Спосіб визначення ознак та локалізації місця зміни напружено-деформованого стану будівель, споруд

 

Винахід відноситься до галузі випробувань конструкцій або споруд на вібрацію, на ударні навантаження, а саме - до методів і засобів діагностики технічного стану проектуються, будуються, реконструюються будівельних об'єктів, у тому числі великопрольотних, висотних та інших унікальних будівель і споруд.

При виготовленні будівельних конструкцій, будівництві об'єктів промислового і цивільного призначення, обстеженні будівель і споруд, що підлягають реконструкції, проводиться контроль якості будівельних конструкцій і виробів у процесі їх виготовлення, а також діагностується їх стан в процесі експлуатації. Для контролю основних параметрів якості будівельних конструкцій, що характеризують міцність, жорсткість і стійкість, в даний час передбачено проведення вибіркових руйнівних випробувань, які є неефективними у процесі експлуатації об'єкта, не забезпечують достовірність результатів контролю, вимагають руйнування великої кількості виробів (Міждержавний стандарт ГОСТ 8829-94 «Методи випробувань навантаженням. Правила оцінки міцності, жорсткості, тріщиностійкості», введений в дію 17.07.1997). Для большепр78-2010 «Будинки і споруди. Правила обстеження і моніторингу технічного стану» і ГОСТ 31937-2011 «Будівлі і споруди. Правила обстеження і моніторингу технічного стану») передбачено створення автоматизованих систем моніторингу деформаційного стану несучих конструкцій.

Для ефективної роботи автоматизованих систем моніторингу будівельних конструкцій потрібні пасивні методи неруйнівного контролю, які можуть бути реалізовані в автоматизованому і/або автоматичному режимі і не вимагають застосування зовнішніх навантажень (ударних імпульсів, вібраційних машин). Методи, в основі яких лежить застосування зовнішніх навантажень (ударних імпульсів, вібраційних машин), не можуть бути використані на стадії експлуатації будівель, а реалізація їх в автоматизованому і/або автоматичному режимі економічно не обґрунтована.

Тому розробка нових пасивних методів неруйнівного контролю, інтегрально характеризують якість будівельних конструкцій, є вельми актуальним напрямком досліджень у теорії і споруд в області управління якістю будівельної продукції. Серед перспективних методів неруйнівного контролю якості особливе місце займають эксперимие методи контролю будівельних конструкцій, в основу яких покладено вібраційні методи, у тому числі методи, засновані на експериментально отриманої професором Коробко в. І. закономірності в будівельній механіці, полягає в наявності функціонального зв'язку між жорсткістю пружних конструкцій і їх основною частотою коливань. Отримана експериментальним шляхом залежність використана охороняється авторським свідоцтвом «Спосіб контролю жорсткості на вигин залізобетонних елементів» (SU 1640595, опубл. 07.04.1991, МКИ A1 G01M 7/02), згідно з яким жорсткість випробуваного виробу визначається як функція величини максимального прогину еталонного виробу, частот основного коливання еталонного і випробуваного виробів.

Недолік відомого аналога полягає в тому, що в ньому не вирішується задача визначення напружено-деформаційного стану об'єкта і місць локалізації обумовлюють його дефектів у випробуваному об'єкті.

Відомий спосіб неруйнівного контролю якості готового залізобетонного виробу (UA патент №2097727, опубл. 27.11.1997, G01M 7/02), згідно з яким контрольоване виріб встановлюють на опори, переважно у відповідності з умовами експлуатації, впливають на виріб за допомогою джерела порушено�трический сигнал, за розміром якого судять про амплітуду коливань вироби. Змінюючи частоту порушуваних коливань, отримують залежність амплітуди поздовжніх коливань від частоти коливань. За допомогою електронного осцилографа контролюють форму механічних коливань у виробі.

За отриманою амплітудно-частотній характеристиці поздовжніх коливань контрольованого виробу визначають резонансну частоту і логарифмічний декремент. Після відключення джерела збудження механічних коливань ті ж параметри визначають в режимі вільних затухаючих коливань вироби.

Отримані значення динамічних параметрів контрольованого виробу та/або зміни цих значень в залежності від рівнів енергії збудження поздовжніх коливань порівнюють із значеннями відповідних динамічних параметрів та/або змінами цих значень в залежності від рівня енергії збудження еталонного виробу, отриманих при тих же режимних параметрах. На підставі порівняння значень та/або змін значень динамічних параметрів еталонного і контрольованого виробів виносять судження про міцності, жорсткості, тріщиностійкості і величиною попереднього напруження арматури випробуваного вироби.

Недоцессе їх експлуатації, реконструкції, неможливість локалізувати дефекти контрольованій конструкції.

Відомий спосіб контролю інтегральних параметрів якості залізобетонних конструкцій у вигляді плоских і ребристих балкових плит (патент UA №2162218, опубл. 20.01.2001, МПК 7 G01N 3/32, G01 L5/04), який включає встановлення плити на стенді, закріплення на опорах, порушення плиті коливань на резонансній частоті, вимірювання цієї частоти коливань f і логарифмічного декремента загасання коливань δ і зіставлення отриманих динамічних характеристик з аналогічними характеристиками еталонних плит, при цьому здійснюють додаткове навантаження плити зосередженої навантаженням P, рівномірно розподіленої в поперечному напрямку плити і прикладається послідовно заданих перетинах прольоту L.

Додаткове навантаження зосередженої навантаженням великої маси, що прикладається в певних частинах прольоту, здійснюють для зменшення впливу дефекту неплоскостности нижньої межі залізобетонної плоскою або ребристою плит на їх динамічні характеристики в режимі згинальних коливань (за рахунок навантаження досягається більш щільне прилягання нижній грані плити до опорних пристроїв, а для ребрияние крутильной складової на поперечні коливання, що дає можливість більш точно визначити динамічні характеристики контрольованих плит і відповідно більш точно оцінити їх параметри якості за цим динамічним характеристикам. Для кожного етапу навантаження визначають відповідні динамічні характеристики і будують графічні залежності f-lp/L і δ-lp/L, де lp - координата перерізу, до якого прикладається зосереджена сила P, і за величиною відхилення цих кривих від еталонних судять про придатність конструкції контрольованими параметрами якості до експлуатації, а за формою відхилення - про місце розташування дефекту.

Недоліки відомого способу: незастосовність до висотних будівель, споруд складної конфігурації в процесі їх експлуатації, необхідність прикладання зосередженої сили, що ускладнює використання методу в автоматизованому режимі.

Технічний результат, на досягнення якого спрямований заявлений спосіб, полягає в підвищенні швидкодії і точності визначення деформаційно-напруженого стану контрольованого об'єкта, можливості використання способу при побудові автоматизованих систем моніторингу будівельних конструкцій будівель, розширення функциональн�виникнення, а також в розширенні області застосування шляхом поширення на висотні будівлі і унікальні споруди в процесі їх проектування, експлуатації, реконструкції, в умовах наявності як згинальних, так і крутильних коливань.

Спосіб заснований на аналізі тимчасових рядів коливань (зсуву, швидкості, прискорення) будівельних конструкцій будівель, споруд.

В основі способу лежить гіпотеза про те, що при зміні напружено-деформованого стану конструкцій змінюється енергія коливання конструкцій. У цьому випадку, якщо є інформація про параметри коливання конструкцій в різних точках будівлі, то зміна енергії коливання сигналізує про зміни напружено-деформованого стану у відповідних точках.

Згідно перетворення Фур'є періодичну функцію можна представити сумою окремих гармонійних складових (синусоїд і косинусоїд з різними амплітудами і частотами ω).

Гармонійні коливання являють собою переміщення по наступному закону:

X=A·sin(ωt+φ),

де

A - амплітуда коливання;

ω - частота коливання;

φ - фаза коливання.

Кінетична енергія гармонічних коливань обчислюється за наступною формулою:http://img.russianpatents.com/1212/12129672-s.jpg" height="13" width="19" />,

де

m - маса коливного тіла (точки)

v - швидкість коливного тіла (точки)

Швидкість гармонійних коливань є похідна від переміщення гармонійних коливань по часу:

Відповідно формула обчислення кінетичної енергії коливання приймає наступний вигляд:

Потенційна енергія гармонічних коливань відхилення коливної точки на відстані x від положення рівноваги обчислюється за формулою:

F - сила, що дорівнює добутку маси на прискорення:

,

тоді потенційна енергія приймає вигляд:

Повна енергія гармонічних коливань прийме вигляд:

Таким чином, повна енергія коливання прямо пропорційна масі, квадрату амплітуди і частоти коливання.

Відомо, що значення власних частот коливання пов'язані з масою і жорсткістю конструкції наступною залежністю:

,

де

m - маса;

k - жорсткість.

Якщо зафіксувати масу конструкцій як незмінну величину (в процесі експлуатації�ефектів розглядати як зміна жорсткості, тоді зміна A2·ω2вказує на виникнення дефектів у конструкціях будівлі.

Розрахунок даних параметрів може здійснюватися шляхом реєстрації прискорень (швидкостей, зміщень) коливань по одній або декількох осях X, Y, Z системи координат, пов'язаної з будівлею, із заданим часовим вікном (dT) в різних точках будівлі, розрахунку спектральних характеристик коливань в кожній такій точці, обчислення енергетичних параметрів A2·ω2у кожній точці і по кожній осі у вигляді суми квадрата творів амплітуд на відповідні частоти -S=inAi2ωi2, де n - кількість точок (частот) в спектрі, яке визначається довжиною запису коливань dT (тимчасового вікна). Для обчислення сумарного енергетичного параметра в точці здійснюється підсумовування енергетичних параметрів по осях S=Sx+Sy+Sz.

Зміну енергетичних параметрів з плином часу може визначатися як співвідношення St- значення енергетичного параметра в поточний моменті напружено-деформованого стану будівельних конструкцій для кожної точки вимірювання.

Згідно з викладеним значення зміни енергетичного параметра для моменту часу t визначається за формулою:

,

де

K - зміна енергетичного параметра,

St- значення параметра у момент часу t,

S0- значення параметра в попередній момент.

Здійсненність заявленого способу з досягненням заявленого технічного результату була перевірена на прикладі висотного 40-поверхової будівлі, проектна висота якого становить 138 м. Конструкції будівлі виконані з монолітного залізобетону. Висота типового поверху становить 3,3 м. На першому та другому поверхах під всією площею дворової території розташована підземна автостоянка, яка відокремлена деформаційним швом від висотної частини будинку. Для поперечного перетину (плану) висотної частини будівлі характерна перехресно-стінова схема несучих конструкцій з розташованим в центрі ядром жорсткості.

Для дослідження роботи методу була реалізована математична модель даної будівлі з використанням методу кінцевих елементів (Галлагер Р. Метод кінцевих елементів. Основи: Пров. з англ. - М: Світ, 1984) та перевірено її адекватність відповідним характеристикам реал�одное вібраційний вплив і реєструвалися коливання в заданих точках моделі) і модальний аналіз (розраховувалися форми коливань за власним частотам будівлі).

Адекватність математичної моделі перевірена шляхом порівняння характеристик коливань будівлі, отриманих за результатами експериментальних вимірювань і за результатами математичного моделювання.

Експериментальні вимірювання проводилися під час будівництва будівлі. Перші виміри були проведені на 12, 18 і 22 поверхах, коли будівлю було зведено висотою до 25 поверхів (~83 м). За результатами перших вимірів була проведена збіжність з результатами математичного моделювання та показано адекватність розробленої математичної моделі. Друга серія вимірювань була проведена, коли був зведений каркас будівлі вже повністю (40 поверхів), і велися роботи по облаштуванню фасадів. За результатами другої серії вимірювань були перевірені розрахункові дані (частоти та форми коливань), отримані за результатами моделювання, показана адекватність математичної моделі, розробленої для побудованого будинку з метою проведення подальших розрахунків з моделювання і прогнозу технічного стану об'єкта.

Експериментальні спектри коливань для недобудованої будівлі були отримані шляхом запису швидкостей коливань з частотою дискретизації 0,001 секунди з використанням ве�т використовуватися різні схеми вимірювань: вимірювання можуть проводитися на поверхах з порядковими номерами, де кожен наступний відрізняється від попереднього на постійну або змінну величину, вимірювання можуть проводитися датчиками, встановленими на відповідному поверсі по всім трьох осях будівлі або однієї з його осей - з погляду розв'язуваної задачі і декларованого технічного результату суттєво тільки збіг схеми реальних вимірів зі схемою, для якої будувалася модель будівлі.

Для визначення вхідного вібраційного впливу була проведена експериментальна запис швидкості коливань на рівні фундаментної плити (-2-го поверху) будівлі, що будується, яка потім використовувалася як вхідний вплив при розрахунку динамічних характеристик математичної моделі.

Велосиграмми, отримані для експериментальних і розрахункових записів швидкостей коливань для 22, 18 і 12 поверхів будівлі, приведені на фіг. 1. По осі абсцис кожного з графіків на фіг. 1 відкладено час у секундах, по осі ординат - швидкість в м/с.

В лівій колонці фіг. 1 позиціями a, c і e позначені велосиграмми, отримані для експериментальних записів швидкостей коливань для 22, 18 і 12 поверхів будівлі відповідно. В правій колонці фіг. 1 позиціями b, d і f позначені велосиграмми, отримані для розрахункових з�мі a, c і e позначені графіки спектрів швидкостей, отриманих для експериментальних записів швидкостей коливань для 22, 18 і 12 поверхів будівлі відповідно. В правій колонці фіг. 2 позиціями b, d і f позначені графіки спектрів швидкостей, отримані для розрахункових записів швидкостей коливань для 22, 18 і 12 поверхів моделі будівлі відповідно. По осі абсцис кожного з графіків відкладена частота в Гц, по осі ординат - амплітуда в м/с.

З аналізу експериментальних даних і даних, отриманих розрахунковим шляхом, видно гарна збіжність результатів. З експериментальних і розрахункових спектрів видно дві близькі частоти в районі 1.1-1.2 Гц. За результатами математичного моделювання визначено форми коливання. Перша форма коливання є крутильной на частоті 1.113 Гц, друга форма коливання є згинальної на частоті 1.248 Гц.

Друга серія вимірювань проводилася вже для побудованого будинку (40 поверхів). Реєстрація коливань проводилася акселерометрами GeoSIG GMS-18 в підвалі (-2 поверх), на 10-му, 20-му, 30-м і 40-м поверхах. Результати експериментальних і розрахункових записів прискорень (зміна значень прискорення в часі) представлені на фіг. 3. По осі абсцис кожного з графіків на фіг. 3 відкладено час у секундах, по � отримані для експериментальних записів прискорень коливань для 40-ого, 30-го, 20-го і 10-го поверхів будівлі відповідно. В правій колонці фіг. 3 позиціями b, d, f і h позначені графіки прискорень, отримані для розрахункових записів прискорень коливань для 40-го, 30-го, 20-го та 10-ого поверхів моделі будівлі відповідно.

Результати експериментальних (ліворуч) і розрахункових (праворуч) спектрів прискорень коливань представлені на фіг. 4, де позиціями a, c, e і g позначені графіки спектрів прискорень, отримані для експериментальних записів прискорень коливань для 40-го, 30-го, 20-го і 10-го поверхів будівлі відповідно. В правій колонці фіг.4 позиціями b, d, f і h позначені спектри прискорень, отримані для розрахункових записів прискорень коливань для 40-го, 30-го, 20-го і 10-го поверхів будівлі відповідно.

Аналіз графіків дозволяє бачити, що в побудованого будинку також є дві близькі за частотами форми коливання на частотах 0.5 Гц і 0.54 Гц (за результатами експерименту) і 0.52 Гц і 0.57 Гц (за результатами математичного моделювання). Різниця в сотих частках Гц між експериментальними і розрахунковими частотами пояснюється тим, що при побудові математичної моделі не враховувався вага фасадів будівлі, які при проведенні експериментальних вимірів були вже наполовину обус� порівнянні з тим, моделювання якого проводилося.

Наведені результати порівняння експериментальних вимірювань з результатами математичного моделювання свідчать про адекватність розробленої моделі.

Моделювання дефектів і перевірка роботи способу

Для перевірки можливості виявлення ознак і локалізації місць зміни напружено-деформованого стану конструкцій з використанням запропонованого способу у модель будівлі вводилися гіпотетичні дефекти.

Вихідна модель будівлі (без дефектів) прийнята як модель будівлі, яка відображає його початковий стан (в попередній момент часу).

Модель будівлі з дефектом прийнята як модель будівлі, яка відображає його поточний стан (в поточний момент часу).

Для забезпечення достовірності способу перевірки роботи були розглянуті 3 різні місця розташування дефекту на 20-му, 22-му і 25-му поверхах. Кожен варіант відповідає поточному моменту часу.

Для цього в математичну модель (послідовно для кожного варіанту) вносилися такі зміни:

- Зменшення модуля пружності бетону (марка B30) з 3.25*1010Па до 1.8*1010Па (що відповідає бетону марки B10) конструкцій у 20-ого поверху.

марки B10) у конструкцій 22-ого поверху.

- Зменшення модуля пружності бетону (марка B30) з 3.25*1010Па до 1.8*1010Па (що відповідає бетону марки B10) біля стін 25-ого поверху і з пониженням модуля пружності бетону (марка B40) з 3.6*1010Па до 1.8*1010Па (що відповідає бетону марки B10) у перекриття 25-ого поверху.

Заявлений спосіб для кожного з варіантів здійснювався наступним чином:

На вхід підстави кожної математичної моделі було задано трикомпонентні вібраційний вплив у вигляді згенерованого нормального шуму (фіг. 5).

Для початкової моделі (без дефекту) і для кожної моделі з дефектом були отримані записи прискорень по осях X, Y, Z завдовжки 120 секунд (dT) для кожного поверху (від 1-го до 40-го).

Для початкової моделі (без дефекту) на основі отриманих записів прискорень для кожної точки вимірювання (поверху) був розрахований спектр коливань (залежність амплітуди коливань від частоти), потім для кожної точки вимірювання (поверху) був розрахований енергетичний параметрS0m=inAim2wim2

Для кожної моделі з дефектом на основі отриманих записів прискорень по тому ж алгоритму, що і для бездефектної моделі, для кожного поверху також був розрахований свій енергетичний параметрStm=inAim2wim2(де n - кількість точок в спектрі, m - номер поверху, m-значення змінюються від 1 до 40).

Таким чином, отримані одновимірний масив розмірністю 40) значень енергетичного параметра для бездефектної моделі і три одновимірних масиву розмірністю 40) для енергетичних параметрів відповідних моделей з дефектами (Таблиця 1).

Таблиця 1
Номер поверху (m)Значення енергетичного параметра бездефектної моделі S0(попередній момент часу)Значення енергетичного параметра моделі дефектної St
Модель з дефектом на 25 поверсі (Поточний момент часу Варіант 3)
1S01St1St1St1
2S02St2St2St2
...............
40S040St40St40St40

Для кожного варіанту дефектної моделі було розраховано зміну енергетичного параметра K у відповідності з наступною залежністю:

Для цього потрібно отримати інтегральну енергію (по всіх напрямках X, Y, Z) в поточний момент часу (Stдля кожної точки вимірювання (точки від 1 до 40) та інтегральну енергію (по всіх напрямках X, Y, Z) в попередній момент �.е. розподіл параметра S, отриманого для кожної точки в поточний момент часу t на значення цього ж параметра для цієї ж точки в попередній момент часу. Тобто Stв точці №1 ділимо на S0в точці №1, Stв точці №2 ділимо на S0в точці №2 і таких операцій ділення, з урахуванням того, що m змінюється від 1 до 40, відповідно має бути 40 (за кількістю поверхів у будинку).

Блок-схема алгоритму розрахунку енергетичних параметрів (S0mі Stm) та зміни енергетичного параметра K наведена на фіг.6, де прийняті наступні позначення:

1. Блок реєстрації прискорень коливань по осі X моделі без дефекту;

2. Блок обчислення спектру коливань по осі X моделі без дефекту;

3. Блок обчислення суми поелементного квадрата твори амплітуди і частоти у відповідності з наступною залежністю:S0mj=inAim2wim2, де n - кількість точок (частот) в спектрі, j=x, m - номер точки вимірювання;

4. Блок реєстрації вус�кта;

6. Блок обчислення суми поелементного квадрата твори амплітуди і частоти у відповідності з наступною залежністю:S0mj=inAim2wim2, де n - кількість точок (частот) в спектрі, j=y, m - номер точки вимірювання;

7. Блок реєстрації прискорень коливань по осі Z моделі без дефекту;

8. Блок обчислення спектру коливань по осі Z моделі без дефекту;

9. Блок обчислення суми поелементного квадрата твори амплітуди і частоти у відповідності з наступною залежністю:S0mj=inAim2wim2, де n - кількість точок (частот) в спектрі, j=z, m - номер точки вимірювання;

10. Блок формування енергетичних параметрів S0mпоелементним підсумовуванням S0mx, S0myі S

12. Блок обчислення спектру коливань по осі X моделі з дефектом;

13. Блок обчислення суми поелементного квадрата твори амплітуди і частоти для моделі з дефектом у відповідності з наступною залежністю:Stmj=inAim2wim2, де n - кількість точок (частот) в спектрі, j=x, m - номер точки вимірювання;

14. Блок реєстрації прискорень коливань по осі Y моделі з дефектом;

15. Блок обчислення спектру коливань по осі Y моделі з дефектом;

16. Блок обчислення суми поелементного квадрата твори амплітуди і частоти для моделі з дефектом у відповідності з наступною залежністю:Stmj=inAim2wim2, де n - кількість точок (частот) в спектрі, j=у, m - номер точки вимірювання;

19. Блок обчислення суми поелементного квадрата твори амплітуди і частоти для моделі з дефектом у відповідності з наступною залежністю:Stmj=inAim2wim2, де n - кількість точок (частот) в спектрі, j=z, m - номер точки вимірювання;

20. Блок формування енергетичних параметрів Stmпоелементним підсумовуванням параметрів Stmx, Stmyі Stmz, отриманих відповідно в блоках 13, 16 і 19 для моделі з дефектом, де m - номер точки вимірювання;

21. Блок обчислення зміни енергетичного параметра Kmу відповідності з наступною залежністю:Km=StmS0m.

22. Блок обчислення максимальних відхилень значень K від 1 відповідно з заданим граничним значенням.

Робота алгоритму була перевірена для трьох варіантів распоарианте за вищенаведеним алгоритмом розраховувалися енергетичні параметри для кожної точки вимірювання Stm, значення яких ділилися на відповідні енергетичні параметри точок вимірювання S0mмоделі без дефекту.

Результати розрахунку критерію K за вищенаведеним алгоритмом для моделі з дефектом на 20-му поверсі представлені на фіг. 7, з дефектом на 22-му поверсі - на фіг. 8, з дефектом на 25-му поверсі - на фіг. 9.

Наведені графічні матеріали показують, що в точках, де K має найбільші відхилення від 1, мають місце найбільші зміни напружено-деформованого стану конструкцій. Відповідно за значенням зміни енергетичного параметра, отриманого поділом його значення в поточний момент часу значення в попередній момент часу, можна судити як про виникнення деформаційно-напружених станів конструкцій будівель/споруд, так і про місце, в якому такі стани виникли.

При реєстрації встановленими на будівлі/споруді датчиками швидкостей, прискорень, лінійних переміщень і т. п., параметрів безперервно або з якимсь дискретам, аналізуючи значення енергетичних спектрів у часі, можна отримати повну картину того, коли і в якому місці будівлі/споруди виникло деформаційно-напружений стан будівлі/споруди і як воно развивалосорони, чим більше кількість точок реєстрації, тим з більшою точністю можна визначити місце зміни напружено-деформованого стану конструкцій. Але з іншого боку, економічні міркування, об'єм обчислень і т. п. обмежують кількість точок реєстрації. Мінімум таких точок, при якому забезпечується необхідна точність визначення деформаційних напруг, їх локалізації, залежить від конструкції будівлі, споруди. Наприклад, у висотних будівлях точки реєстрації можуть розташовуватися через один або кілька поверхів, таким чином, можна локалізувати виникнення дефектів відповідно до одного або декількох поверхів, для протяжних об'єктів точки реєстрації можуть розташовуватися на кожному окремому прольоті, опирающемся на опори, таким чином, локалізація буде забезпечена з точністю до прольоту.

В вибрані, виходячи із зазначених міркувань, точках будівлі/споруди проводиться установка датчиків прискорень (швидкості, зміщення), необхідного реєструвального обладнання і матеріалів (кабельні мережі, аналого-цифрові перетворювачі, комутатори).

На підставі виміряних параметрів коливань проводиться розрахунок спектральних характеристик коливань�араметр S в кожній точці по кожній осі (X, Y, Z) у вигляді суми квадрата творів амплітуд на відповідні частоти -Sj=inAi2wi2, де n - кількість точок (частот) в спектрі, j - напрям (x, y, z).

Обчислюється сумарний енергетичний параметр у кожній точці S=Sx+Sy+Sz.

Обчислюється зміна критерію K з плином часу як відношення енергетичних параметрів S в поточний момент часу до енергетичних параметрів S в попередній момент часу для кожної точки реєстрації -K=StSo, де K - зміна енергетичного параметра So, St- значення енергетичного параметра у момент часу t, So- значення енергетичного параметра в попередній момент.

Проводиться порівняння поточних значень K, отриманих для кожної точки, з одиничним значенням. При поточних значеннях K, що відрізняються від одиничного значення на задане�мированних станів контрольованого будівлі/споруди. При перевищенні поточним значенням До заданого порогу і подальшому безперервному зростанні його значення за даними декількох вимірювань поспіль для однієї і тієї ж реєстраційної точки робиться висновок про наявність напружено-деформованих станів контрольованого об'єкта в такій точці.

Конкретна величина порогового значення K визначається для кожної будівлі, споруди залежно від проектних рішень і конструктивних особливостей, від заданої точності контролю зміни напружено-деформованого стану конструкцій, від допустимого діапазону зміни напружено-деформованого стану конструкцій, що задається конструкторами будівель, споруд.

Аналіз енергетичного параметра S з подальшим розрахунком критерію K за наведеною вище формулою окремо але напрямках X, Y, Z, дозволяє визначити напрямок, по якому в точці реєстрації утворилося зміна напружено-деформованого стану.

Змінюючи попередній момент часу (відносного якого визначається зміна напружено-деформованого стану), можна визначити, в який момент часу і де стався дефект.

1. Спосіб визначення ознак та локалізації місця изменездания, споруди, встановлення адекватності побудованої моделі реальному будівлі, споруді шляхом порівняння значень параметрів коливань реального будівлі, споруди та його моделі, для одних і тих же точок, визначення для кожного поверху математичної моделі будівлі, прольоту споруди енергетичного параметра S як функції творів квадратів амплітуд А і частот ω спектру коливань по кожній з осей, пов'язаних з будинком, спорудою, визначення енергетичного параметра в точці підсумовуванням його складових, отриманих для кожної осі, визначення зміни До енергетичного параметра будівлі, споруди з наступної залежності
, де
K - зміна енергетичного параметра,
St- значення енергетичного параметра у момент часу t,
So- значення енергетичного параметра в попередній момент,
порівняння значення K з одиничним значенням і для значень K, що відрізняються від одиничного значення на величину, що не перевищує задане граничне значення, винесення судження про відсутність у відповідних точках реєстрації напружено-деформованих станів контрольованих будівлі, споруди, при перевищенні поточним значенням�ної і тієї ж реєстраційної точки, виноситься судження про наявність напружено-деформованих станів контрольованого об'єкта в такій точці.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що амплітуди і частоти коливань визначають на основі зсуву, швидкості або прискорення коливань.

3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що переміщення, швидкості та прискорення коливань вимірюють в точках, які у висотних будівлях розташовують через один або кілька поверхів, а в лінійних спорудах - на кожному окремому прольоті, опирающемся на опори.

4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що локалізацію напрямку, в якому відбувається зміна напружено-деформованого стану будівлі, споруди, визначають шляхом порівняння значення енергетичного параметра S в поточний момент часу за обраним напрямом X, Y або Z зі значенням того ж параметра за тим же напрямом, визначеним для тієї ж точки реєстрації для попереднього моменту часу.

5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що для визначення розвитку напружено-деформованого стану будівлі, споруди у часі в якості попередніх моментів часу вибирають кілька моментів часу, що відділяють поточний момент часу від моменту часу, на ко�яких визначається зміна напружено-деформованого стану в часі, і для кожного з них визначають зміну енергетичного параметра K.



 

Схожі патенти:

Стенд для дослідження систем віброізоляції

Винахід відноситься до випробувального устаткування і може бути використане для дослідження систем віброізоляції. Стенд містить підставу, на якій розташовані додаткові плити з закріпленими на них виброизолируемими апаратами, та реєструючу апаратуру. При цьому на підставі встановлена апаратура літальних апаратів, у т. ч. два однакових бортових компресора для одержання стисненого повітря на борту літального апарату, при цьому один компресор встановлений на штатних гумових віброізоляторах, а інший компресор встановлений на досліджуваній двухмассовой системи віброізоляції. Ця система включає в себе гумові віброізолятори і упругодемпфирующую проміжну плиту з виброизоляторами, наприклад, у вигляді пластин з поліуретану. Останні, так само як і штатні гумові віброізолятори компресора, встановлені на жорсткій перебиранні, яка через вибродемпфирующую прокладку встановлена на підставі, а на жорсткій перебиранні, між компресорами, закріплений вибродатчик, сигнал з якого надходить на підсилювач та реєструючу апаратуру, наприклад октавний спектрометр, який працює в смузі частот. Потім порівнюють отримані амплітудно-частотні характериторой вони встановлені. Технічний результат полягає в розширенні технологічних можливостей випробувань об'єктів, що мають кілька пружних зв'язків з корпусними деталями літального об'єкта. 1 з.п. ф-ли, 4 іл.

Спосіб вібраційних випробувань радіоелектронної апаратури

Винахід відноситься до випробувальної техніки. Спосіб реалізують наступним чином. На випробовуваний виріб впливає гармонійна вібрація, відтворена на вібростенді і є еквівалентною ударних впливів, що виникають при транспортуванні вироби. Попередньо розрахунком визначають параметри імпульсу сили гармонійної вібрації Ігв, визначення імпульсу сили проводять у всьому діапазоні частот 5-60 Гц. Потім проводять порівняння отриманих імпульсів Ігв≥Іу, де Іу - імпульс сили еквівалентного ударного впливу, при близькості імпульсів сили, при цьому частота вібраційного впливу, на якій був отриманий близький до середнього значення імпульсу сили ударного впливу імпульс сили гармонійної вібрації Ігв, що відповідає умові Ігв≥Іу, приймається в якості частоти, на якій проводять випробування на транспортування. Технічний результат полягає в можливості заміни випробувань на транспортування випробуваннями на гармонійну вібрацію. 1 іл., 2 табл.

Спосіб модернізації двоколонної універсальної випробувальної машини з гідравлічним і механічним приводами

Винахід відноситься до випробування колон при центральному і відцентровому стисненні, а також елементів решітки ферм промислових і цивільних споруд великого габариту. Спосіб модернізації двоколонної універсальної випробувальної машини з гідравлічним і механічним приводами і підставами, нерухомо заанкеренним у фундаменті, на якому жорстко закріплена нерухома П-подібна рама, що складається з пари паралельних один одному колон, оголовки яких з'єднані один з одним в єдине ціле траверсою з гидропульсатором, а також має рухому по вертикалі раму, зібрану з верхньої опорної траверси і підвішеною до неї на парі гвинтових тяг нижньої траверси рухомої рами, переміщуваного по вертикалі черв'ячним приводом. Гидропульсатор демонтують, звільняють центральне наскрізний отвір в нерухомій траверсе, демонтують рухому траверсу рухомої рами, а гвинтові тяги рухомої рами приєднують фланцевими гайками до траверсі нерухомої рами. Корпус гидропульсатора нерухомо монтують по центру на фундаменті машини, забезпечують його плунжер сферичним шарніром, з пульта управління включають черв'ячний привід, коректують і фіксують проектну відмітку по висоті вЋваемой колони забезпечують сферичним шарніром, підтягують колону вгору, пропускають її крізь звільнене отвір в траверсі нерухомої рами, упирають сферичний шарнір оголовка по центру верхню опорну траверсу на проектній позначці. Технічний результат полягає в зниженні трудомісткості випробувань моделей колон великого масштабу, підвищення точності випробувань в діючих лабораторіях університетів та інститутів. 3 іл.

Пристрій для випробувань електронних плат на механічні дії

Винахід відноситься до випробувальної техніки, застосовуваної при міцнісних випробувань (зокрема, до випробувань на міцність електронних плат (ЕП) при виготовленні). Пристрій містить силовий каркас, включає кріплення для установки ЕП і опорні стійки, на яких фіксується натискний механізм, вимірювальний щуп і індикатор. Силовий каркас виконаний з чотирьох опорних стійок, з'єднаних стрижнями по периметру, причому до двом протилежним стержнів кріпляться поперечки з встановленими на них кріпленнями для ЕП, з можливістю переміщення ЕП вздовж паралельних стрижнів і вздовж поперечен. Над ЕП на опорні стійки розміщений кондуктор, виконаний з кільця з верхньої і нижньої сітками, в осередку яких встановлені индентори до упору в поверхню плати. Над кондуктором на опорні стійки закріплений натискний механізм, що складається з хрестовини з плитою, а вимірювальний щуп і індикатор зафіксовані в підвісну вузол на поперечках під ЕП. Кількість точок установки індентора визначається за формулами. Технічний результат: розробка простого навантажувального пристрою для випробувань на механічні впливу ЕП. 1 з.п. ф-ли, 7 іл.

Спосіб організації безперервного сейсмометрического моніторингу інженерних споруд та пристрій для його здійснення

Винаходи належать до контрольно-вимірювальної техніки і можуть бути використані в інженерних спорудах, що оснащуються системами безперервного сейсмометрического моніторингу. Спосіб включає наступні етапи: попереднє обстеження інженерної споруди методом стоячих хвиль, визначення форм власних коливань інженерної споруди, виділення вузлів і пучностей форм власних коливань інженерної споруди, установку трикомпонентних сейсмічних датчиків, виконання безперервного сейсмометрического моніторингу інженерної споруди. При цьому встановлення трикомпонентних сейсмічних датчиків здійснюють у місцях, відповідних місцях пучностей форм власних коливань інженерної споруди. Пристрій включає трикомпонентні сейсмічні датчики, які виконують безперервний сейсмічний моніторинг інженерної споруди. При цьому встановлення датчиків здійснюють у місцях, відповідних місцях пучностей форм власних коливань інженерної споруди. Технічний результат полягає в підвищенні достовірності визначення параметрів сейсмічних впливів на інженерну споруду. 2 н. п. ф-ли, 1 іл.

Спосіб контролю змін напружено-деформованого стану конструкцій будівель і споруд в системі моніторингу з недосконалою сенсорної мережею

Винахід відноситься до галузі будівництва, а саме до автоматизованих систем моніторингу технічного стану конструкцій будівлі або споруди в процесі його експлуатації. Контроль змін напружено-деформованого стану будівлі та споруди здійснюється шляхом обчислення коефіцієнтів кореляції в матрицях груп тісно пов'язаних сенсорів (асоціативних груп) над вибірками в ковзному часовому вікні. При цьому зниження величини середнього значення коефіцієнта детермінації сенсора щодо коефіцієнтів детермінації інших сенсорів групи свідчить про дефект відповідного сенсора («дрейф», «запинание», «фіксація»), а зниження величин середніх значень коефіцієнтів детермінації декількох сенсорів щодо коефіцієнтів детермінації інших сенсорів асоціативної групи є ознакою зміни напружено-деформованого стану відповідних елементів конструкції об'єкта та ініціює процедуру детальних обстежень. Аналіз показань сенсорів ведеться в просторі кореляційних характеристик (коефіцієнтів детермінації), які нівелюють (ігнорують) такі масові вади у налаштуваннях сенсорів, як сті системи, її надійності, розширення міжповірочного інтервалу сенсорів. 8 іл.

Спосіб визначення логарифмічних декрементів коливань по ширині резонансу коливань равноинтенсивних

Винахід відноситься до галузі експериментальних досліджень характеристик розсіювання енергії при коливаннях і може бути використане при дослідженнях динамічних характеристик міцності і стійкості конструкцій і матеріалів. При реалізації способу ширину резонансних піків визначають як різницю двох характерних частот, отриманих при перетині резонансних кривих на довільній висоті прямої, паралельної осі частот. Далі логарифмічні декременти коливань розраховують за відповідними формулами. Технічний результат полягає у спрощенні процесу досліджень. 2 іл.

Спосіб визначення логарифмічних декрементів коливань по ширині симетричної расстройки резонансу

Винахід відноситься до дослідження характеристик розсіювання енергії при коливаннях і може бути використане при дослідженнях технічних властивостей матеріалів, динамічних характеристик конструкцій і їх стійкості при змінних навантаженнях. В ході реалізації способу збуджують вимушені коливання випробуваного об'єкта, вимірюють і реєструють резонансну частоту fr і амплітуду qr=q(fr) одного з кінематичних параметрів коливань випробуваного об'єкта на резонансних частотах. Потім шляхом зміни частоти сили виробляють розстройці резонансу по частоті на величину Δf і реєструють амплітуду q1=q(fr-Δf) обраного кінематичного параметра на частоті f1=fr-Δf. Далі збуджують вимушені коливання випробуваного об'єкта на другий частоті f2=fr+Δf, реєструють амплітуду q2=q(fr+Δf) і обчислюють логарифмічний декремент коливань δ(Δf). Технічний результат полягає в спрощенні проведення процесу досліджень. 1 табл.

Спосіб визначення односторонніх логарифмічних декрементів коливань

Винахід відноситься до галузі експериментальних досліджень характеристик розсіювання енергії при коливаннях і може бути використано при дослідженні динамічних характеристик міцності і стійкості конструкцій і матеріалів. У пропонованому способі збуджують коливання досліджуваного об'єкта, реєструють резонансні частоти і кінематичний параметр при резонансних частотах, потім шляхом зміни частоти сили знижують кінематичний параметр до обраної величини, фіксують її і відповідну їй частоту коливань. За отриманими експериментальними значеннями частот і величин кінематичного параметра розраховують логарифмічні декременти коливань. Технічний результат полягає в спрощенні проведення процесу досліджень. 1 іл., 1 табл.

Стенд для дослідження і вибору параметрів вібраційного конвеєра із збільшеною продуктивністю

Стенд містить раму (1) з встановленим на ній з допомогою плоских похилих ресор (4, 5) жолобом (2) з закріпленими на його нижній поверхні ребрами жорсткості (3). Жолоб пов'язаний з встановленим на рамі кривошипно-шатунним приводом з регульованою частотою обертання двигуна. Висота змінних передніх ресор (5) дорівнює або менше висоти задніх ресор (4). Жолоб виконаний з постійно закріпленою на ньому обмежувальної задньою стінкою (8) та шарнірно закріпленої на нижній частині передньою стінкою (10) з можливістю її фіксації у вихідному вертикальному положенні фіксатором (11). Під передньою стінкою на рамі розміщений приймальний короб (12) для розвантаження в нього проби транспортованого вантажу (7). Стенд оснащений приладом для вимірювання часу розвантаження проби транспортованого вантажу з жолоба в приймальний жолоб. Забезпечується оптимізація параметрів проектованого виброконвейера. 1 іл.
Up!