Seasonal changes in eigenfrequencies of structures supported on pile foundations

Abstract


The paper is concerned with studying the dynamic characteristics of constructions and their response to vibrations initiated by weak natural environmental actions (microseismic, wind and other impacts). Such investigations require special equipment capable of recording the development of dynamic processes. Since the structures are constantly exposed to natural impacts of winds and seismic noises, it is reasonable to conduct continued observations or monitoring. The study focuses on the dynamic behavior of structures supported on pile foundations under natural outside impacts, among which the wind action and microseismic actions of different mechanisms, for example, cars are most common to urban environment. The investigation is based on the analysis of eigenfrequency, which is one of the most informative dynamic parameters for estimating the current state of constructions. Thus, a variation in the spectrum of eigenvalues is indicative of a change in the stiffness properties of the structure elements due to damage accumulation and also suggests the appearance of changes in the soil and contact pressure between the soil and foundation. In this paper, a continuous monitoring technique is used to analyze the frequency spectrum of the structure, to determine its eigenfrequencies and their seasonal changes and to perform numerical simulations allowing an adequate description of seasonal impacts on the structure frequency. The lowest eigenfreqiencies of the structure have been determined from the numerical experiment on natural frequencies of the structure-pile foundation-soil system, in which coupled springs are used to model the interactions between the pile foundation and soil. It has been found that seasonal changes in eigenfrequencies of structures supported on pile foundations are caused by frost penetration into the soil, which affects the stiffness properties of the soil-pile foundation-structure system.

About the authors

V V Korepanov

Institute of Continuous Media Mechanics RAS

Email: kvv@icmm.ru
1, Akademik Korolev st., 614013, Perm, Russian Federation

R V Tsvetkov

Institute of Continuous Media Mechanics RAS

Email: flower@icmm.ru
1, Akademik Korolev st., 614013, Perm, Russian Federation

References

  1. Корчинский И.Л. Колебания высотных зданий; Центральный институт промышленных сооружений. - М, 1953. - Вып. 11. - 44 с.
  2. Вибрационный метод испытания жилых и общественных зданий / Г.А. Шапиро, Ю.А. Симон, Г.Н. Ашкинадзе [и др.]. - М.: Наука, 1972. - 160 c.
  3. Пат. РФ 2141635. Российская Федерация. Способ динамических испытаний зданий и сооружений и устройство для его осуществления / Н.А. Есенина, В.И. Ларионов, М.А. Шахраманьян, Г.М. Нигметов [и др.]; заявитель и патентообладатель ТОО «Центр исследований экстремальных ситуаций». - № 99105726/28; заявл. 30.03.99; опубл. 20.11.99.
  4. Аппаратура и методика сейсмических наблюдений в СССР / под ред. З.И. Аранович - М.: Наука, 1975. - 243с.
  5. Dalgleish W.A., Rainer J.H. Measurements of wind induced displacements and accelerations of a 57-storey building in Toronto, Canada // Proc. 3rd Colloquium Onindustrial Aerodynamics, Aachen, 14-16 June 1978. - Vol. 2. - P. 67-78.
  6. Капустян Н.К., Дыховичная Н.А. Сейсмический мониторинг ветровых колебаний высотных зданий // Мониторинг небезопасных геологических процессов и экологического состояния среды; УрО РАН. - Екатеринбург-Пермь, 2005. - 225 с.
  7. Юдахин Ф.Н., Капустян Н.К., Антоновская Г.Н. Инженерно-сейсмические исследования геологической среды и строительных конструкций с использованием ветровых колебаний зданий; Ин-т эколог. проблем Севера УрО РАН. - Екатеринбург, 2007. - 156 с.
  8. Цветков Р.В., Шардаков И.Н. Автоматизированная система измерения неравномерности осадок сооружения // Вестник ВолгГАСУ. Строительство и архитектура. - Волгоград, 2008. - Вып. 10 (29). - С. 128-134.
  9. Пат. № 2378457, Российская федерация, МПК E02D33/00. Система мониторинга здания, находящегося под действием возмущений от его фундамента / И.Н. Шардаков, В.П. Матвеенко, Р.В. Цветков, Л.А. Голотина; заявитель и патентообладатель ИМСС УрО РАН. - №2008145818; заявл. 19.11.2008; опубл. 10.01.2010.
  10. Цветков Р.В., Шардаков И.Н. Моделирование деформационных процессов в системе «грунтовое основание-фундамент-здание» при наличии карстовых явлений // Вычислительная механика сплошных сред. - 2010. - Т. 3, № 3. - С. 102-116.
  11. Salawu O.S. Detection of structural damage through changes in frequency: a review // Enginering Structures. - 1997. - Vol. 19 (9). - P. 718-723.
  12. The observed wander of the natural frequencies in a structure / J.F. Clinton, C.S. Bradford, T.H. Heaton, J. Favela // Bullеtin of Seismological Society of America. - 2006. - Vol. 96(1). - P. 237-257.
  13. Dynamic monitoring of a stadium suspension roof: Wind and temperature influence on modal parameters and structural response / N. Martins, E. Caetano, S. Diord, F. Magalhaes, A. Cunha // Engineering Structures. - 2014. - Vol. 59 - P. 80-94.
  14. Yuen K.V., Kuok S.C. Ambient interference in long-term monitoring of buildings // Engineering Structures. - 2010. - Vol. 32. - P. 2379-2386.
  15. Цветков Р.В., Шардаков И.Н. Оценка вибрационных процессов в системе «грунтовое основание-фундамент-здание» при мониторинге конструкции здания // XVII Зимняя школа по механике сплошных сред: тез. докл. Пермь, 28 февраля - 3 марта 2011 г. - Пермь-Екатеринбург, 2011. - С. 326.
  16. Матвеенко В.П., Федорова В.А., Шардаков И.Н. Теоретическое обоснование возможности построения волоконно-оптической системы мониторинга деформаций земной поверхности // Известия РАН. МТТ. - 2013. - № 5. - C. 46-52. == Matveenko V.P., Fedorova V.A., Shardakov I.N. Theoretical Justification of the Possibility of Constructing a Fiber-Optic Earth Surface Deformation Monitoring System // Mechanics of Solids. - 2013. - Vol. 48. - No. 5. - Р. 520-524.

Statistics

Views

Abstract - 25

PDF (Russian) - 6

Cited-By


PlumX


Copyright (c) 2014 Korepanov V.V., Tsvetkov R.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies