриваются.
Настоящий стандарт распространяется на измерения вибрации, которые проводят для проверки соответствия установленным требованиям по допустимым уровням вибрации конструкции здания или для подтверждения корректности использованной при проектировании здания модели передачи вибрации от источника.
Рекомендации настоящего стандарта допускается использовать также для других наземных сооружений, исключая сооружения, имеющие специальную конструкцию, такие как ядерные реакторы, сооружения для топливно-энергетических, металлургических, химических и нефтехимических производств, а также для хранения жидких или гранулированных материалов, например водонапорные башни и цистерны, нефтехранилища, бункеры для хранения зерна и других продуктов.
В стандарте приведены критерии оценки вибрации, построенные по результатам наблюдений и экспериментальных исследований, проведенных в ряде зарубежных стран (Великобритании, Германии, Норвегии, США). Предполагается, что при соблюдении рекомендаций по предельным значениям вибрации риск повреждений конструкции здания будет незначительным. Выбор того или иного критерия должен быть согласован между заинтересованными сторонами.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 24346, а также следующие термины с соответствующими определениями.
3.1 источник вибрации: Любое твердое, жидкое или газообразное тело, вызывающее распространение вибрации в окружающей среде.
3.2 рабочий цикл: Повторяющаяся процедура, целью которой является производство продукции или выполнение рабочей операции.
3.3 период измерений: Интервал времени, в течение которого осуществляют непрерывный сбор данных о вибрации здания.
3.4 период наблюдения: Интервал времени, в течение которого осуществляют одно или несколько измерений для получения репрезентативной информации об источнике вибрации.
3.5 период контроля: Интервал времени, установленный в соответствии с требованиями законодательства, в нормативных документах, контрактах и др., для проведения оценки вибрации зданий, вызванной действием конкретного источника.
4 Повреждения конструкции здания
4.1 Степени повреждений
В настоящем стандарте используется классификация повреждений, принятая в сейсмологии. Повреждения зданий разделяют на:
— легкие (косметические): тонкие трещины в штукатурке и откалывание небольших кусков штукатурки, появление тонких трещин в растворе, связывающем кирпичную кладку или бетонные блоки;
— умеренные: небольшие трещины в стенах, проходящие через кирпичную кладку или бетонные панели, откалывание довольно больших кусков штукатурки;
— тяжелые: большие глубокие и сквозные трещины в стенах, трещины в каркасе здания.
4.2 Связь повреждений конструкции здания с вибрацией
Сразу после завершения строительства здания элементы его конструкции испытывают дополнительные механические напряжения, связанные с воздействиями разного вида. Изменения температуры, влажность, осадка грунта, деятельность людей и работа оборудования внутри здания, ползучесть материала, химические вещества и др. являются факторами дополнительной нагрузки на конструкцию, текущее состояние которой зависит от всей предыстории действовавших в этой конструкции механических напряжений. Время начала образования трещин в несущих элементах конструкции здания и скорость их развития зависят от способности материала сооружения сопротивляться воздействию физических и химических нагрузок.
Таким образом, даже в отсутствие существенных внешних нагрузок, к числу которых относится передаваемая через грунт вибрация, для каждого здания характерна своя скорость развития повреждений конструкции, обусловленная процессами естественного старения. Поэтому, хотя вибрация способна значительно ускорить естественный рост трещин, связать повреждения конструкции с воздействием вибрации можно только в том случае, если обследование этой конструкции было проведено непосредственно до и сразу после воздействия. При этом следует принимать во внимание только существенные изменения длины и раскрытия трещин, поскольку незначительные изменения могут быть обусловлены воздействием факторов естественной природы (например, сменой дня и ночи).
5 Принципы оценивания воздействия вибрации на конструкцию
5.1 Механизмы воздействия вибрации
5.1.1 Прямое воздействие на конструкцию
Вибрация оказывает на конструкцию здания механические воздействия, вызывая тем самым изменение ее состояния. Напряжение в каждой точке конструкции напрямую связано с деформациями, возникающими в этой точке, поэтому может быть выражено через параметры вибрации. При этом пиковые значения напряжения связаны с пиковыми значениями скорости. Теоретически по результатам измерений вибрации можно определить механическое напряжение и сравнить его с допустимыми значениями для данного элемента конструкции в зависимости от вида и продолжительности воздействия динамической нагрузки, свойств строительного материала и типа конструкции.
На состояние конструкции помимо пиковых напряжений влияют также накопленные усталостные изменения материала, которые невозможно определить по результатам измерений вибрации. Обычно усталостными эффектами пренебрегают, если динамическое напряжение менее 10% допустимого статического напряжения. Однако в некоторых случаях для оценки влияния динамических нагрузок (вибрации) может потребоваться измерение механических напряжений.
5.1.2 Влияние на состояние грунта в основании здания
Помимо изменений состояния самой конструкции вибрация вызывает изменения свойств грунта, на котором установлено здание. Одним из таких изменений является локальное уплотнение грунта, которое может привести к повреждению конструкции из-за неравномерной осадки под фундаментом здания. Если вибрация носит долговременный характер, то уплотнение грунта может произойти даже на большом расстоянии от источника вибрации, когда уровень вибрации мал и не способен оказать существенного прямого воздействия на конструкцию здания.
Еще более опасным явлением является разжижение грунта и потеря им несущей способности под воздействием вибрации. Особенно это относится к слабосвязанным водонасыщенным почвам.
Указанные явления являются косвенными эффектами воздействия вибрации на конструкцию здания, которые, как правило, нельзя определить по результатам измерений колебаний конструкции. Поэтому для проведения комплексной оценки воздействия вибрации рекомендуется привлекать специалистов-геотехников, особенно в тех случаях, если здания расположены на слабых грунтах.
5.2 Характеристики вибрации
5.2.1 Длительность возбуждения
Важной характеристикой источника вибрации является длительность создаваемого возбуждения. Кратковременные импульсы или последовательность таких импульсов, если они повторяются нерегулярно или с низкой частотой повторения, при которой отклик успевает затухнуть до прихода следующего импульса, не способны эффективно раскачать конструкцию здания на ее резонансных частотах.
Но если здание в течение длительного времени подвергается воздействию непрерывной вибрации, то в отдельных точках конструкции максимальные значения колебания могут в 2,5-10 раз превышать значения колебаний грунта в месте его контакта с фундаментом здания. В соответствии с этим вибрацию классифицируют по длительности воздействия. Вибрацию считают кратковременной, если время действия источника недостаточно для накопления существенных усталостных повреждений конструкции, а также для того, чтобы раскачать конструкцию в резонансном режиме. Все остальные источники создают долговременную вибрацию.
5.2.2 Диапазон частот и уровень вибрации
Диапазон частот вибрации в разных точках здания зависит от источника возбуждения, свойств грунта, через который воздействие передается на конструкцию, и передаточных характеристик конструкции. При некоторых сочетаниях указанных факторов (например, при взрывах твердой породы, проводимых на небольшом расстоянии от здания, или при работе высокоскоростных машин) верхняя граница диапазона частот может достигать 1000 Гц. Однако в большинстве случаев при оценке риска повреждения конструкции здания вследствие воздействия на него вибрации техногенной природы достаточно проводить анализ в диапазоне частот от 1 до 150 Гц.
Уровни вибрации могут колебаться от единиц до нескольких сотен миллиметров в секунду в зависимости от частоты возбуждения.
Характеристики вибрации, измеряемой на конструкции здания, для разных источников возбуждения техногенной природы приведены в таблице 1*.
Какой контроль должен быть установлен за уровнем вибрации
СИСТЕМА СТАНДАРТОВ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА
Occupational safety standards system.
Vibrational safety. General requirements
Дата введения 1991-07-01
1 РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Всесоюзным Центральным Советом Профессиональных Союзов
2 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 13.07.90 N 2190
4 ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
Обозначение НТД, на который дана ссылка
Номер пункта, подпункта, приложения
6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Апрель 2001 г.
Стандарт распространяется на рабочие места, на которых человек подвергается воздействию вибрации, машины и оборудование и технологические процессы, являющиеся источниками вибрации.
Стандарт не распространяется на подвижной состав железнодорожного транспорта и воздушные суда.
Стандарт устанавливает общие требования к обеспечению вибрационной безопасности труда в отраслях народного хозяйства.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Качественные и количественные критерии и показатели неблагоприятного воздействия вибрации на человека-оператора в процессе труда устанавливаются санитарными нормами, правилами и другими нормативными документами Минздрава СССР.
В соответствии с ними вводятся следующие критерии оценки неблагоприятного воздействия вибрации:
критерий «безопасность», обеспечивающий ненарушение здоровья оператора, оцениваемого по объективным показателям с учетом риска возникновения предусмотренных медицинской классификацией профессиональной болезни и патологий, а также исключающий возможность возникновения травмоопасных или аварийных ситуаций из-за воздействия вибрации;
критерий «граница снижения производительности труда», обеспечивающий поддержание нормативной производительности труда оператора, не снижающейся из-за развития усталости под воздействием вибрации;
критерий «комфорт», обеспечивающий оператору ощущение комфортности условий труда при полном отсутствии мешающего действия вибрации.
Соответствие устанавливаемых критериев категориям вибрации по санитарным нормам указано в табл.6 приложения 5.
1.2. Вибрационная безопасность труда должна обеспечиваться:
системой технических, технологических и организационных решений и мероприятий по созданию машин и оборудования с низкой вибрационной активностью;
системой проектных и технологических решений производственных процессов и элементов производственной среды, снижающих вибрационную нагрузку на оператора;
системой организации труда и профилактических мероприятий на предприятиях, ослабляющих неблагоприятное воздействие вибрации на человека-оператора.
1.3. Нормы вибрации машин и оборудования, влияющих на вибрационную безопасность труда, должны быть установлены в НД или другой документации.
Нормы вибрации машин должны обеспечиваться и гарантироваться их изготовителями и удостоверяться контрольными службами, уполномоченными проверять показатели безопасности машин.
1.4. Соблюдение установленной вибрационной нагрузки на оператора должно быть удостоверено расчетами и (или) измерениями непосредственно на рабочем месте или другими способами по согласованию с заказчиком и потребителем.
1.5. Организация труда и профилактические мероприятия по уменьшению неблагоприятного воздействия вибрации на каждом предприятии должны быть определены регламентом вибробезопасного ведения работ.
1.6. Заказчик и (или) потребитель, принявший в эксплуатацию машины, оборудование, предприятие, несет ответственность за обеспечение вибрационной безопасности труда.
1.7. Для обеспечения вибрационной безопасности труда должен быть организован эффективный контроль соблюдения установленных норм и требований.
2. ТРЕБОВАНИЯ ПО ОГРАНИЧЕНИЮ НЕБЛАГОПРИЯТНОГО
ВОЗДЕЙСТВИЯ ВИБРАЦИИ НА ОПЕРАТОРА
2.1. Воздействие вибрации на человека-оператора классифицируется:
по способу передачи вибрации на человека;
по направлению действия вибрации;
по временной характеристике вибрации.
Классификация приведена в приложении 2.
2.2. В качестве факторов, влияющих на степень и характер неблагоприятного воздействия вибрации, должны учитываться:
риски (вероятности) проявления различных патологий вплоть до профессиональной вибрационной болезни;
показатели физической нагрузки и нервно-эмоционального напряжения;
влияние сопутствующих факторов, усугубляющих воздействие вибрации (охлаждение, влажность, шум, химические вещества и т.п.);
длительность и прерывистость воздействия вибрации;
длительность рабочей смены.
2.3. Показатели вибрационной нагрузки на оператора должны формироваться из следующих параметров:
время воздействия вибрации.
При оценке вибрационной нагрузки на оператора предпочтительным параметром является виброускорение.
Логарифмические уровни виброускорения ( ), дБ, определяют по формуле
, (1)
Соотношения между значениями виброускорения » » и их логарифмическими уровнями приведены в приложении 3.
Логарифмические уровни виброскорости ( ), дБ, определяют по формуле
, (2)
Соотношения между значениями виброскорости и их логарифмическими уровнями приведены в приложении 3.
2.3.2. Нормируемый диапазон частот устанавливается:
2.3.3. Время воздействия вибрации принимается равным длительности непрерывного или суммарного воздействия, измеряемого в минутах или часах.
При определении дозы вибрации время воздействия измеряют в секундах или часах.
2.4. Нормируемыми показателями вибрационной нагрузки на оператора на рабочих местах в процессе труда являются одночисловые параметры (корректированное по частоте значение контролируемого параметра, доза вибрации, эквивалентное корректированное значение контролируемого параметра) или спектр вибрации, установленные санитарными нормами Минздрава СССР.
2.4.1. Корректированное по частоте значение контролируемого параметра ( ) или его логарифмический уровень ( ) определяются по формулам
; (3)
, (4)
Какой контроль должен быть установлен за уровнем вибрации
ГОСТ Р ИСО/ТС 10811-1-2007
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ВИБРАЦИЯ В ПОМЕЩЕНИЯХ С УСТАНОВЛЕННЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ
Измерения и оценка
Vibration and shock. Vibration in buildings with sensitive equipment.
Part 1. Measurement and evaluation
Дата введения 2008-10-01
Сведения о стандарте
1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем»
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 183 «Вибрация и удар»
При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные и межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении С
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает методы измерений, анализа и представления результатов измерений (анализа) вибрации помещений, в которых установлено оборудование, чувствительное к динамическим воздействиям.
Единообразные методы сбора данных, анализа и представления необходимы для того, чтобы создать основу для сравнения реальной вибрационной обстановки в помещении с предельными значениями, установленными изготовителями оборудования или в нормативных документах.
Настоящий стандарт распространяется на вибрационные воздействия, передаваемые через полы, столы, стены, потолки или системы виброизоляции. Цель проводимых в соответствии с настоящим стандартом измерений заключается в том, чтобы характеризовать воздействие вибрации на оборудование в целом, без учета возможных откликов частей и элементов (механических или электронных) внутри оборудования.
Оборудование, чувствительное к динамическим воздействиям, включает в себя (но не ограничивается) следующее:
a) стационарные компьютеры с периферийными устройствами;
b) стационарное телекоммуникационное оборудование;
c) стационарное лабораторное оборудование (электронные микроскопы, оборудование со сканирующими зондами, биотехническое оборудование, масс-спектрометры и др.);
d) механические высокопрецизионные инструменты (например, используемые при изготовлении изделий микроэлектроники);
e) высокопрецизионные оптические инструменты, фотоповторители;
f) электромеханические системы в центрах управления движением поездов;
g) оборудование систем безопасности (например, пожарной сигнализации) и управления доступом.
Вибрационные воздействия, на которые распространяется настоящий стандарт, могут быть следствием:
— действия внешних источников (например, движения дорожных, рельсовых или воздушных транспортных средств или строительной деятельности, сопровождаемой взрывом скальной породы, забивкой свай, вибрационным уплотнением грунта), в том числе звуковых ударов, акустических волн, ветровых нагрузок;
— непосредственной деятельности человека, связанной с выполнением рабочих заданий (например, движением людей, особенно по фальшполу).
Аспекты измерений и оценки воздействия вибрации и ударов на оборудование в помещениях, рассматриваемые в настоящем стандарте, не включают в себя способность операторов обеспечить управление этим оборудованием в условиях указанного воздействия. Оценка воздействия вибрации на людей рассматривается в стандартах серии ИСО 2631.
Результаты измерений, полученные в соответствии с настоящим стандартом, характеризуют максимальный уровень вибрации. Кумулятивное действие вибрации (например, в целях оценки усталостных повреждений) в настоящем стандарте не рассматривается.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт:
3 Виды вибрации
Вибрация в помещениях может быть разных видов: синусоидальная (периодическая), случайная или в форме переходного процесса. Типичными примерами источников вибрации каждого вида являются:
a) синусоидальная вибрация: машины вращательного действия;
b) случайная вибрация: дорожное движение (при интенсивном потоке машин);
c) переходные процессы: дорожное движение (при прохождении единичных транспортных средств), забивка свай, удары, взрывы.
Частотный спектр вибрации определяется видом источника, а также динамическими свойствами здания.
Основной целью настоящего стандарта является установление единого метода измерений и анализа, используемого для описания вибрации любого вида.
4 Измерения и анализ
4.1 Общие положения
Чтобы определить режим вибрационного воздействия, которому подвергается оборудование в помещении, необходимо располагать точными и полными результатами измерений.
Вибрацию измеряют в точках, максимально близких к областям контакта оборудования или его основания к полу (стене). Чтобы описать условия воздействия на оборудование крупных размеров, необходимо использовать большое число точек измерений.
Сигнал вибрации измеряют по трем взаимно перпендикулярным осям (предпочтительно в вертикальном и двух горизонтальных направлениях).
Измерения проводят при установленном оборудовании, а если это невозможно, то используют заменяющий его имитатор, имеющий ту же массу и те же динамические характеристики (эффективная масса оборудования может значительно измениться после того как оборудование будет установлено на столе или на фальшполу, поскольку опорные поверхности будут действовать как динамические демпферы, поглощая мощность колебаний на резонансах).
Рекомендуется выполнять измерения как для работающего, так и неработающего оборудования, чтобы разделить действие разных источников вибрации.
4.2 Требования к средствам измерений
Для измерений вибрации могут быть использованы датчики скорости или акселерометры. Поскольку уровень вибрации часто бывает низким, датчики должны иметь большой коэффициент преобразования.
Собственный шум измерительной цепи (включая электрические помехи), определенный как среднеквадратичное значение в диапазоне частот от 2 до 200 Гц, должен быть не более 5% максимального значения измеренной вибрации. Для уменьшения влияния электрических помех рекомендуется использовать средства измерений с автономными источниками питания.
4.3 Анализ вибрации
Алгоритм расчета отклика цифрового фильтра приведен в приложении В.
ВНИМАНИЕ! При подаче на ансамбль фильтров сигнала вибрации их отклик, прежде чем стать стационарным, имеет на начальном участке вид переходного процесса. Поэтому максимальный отклик рекомендуется определять через некоторое время, в течение которого переходный процесс затухнет.
4.4 Сравнение с другими методами анализа
4.4.1 Спектральная плотность мощности
Сопоставим метод анализа вибрации по 4.3 с широко применяемым методом описания случайного сигнала через спектральную плотность мощности. Вибрация внутри помещения может быть описана с помощью спектральной плотности мощности ускорения. Ширина полосы фильтра с откликом, эквивалентным пиковой скорости, для заданных значений резонансной частоты и добротности может быть определена по формуле
. (1)
. (2)
, (3)
где 
;