Способ определения изменений напряженно-деформированного состояния конструкций здания или сооружения сложной пространственной формы

Способ определения изменений напряженно-деформированного состояния конструкций здания или сооружения сложной пространственной формы

Реферат

Изобретение относится к области строительства и касается способа определения изменений напряженно-деформированного состояния конструкций здания или сооружения сложной пространственной формы в процессе их эксплуатации.

Известен способ определения физического состояния зданий и сооружений, заключающийся в том, что измерения пространственных колебаний осуществляют посредством трехкомпонентных перемещаемых по точкам схемы наблюдений вибродатчиков, определяют присущий каждому зданию или сооружению индивидуальный комплекс параметров динамических характеристик собственных пространственных колебаний и устанавливают на основании этого наличие изменения свойств подстилающего грунта и дефектов в конструкции объекта, возникших в процессе его эксплуатации, а также определяют физическое состояние объекта и оценивают безопасность дальнейшей его эксплуатации, возможность ремонта, реконструкции или необходимость сноса объекта (патент РФ №2140625, G 01 M 7/00, 1999).

В известном решении для установления наличия изменений свойств подстилающего грунта и дефектов в здании или сооружении, возникающих в процессе эксплуатации, в основу способа положены два физических явления: каждому объекту присущ индивидуальный комплекс параметров динамических характеристик пространственных колебаний и микросейсмический фон естественного и техногенного происхождения вызывает собственные колебания объектов. Однако при этом не учитывается, что здания и сооружения представляют собой сложные динамические системы, индивидуальный комплекс параметров динамических характеристик пространственных колебаний которых зависит от уровня и места приложения динамической нагрузки, вызывающей их колебания, и измерения, полученные при разных уровнях микросейсм (в том числе приложенных в различных местах), не должны давать одинаковые результаты, даже если состояние объекта не изменилось. Кроме того, регистрация колебаний в разных точках здания или сооружения существенно искажается при повторных неточностях размещения вибродатчиков относительно осей здания или сооружения.

Следует отметить также, что в известном способе под физическим состоянием объекта понимается техническое состояние здания или сооружения, в противном случае оно неинтересно ни при эксплуатации, ни при строительстве объекта (терминология СП 13-102-2003). Техническое же состояние объекта определяется на основании других способов, не использующих приемы известного способа.

Кроме того, оценка безопасности дальнейшей эксплуатации объекта основана на определении его технического состояния, а оценка возможности ремонта, реконструкции или необходимости сноса объекта определяется на основании его технического состояния и других экономических факторов.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ определения изменений напряженно-деформированного состояния конструкций здания или сооружения по патенту РФ №2254426, E 04 G 23100, 04.10.2004 г.

Способ заключается в том, что здание или сооружение разделяют по высоте на зоны от 3 до 5 этажей, измерение пространственных колебаний осуществляют неоднократно в процессе эксплуатации посредством трехкомпонентных вибродатчиков, устанавливаемых на границе каждой из зон стационарно, причем перед регистрацией колебаний осуществляют динамическую нагрузку, например неупругий удар в виде широкополосного импульса с частотным диапазоном, перекрывающим область собственных колебаний исследуемой зоны здания или сооружения, на границе двух исследуемых зон здания или сооружения, после чего последовательно измеряют колебания в трех точках: вблизи места приложения динамической нагрузки, на противоположных границах нижерасположенной и вышерасположенной зон, а передаточные функции для каждой из исследуемых зон определяют как отношение спектров мощности одновременно зарегистрированных сигналов в двух точках: в месте регистрации отклика на динамическую нагрузку в виде импульса, прошедшего через зону, и в месте приложения динамической нагрузки.

Известный способ может быть применен для определения изменений напряженно-деформированного состояния конструкций здания или сооружения только простой пространственной формы.

Предлагаемым изобретением решается задача определения конкретной зоны, где произошли изменения напряженно-деформированного состояния конструкций, в здании или сооружении сложной пространственной формы.

Для достижения указанной технической задачи в способе определения изменений напряженно-деформированного состояния конструкций здания или сооружения сложной пространственной формы, заключающемся в том, что здание или сооружение разделяют по высоте на зоны от 3 до 5 этажей, трехкопонентные датчики устанавливают на границе каждой из зон стационарно, осуществляют динамическую нагрузку на границе двух исследуемых зон здания или сооружения, неоднократно производят посредством вибродатчиков измерение пространственных колебаний в процессе эксплуатации здания или сооружения вблизи места приложения динамической нагрузки и на противоположных границах нижерасположенной и вышерасположенной зон и определяют передаточные функции как отношение спектров мощности одновременно зарегистрированных сигналов в месте регистрации отклика на динамическую нагрузку в виде импульса, прошедшего через зону, и в месте приложения динамической нагрузки, осуществляют разделение здания или сооружения сложной пространственной формы вертикальными сечениями на части простой пространственной формы, при этом разделение по высоте на зоны от 3 до 5 этажей производят отдельно для каждой части простой пространственной формы здания или сооружения, выравнивают границы зон для всех частей простой пространственной формы здания или сооружения на уровне первого этажа, трехкомпонентные вибродатчики устанавливают по вертикальной оси в каждой части простой пространственной формы, а измерение пространственных колебаний осуществляют также на противоположных границах примыкающих зон относительно зоны приложения динамической нагрузки по горизонтали на уровне приложения динамической нагрузки в местах установки трехкомпонентных вибродатчиков примыкающих зон частей простой пространственной формы здания или сооружения.

Признаки, отличающие предлагаемый способ определения изменения напряженно-деформированного состояния конструкций здания или сооружения сложной пространственной формы от наиболее близкого к нему известного способа по патенту Российской Федерации №2254426, заключаются в том, что осуществляют разделение здания или сооружения сложной пространственной формы вертикальными сечениями на части простой пространственной формы, при этом разделение по высоте на зоны от 3 до 5 этажей производят отдельно для каждой части простой пространственной формы здания или сооружения, выравнивают границы зон для всех частей простой пространственной формы здания или сооружения на уровне первого этажа, при этом трехкомпонентные вибродатчики устанавливают по вертикальной оси в каждой части простой пространственной формы, а измерение пространственных колебаний осуществляют также на противоположных границах примыкающих зон относительно зоны приложения динамической нагрузки по горизонтали на уровне приложения динамической нагрузки в местах установки трехкомпонентных вибродатчиков примыкающих зон частей простой пространственной формы здания или сооружения.

На чертеже схематически изображено здание или сооружение сложной пространственной формы.

Способ осуществляют следующим образом.

Здание или сооружение сложной пространственной формы разделяют вертикальными сечениями на части 1, 2 и 3 простой пространственной формы, при этом разделение по высоте на зоны от 3 до 5 этажей, включая грунтовое основание, производят отдельно для каждой части простой пространственной формы, выравнивая границы зон для всех частей простой пространственной формы здания или сооружения на уровне первого этажа. Такое разделение, с одной стороны, ограничивается частотным диапазоном прилагаемой динамической нагрузки - неупругого удара в виде широкополосного импульса, которую возможно создать для охвата собственных колебаний 3-5 этажей зданий по уровню интенсивности, превышающему уровень динамического шума (микросейсм), а с другой стороны, ограничивается экономической целесообразностью последующего объема обследования технического состояния в случае выявления существенного изменения напряженно-деформированного состояния конструкций в той или иной зоне здания или сооружения. На границах этих зон стационарно устанавливают трехкомпонентные вибродатчики, которые размещают по вертикальной оси в каждой части простой пространственной формы.

С помощью вибродатчиков и регистрирующей аппаратуры осуществляют последовательно в частотном диапазоне от 0,5 до 50 Гц (частота квантования 400 Гц) одновременную регистрацию пространственных колебаний в каждых трех последовательных точках расположения вибродатчиков, например 4, 5 и 6 или 7, 5 и 8, осуществляя каждый раз динамическую нагрузку вблизи точки 5. По этим данным строят спектры мощности зарегистрированных сигналов в каждой из трех точек, а затем передаточные функции, представляющие собой отношения этих спектров. При этом отношение спектра в вышележащей точке 8 к спектру в точке 5 характеризует свойства верхней исследуемой зоны части 2 здания или сооружения, через которую прошел заданный импульс, отношение спектра в нижележащей точке 7 к спектру в точке 5 характеризует свойства нижней исследуемой зоны части 2 здания или сооружения, через которую прошел заданный импульс, отношение спектра в точке 6 к спектру в точке 5 и отношение спектра в точке 4 к спектру в точке 5 характеризуют свойства примыкающих зон соответственно частей 1 и 3 простой пространственной формы.

Таким образом, при каждом таком измерении получают две передаточные функции для двух исследуемых зон здания или сооружения. При следующем по очереди измерении в трех точках получают опять две передаточные функции, причем в предыдущем и последующем измерениях получают передаточные функции для одной и той же зоны здания или сооружения, которые, однако, не обязаны совпадать, так как в одном случае сигнал шел снизу вверх, во втором - сверху в низ, в третьем - слева направо, в четвертом - справа налево.

Получив комплект передаточных функций для всех выделенных зон частей простой пространственной формы здания или сооружения, проводят сравнение передаточных функций для каждой зоны здания или сооружения с соответствующими им передаточными функциями, полученными при измерениях в более ранний период эксплуатации. Производя такой анализ с учетом плановых перераспределений нагрузок в здании или сооружении (реконструкции, перепланировки, перемещение тяжелого оборудования и др.), выявляют зоны здания или сооружения, для которых изменились передаточные функции, т.е. для которых произошло изменение напряженно-деформированного состояния конструкций и которые требуют проведения обследования технического состояния конструкций. На основании обследования устанавливают категорию технического состояния конструкций, т.е. оценивают безопасность дальнейшей эксплуатации объекта, необходимость восстановительных или усилительных мероприятий, возможность того или иного варианта реконструкции.

Способ определения изменений напряженно-деформированного состояния конструкций здания или сооружения сложной пространственной формы, заключающийся в том, что здание или сооружение разделяют по высоте на зоны от 3 до 5 этажей, трехкомпонентные вибродатчики устанавливают на границе каждой из зон стационарно, осуществляют динамическую нагрузку на границе двух исследуемых зон здания или сооружения, неоднократно производят посредством вибродатчиков измерение пространственных колебаний в процессе эксплуатации здания или сооружения вблизи места приложения динамической нагрузки и на противоположных границах нижерасположенной и вышерасположенной зон и определяют передаточные функции как отношение спектров мощности одновременно зарегистрированных сигналов в месте регистрации отклика на динамическую нагрузку в виде импульса, прошедшего через зону, и в месте приложения динамической нагрузки, отличающийся тем, что осуществляют разделение здания или сооружения сложной пространственной формы вертикальными сечениями на части простой пространственной формы, при этом разделение по высоте на зоны от 3 до 5 этажей производят отдельно для каждой части простой пространственной формы здания или сооружения, выравнивают границы зон для всех частей простой пространственной формы здания или сооружения на уровне первого этажа, при этом трехкомпонентные вибродатчики устанавливают по вертикальной оси в каждой части простой пространственной формы, а измерение пространственных колебаний осуществляют также на противоположных границах примыкающих зон относительно зоны приложения динамической нагрузки по горизонтали на уровне приложения динамической нагрузки в местах установки трехкомпонентных вибродатчиков примыкающих зон частей простой пространственной формы здания или сооружения.