RU2011174C1

RU2011174C1 - Method of dynamically testing buildings and structures

Info

Publication number: RU2011174C1
Authority: RU
Inventors: Б.В. Багрянов; А.А. Беспаев; И.Н. Будников; С.А. Новиков; Л.М. Тимонин
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики
Priority date: 1990-07-09
Filing date: 1990-07-09
Publication date: 1994-04-15

Abstract

FIELD: determining dynamic characteristics of buildings. SUBSTANCE: method involves the steps of: applying a shock pulse train to one or opposite walls of an object to be tested so as to excite its resonance oscillations. The pulses are applied with the aid of groups of strikers located at different levels and having explosive charges. Time intervals between pulses are set in accordance with actual periods of natural oscillations of the object. For this purpose each succeeding group of charges is blown up using a signal from a response sensor of the object to the shock excitation. The sensors are disposed at different levels on the wall opposite to corresponding group of the strikers. EFFECT: enhanced accuracy. 1 dwg

Description

Изобретение относится к испытанию строительных сооружений, в частности к исследованию динамической прочности конструкций и колебаний сложных крупномасштабных систем, и может быть использовано при определении сейсмостойкости натурных зданий и промышленных сооружений, а также для оценки качества строительных работ на возводимых объектах непосредственно на строительных площадках. The invention relates to the test of building structures, in particular to the study of the dynamic strength of structures and vibrations of complex large-scale systems, and can be used to determine the earthquake resistance of full-scale buildings and industrial structures, as well as to assess the quality of construction work on constructed objects directly on construction sites.

Известен способ динамических испытаний зданий и сооружений, по которому возбуждают колебания испытуемого объекта с помощью дебалансных вибровозбудителей, устанавливаемых на объекте [1] . A known method of dynamic testing of buildings and structures, which excite the vibration of the test object using unbalanced vibration exciters installed on the object [1].

Наиболее близким к изобретению по техническому существу является способ динамических испытаний зданий и сооружений, по которому возбуждают колебания испытуемого объекта на собственных частотах воздействием на него последовательности ударных импульсов, генерируемых путем подземного подрыва групп зарядов ВВ, устанавливаемых на разных уровнях, с помощью устанавливаемых на разных уровнях объекта датчиков регистрируют его отклик и по измеренным параметрам колебаний судят о динамических характеристиках объекта [2] . Closest to the invention, the technical essence is a method for dynamic testing of buildings and structures, in which oscillations of the test object at natural frequencies are excited by the action of a sequence of shock pulses generated by underground blasting of explosive charge groups that are set at different levels, using set at different levels the object of the sensors record its response and the measured parameters of the oscillations judge the dynamic characteristics of the object [2].

Известный способ используется при исследовании опытных образцов сооружений на специальных взрывных полигонах, но не может быть применен в условиях существующей окружающей застройки из-за нежелательного воздействия волн, распространяющихся в грунте, на соседние с испытуемым объектом здания или сооружения. Кроме того, осуществление известного способа требует значительных затрат, обусловленных необходимостью бурения шурфов для размещения в них зарядов ВВ. The known method is used in the study of prototypes of structures at special explosive training grounds, but cannot be applied in the conditions of the existing surrounding buildings due to the undesirable effect of waves propagating in the ground on buildings or structures adjacent to the test object. In addition, the implementation of the known method requires significant costs due to the need for drilling pits to accommodate explosive charges in them.

Цель изобретения - расширение возможностей использования способа и повышение экономичности испытаний. The purpose of the invention is the expansion of the possibilities of using the method and increasing the efficiency of the tests.

Это достигается тем, что в способе динамических испытаний зданий и сооружений, по которому возбуждают колебания испытуемого объекта на его собственных частотах воздействием на него последовательности ударных импульсов, генерируемых путем подрыва групп зарядов ВВ, устанавливаемых на разных уровнях, с помощью устанавливаемых на разных уровнях объекта датчиков регистрируют его отклик и по измеренным параметрам колебаний судят о динамических характеристиках объекта, возбуждающие импульсы прикладывают к одной или противоположным стенам с помощью размещенных на них групп ударников, на которые нанесены заряды ВВ, датчики отклика устанавливают на противоположной от соответствующей группы ударников стене, при этом интервалы времени между импульсами задают в соответствии с фактическими периодами собственных колебаний объекта, используя для подрыва каждой последующей группы зарядов сигнал датчика отклика. This is achieved by the fact that in the method of dynamic testing of buildings and structures, according to which oscillations of the test object are excited at its own frequencies by exposure to it a sequence of shock pulses generated by undermining groups of explosive charges, set at different levels, using sensors installed at different levels of the object record its response and measure the dynamic characteristics of the object by the measured oscillation parameters, exciting pulses are applied to one or the opposite walls using the groups of projectiles placed on them, on which explosive charges are applied, the response sensors are mounted on the wall opposite from the corresponding group of projectiles, while the time intervals between pulses are set in accordance with the actual periods of natural vibrations of the object, using a sensor signal to undermine each subsequent group of charges response.

На чертеже изображен импульсный силовозбудитель, применяемый для осуществления описываемого способа. The drawing shows a pulsed exciter used to implement the described method.

Испытания здания или сооружения по описываемому способу осуществляют следующим образом. Tests of a building or structure according to the described method is as follows.

На одной или противоположных стенах испытуемого объекта на различных уровнях размещают группы ударников с нанесенными на них зарядами ВВ, а на противоположной от соответствующей группы ударников стене - датчики (вибродатчики). Производя подрыв группы зарядов, прикладывают к испытуемому объекту ударникам начальный калиброванный ударный импульс, возбуждающий колебания объекта на его собственных частотах. С помощью системы автоматического измерения и управления по сигналам датчиков определяются фактические значения периодов собственных колебаний объекта и в соответствии с ними последовательно производится подрыв последующих групп зарядов ВВ в моменты времени, соответствующие началу выхода объекта из положения максимального отклонения от положения равновесия, в результате чего испытуемый объект подвергается воздействию последовательности ударных импульсов, возбуждающих его резонансные колебания. По измеренным параметрам колебаний судят о динамических характеристиках объекта. On one or opposite walls of the test object at different levels, groups of projectiles with explosive charges deposited on them are placed, and sensors (vibration sensors) are located on the wall opposite from the corresponding group of projectors. By undermining a group of charges, an initial calibrated shock pulse is applied to the object under test, which excites the object’s vibrations at its natural frequencies. Using the system of automatic measurement and control, the actual values of the periods of natural vibrations of the object are determined from the sensors and in accordance with them, successive groups of explosive charges are subsequently detonated at time points corresponding to the beginning of the object's exit from the position of maximum deviation from the equilibrium position, as a result of which the test object exposed to a sequence of shock pulses exciting its resonant vibrations. The measured parameters of the oscillations judge the dynamic characteristics of the object.

Использовались импульсные силовозбудители, содержащие крешер 1 и ударник 2 с зарядом 3 ВВ на его торцовой поверхности. Для гашения воздушных ударных волн ВВ окружается слоем газожидкостной пены 4. Применение "подпора" 5 (вода, песок, твердые тела) со стороны ВВ снижает количество ВВ, необходимое для создания заданного ударного импульса. В качестве материала крешера применяется полистирол ПС-8 или его аналог. Заряд ВВ - листовой, с критическим диаметром 0,5 мм и жестко регламентируемой скоростью детонации. Для инициирования используются безопасные электродетонаторы типа АТЭД-15 на основе бризантных веществ со временем срабатывания 2˙10^-6 с. Подрыв электродетонатора производится от малогабаритного генератора импульсов типа ТБГИ-112, подающего на мостик электродетонатора импульс 10 кВ за время 1˙ 10^-6 с. Использование крешера из низкомодульных материалов типа ПС-8 обеспечивает нагружение зданий АЭС и других промышленных и гражданских сооружений пульсами с амплитудой давления до 100 т/м² и более при длительности переднего фронта 0,01-0,5 с по заданной программе с временным разрешением на уровне 10^-5 с. Может быть реализована многократная последовательность импульсов в нескольких точках испытуемого объекта в интервале времени от одной секунды до нескольких десятков секунд.We used pulsed exciters containing crash 1 and firing pin 2 with a charge of 3 explosives on its end surface. To suppress air shock waves, the explosive is surrounded by a layer of gas-liquid foam 4. The use of “backwater” 5 (water, sand, solids) from the explosive side reduces the amount of explosive needed to create a given shock pulse. PS-8 polystyrene or its analogue is used as the material of the crash. The explosive charge is a sheet with a critical diameter of 0.5 mm and is strictly regulated by the detonation speed. For initiation, safe electric detonators of the ATED-15 type based on brisant substances with a response time of 2˙10 ^-6 s are used. The detonator is detonated from a small-sized pulse generator of the TBGI-112 type, which supplies a 10 kV impulse to the bridge of the detonator in 1˙ 10 ^-6 s. The use of a crasher made of low-modulus materials of the PS-8 type provides loading of NPP buildings and other industrial and civil structures with pulses with a pressure amplitude of up to 100 t / m ² or more with a leading edge duration of 0.01-0.5 s according to a specified program with a time resolution of level 10 ^-5 s. A multiple sequence of pulses can be realized at several points of the test object in the time interval from one second to several tens of seconds.

Подбор параметров силовозбудителей производится по исходным данным, установленным при проектировании здания (сооружения): ожидаемый период собственных колебаний τ_о, допускаемые давления в местах нагружения σ_о. По этим данным определяются максимальное усилие Р в точке приложения импульса и длительность τ_и импульса. Вследствие неопределенности реальных свойств грунта и исследуемого объекта его период собственных колебаний устанавливается в некотором диапазоне τ_min < τ_о < τ_max. Для эффективного использования энергии нагружения задается τ_и < <τ_min/4. По заданным Р и τ_и определяется величина ударного импульса I = β˙ P ˙τ_и, где β- коэффициент формы импульса. Полная энергия нагружения определяется по соотношению Е_о = I²/2m_у + α˙Е_о, где m_у - масса ударника; α- коэффициент, учитывающий потерю энергии на деформацию крешера. Выбирая массу ударника, определяют его начальную v_o и среднюю v_ср скорости: v_o = I/m_у и v_ср = v_o/2. Затем находят параметры крешера и необходимую массу заряда ВВ. Начальную высоту l_o крешера вычисляют по формуле l_o = v_cp˙ τ_и/ε , где ε - деформация крешера до начала резкого упрочнения. Необходимая площадь поперечного сечения крешера F = P/ σ_o. Необходимая масса заряда ВВ m_BB = I/I_o, где I_o - удельный импульс ВВ.The selection of the parameters of the exciters is made according to the initial data established during the design of the building (structure): the expected period of natural vibrations τ _о , allowable pressure in the places of loading σ _о . According to these data, the maximum force P at the point of application of the pulse and the duration τ _and pulse are determined. Due to the uncertainty of the real properties of the soil and the studied object, its period of natural vibrations is set in a certain range of τ _min <τ _о <τ _max . For the efficient use of the loading energy, τ _and << _min / 4 are specified. Given P and τ _{, the} magnitude of the shock pulse is determined I = β˙ P ˙τ _and , where β is the pulse shape coefficient. The total loading energy is determined by the relation E _о = I ² / 2m _у + α˙Е _о , where m _у is the mass of the impactor; α- coefficient taking into account the energy loss due to deformation of the crash. Choosing the mass of the hammer, determine its initial v _o and average v _sr speed: v _o = I / m _y and v _sr = v _o / 2. Then find the parameters of the crasher and the necessary mass of explosive charge. The initial height l _{o of the} crasher is calculated by the formula l _o = v _cp ˙ τ _and / ε, where ε is the deformation of the crasher before the beginning of sharp hardening. The required cross-sectional area of the crash F = P / σ _o . The necessary mass of explosive charge m _BB = I / I _o , where I _o is the specific impulse of the explosive.

П р и м е р. Р = 5000 кг, τ_и = 0,1 с, при линейном законе нарастания силы: I = 250 кг˙ с l_o = 1,2 м, F = 0,25 м², G_у (вес ударника) = 200 кг. m_ВВ равна 1000 г при разгрузке в воздух, 330 г при "подпоре" слоем воды толщиной 5 см, 100 г при "подпоре" стальной или бетонной пластиной. (56) 1. Испытательные приборы и стенды. Экспресс-информация. М. : ВИНИТИ, 1973, N 47, реф. 277, с. 35-42.PRI me R. P = 5000 kg, τ _and = 0.1 s, with a linear law of increase in strength: I = 250 kg˙ with l _o = 1.2 m, F = 0.25 m ² , G _y (weight of the hammer) = 200 kg . m of _explosive is equal to 1000 g when unloading into the air, 330 g for “backwater” with a 5 cm thick water layer, 100 g for “backwater” with a steel or concrete plate. (56) 1. Testing devices and stands. Express information. M.: VINITI, 1973, N 47, ref. 277, p. 35-42.

2. Негматуллаев С. Х. и др. Предварительные результаты испытания опытного образца каркасно-капельного здания сейсмовзрывным воздействием: Сборник советско-американских работ по прогнозу землетрясений. Душанбе: Донши, 1979, кн. 2, т. 2, с. 102-120. 2. Negmatullaev S. Kh. Et al. Preliminary results of testing a prototype of a frame-and-drop building with seismic and explosive effects: Collection of Soviet-American work on earthquake prediction. Dushanbe: Donshi, 1979, Prince. 2, v. 2, p. 102-120.

Claims

METHOD OF DYNAMIC TESTS OF BUILDINGS AND STRUCTURES, according to which oscillations of the test object at natural frequencies are excited by the action of a sequence of shock pulses generated by undermining groups of explosive charges installed at different levels, using the sensors installed at different levels of the object, they record its response and the measured parameters oscillations are judged on the dynamic characteristics of the object, characterized in that the exciting pulses are applied to one or opposite walls with the help of of the groups of projectiles placed on them, on which explosive charges are applied, the response sensors are installed on the wall opposite to the corresponding group of projectiles, and the time intervals between pulses are set in accordance with the actual periods of the object’s natural vibrations, using the response sensor signal to undermine each subsequent group of charges .