Effects on buildings of vibrations caused by traffic

The problem of the effect of traffic-generated vibrations on buildings, particularly masonry-built and historical buildings, has been in the centre of interest in recent years when traffic intensity and axle loads have grown considerably. The problem has been studied systematically, by the team of the Chair of Structural Mechanics of the Technical University in Prague, since 1964. The vibrations generated by passing vehicles cause, through the movement of foundations, forced vibrations of the building. The accuracy of the investigation of the natural vibrations of buildings depends on the suitable selection of the design pattern. The general form of the solution of the equations of motion describing the effect of the traffic-generated vibrations of the foundations of a symmetrical building as a system with n degrees of freedom in matrix form and when using normal coordinates can be obtained by means of Laplace transformation. The equations of motion in the case of an asymmetrical building and the expression of the matrix of masses, rigidities, attenuation, displacement vector and particularly the driving forces are introduced in this case. The problem of the determination of the matrix of the driving forces {F} is considered. Their forecast is based on experience and test results. In the framework of the solution of this problem a whole number of measurements of traffic-generated vibrations was carried out both on the roads, foundation soil, building foundations, and the buildings themselves as well as the moving vehicles invarious parts of Prague, Brno, in the urban architectural reservation of Český Krumlov and elsewhere. The most suitable pickups and measuring apparatus are described. The results are presented in the form of a probability histogram and tables of basic characteristics of the investigated statistical sets. Examples of some results are introduced. The danger of traffic-generated vibrations lies in that they are vibrations with very short periods varying between 0·005 and 0·5 sec. and very small amplitudes ranging between 0·1 and 20 μm, but considerable acceleration. Large frequency of occurrence of these minor vibrations manifests itself as a fatigue phenomen and influences unfavourably the urban living environment. It is necessary to coordinate and harmonize the requirements of modern transport with the requirements of the safety of buildings, particularly with the requirements of the protection of historical and cultural memorials and, last but not least, the requirements of a satisfactory living environment in cities. Le problème des effets de la vibration occasionnée par le trafic sur les édifices, particulièrement ceux en maçonnerie et historiques, entre au premier plan dans les dernières années, au cours desquelles ont grandement augmenté l'intensité du transport et ses charges sur les essieux. Nous nous occupons de ce problème systématiquement à la chaire de la stabilité des constructions à l'Enseignement Supérieur Technique Tchèque de Prague depuis 1964. La vibration provenant des véhicules circulants produit par le mouvement du fondement une oscillation forcée de l'édifice. La précision de l'investigation de l'oscillation des édifices elle-même dépend du choix approprié du schéma de calcul. La forme générale de la solution des équations de mouvement, décrivant l'effet de l'oscillation du fondement d'un édifice symétrique due au transport en tant que système avec n degrés de liberté en forme de matrice et en employant les coordonnées normales est obtenue par l'application de la transformation de Laplace. Équations de mouvement dans le cas d'un édifice asymétrique et le terme de la matrice des masses, des rigidités, de l'amortissement, du vecteur de déplacement et puis surtout des forces d'excitation dans ce cas. Problème de la détermination de la matrice des forces d'excitation {F}. Leur prédiction est le fruit des expériences et des résultats des épreuves. C'est pourquoi dans le cadre de la solution de ce problème on a fait un grand nombre de mesures des oscillations provoquées par le trafic aussi bien sur les voies, du sol de fondation, sur le fondement des immeubles et dans les immeubles eux-mêmes, que dans les véhicules circulants dans les diverses parties de Prague, Brno, dans la réservation municipale de monuments de Český Krumlov et ailleurs. Les reproducteurs et dispositifs de mesure les plus appropriés. Les résultats de mesure sont présentés sous forme d'un histogramme de distribution de vraisemblance et des tableaux des caractéristiques principales des ensembles statistiques surveillés. Exemples de quelques résultats. Le péril des secousses provenant du transport réside en ce qu'il s'agit des oscillations avec de durées d'oscillation courtes de 0,005 jusqu'à 0,5 de seconde et avec de très petites amplitudes dans une ampleur de 0,1 jusqu'à 20 μm, toutefois avec une accélération considérable. La grande quantité d'existences de cette menue oscillation se manifeste comme un phénomène de fatigue et influe défavorablement le milieu de vie urbain. Il faut mettre les exigences du transport moderne en harmonie avec les exigences de la sécurité des édifices, mais surtout avec les exigences de la protection des monuments historiques et culturels, et en non dernier lieu avec les exigences d'un milieu de vie favorable des villes. Das Problem der Einwirkungen der durch den Verkehr hervorgerufenen Schwingungen auf Gebäude, insbesonders auf gemauerte und historische Gebäude, tritt in den letzten Jahren, als die Verkehrsintensität und dessen Achslasten bedeutend angewachsen sind, in den Vordergrund. Mit diesem Problem befassen wir uns systematisch am Lehrstuhl der Baumechanik der Tschechischen Technischen Hochschule in Prag seit dem Jahr 1964. Die seitens der vorbeifahrenden Fahrzeuge hervorgerufenen Schwingungen verursachen durch die Bewegung der Fundamente eine erzwungene Oszillation des Gebäudes. Die Genauigkeit der Feststellung der Eigenschwingungen der Gebäude ist von der zweckdienlichen Wahl des Berechnungsschemas abhängig. Die allgemeine Form der Lösung der Bewegungsgleichungen, welche die Wirkungen der durch den Verkehr hervorgerufenen Schwingungen der Fundamente eines symmetrischen Gebäudes als ein System mit n Freiheitsgraden in Matrixform und bei Anwendung normaler Koordinaten beschreiben, wird durch Anwendung der Laplace-Transformation gewonnen. Die Bewegungsgleichungen im Falle eines assymmetrischen Gebäudes und die Ausdrückung der Matrix der Masse, der Steifheit, der Dämfung, des Versetzungsvektors und in diesem Fall insbesonders der Erregungskräfte. Die Frage der Bestimmung der Matrix der Erregungskräfte {F}. Ihre Voraussage ist auf Erfahrungen und auf Ergebnissen von Experimenten gegründet. Im Rahmen der Lösung dieses Problems hat man deshalb eine ganze Reihe von Messungen der durch den Verkehr hervorgerufenen Schwingungen sowohl auf den Fahrbahnen, des Fundamentenbodens, an den Gebäudefundamenten und an den Gebäuden selbst, als auch in den fahrenden Fahrzeugen in verschiedenen Stadtteilen von Prag, Brünn, in der historischen Reservation der Stadt Český Krumlov, und in anderen Orten durchgeführt. Die am meisten geeigneten Geber und Messeinrichtungen. Die Messergebnisse werden in Form eines Wahrscheinlichkeits-Histogramms und in Tabellen der fundamentalen Charakteristiken der beobachteten statistischen Sätze(Komplexe)vorgelegt. Beispiele einiger Ergebnisse. Die Gefahr der durch den Verkehr hervorgerufenen Erschütterungen liegt darin begründet, dass es sich um Schwingungen mit kurzer Schwingungsdauer von 0,005 bis 0,5 Sekunden und mit sehr kleinen Amplituden im Bereich von 0,1 bis 20 μm, aber mit bedeutender Beschleunigung handelt. Die grosse Menge des Vorkommens dieses kleinen Schwingens kommt als Ermüdungseffekt zum Vorschein und beeinflusst ungünstig das Lebensmilieu der Stadt. Es ist notwendig die Forderungen des modernen Verkehrs in Einklang mit Forderungen der Sicherheit der Gebäude, insbesonders aber mit den Forderungen des Denkmalschutzes der Geschichte und der Kultur, und nicht zuletzt auch mit den Forderungen an ein günstiges Milieu des Stadtlebens zu bringen.