RU2362136C1

RU2362136C1 - Method for impact testing of construction

Info

Publication number: RU2362136C1
Application number: RU2007147487/28A
Authority: RU
Inventors: Олег Григорьевич Кумпяк (RU); Олег Григорьевич Кумпяк; Георгий Иванович Однокопылов (RU); Георгий Иванович Однокопылов; Павел Викторович Дзюба (RU); Павел Викторович Дзюба
Priority date: 2007-12-19
Filing date: 2007-12-19
Publication date: 2009-07-20

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention is referred to dynamic impact of constructions, mainly of reinforced concrete constructions. Method for impact testing of construction consists of preliminary determination of construction fundamental frequency; after this construction is subjected to impact load providing maximum possible deformation. At that fundamental frequency is determined by resonant-frequency method. Then, without position changing of construction fracturing blow is made. Received data are processed; higher harmonics of natural oscillation are filtered from lower harmonics, which frequency corresponds to measured construction fundamental frequency. To determine fundamental oscillation frequency in construction, vibrator is used for oscillations, which are registered by acceleration unit signal; fundamental frequency is determined against maximum resonance value; real values of dynamic parametres are evaluated by received data.

EFFECT: provides increase in test reliability.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике испытаний конструкций на динамические воздействия, преимущественно железобетонных конструкций, и обеспечивает повышение достоверности испытаний.The invention relates to techniques for testing structures for dynamic effects, mainly reinforced concrete structures, and provides increased reliability of the tests.

Аналогом заявляемого способа является способ вибрационных испытаний объектов по патенту РФ на изобретение № 1773164. Способ включает в себя определение собственной частоты f₀ и добротности Q испытуемого объекта, а затем воздействие на объект гармонической вибрацией с амплитудой, выбранной в соответствии со значениями f₀, Q, из V и условия равенства максимальных реакций объекта при гармонической и имитируемой случайной вибрации. Определяют зависимости собственной частоты f₀ и добротности Q от амплитуды А_г гармонической вибрации f₀(A_г), Q(A_г), из полученных зависимостей находят значение собственной частоты f₀₁ и добротности Q₁ при среднем значении амплитуды А_г из диапазона заданных значений, затем вычисляют при добротности Q₁ соответствующий ударный спектр случайного вибрационного процесса, по определенному спектру находят максимальную реакцию А_m1 объекта на собственной частоте f₀₁, определяют уточненное значение амплитуды А_г1 гармонической вибрации по формуле:An analogue of the proposed method is a method of vibration testing of objects according to the patent of the Russian Federation for invention No. 1773164. The method includes determining the natural frequency f ₀ and Q factor of the test object, and then exposure to the object by harmonic vibration with an amplitude selected in accordance with the values of f ₀ , Q , from V and the condition for equality of the maximum reactions of the object in harmonic and simulated random vibration. The dependences of the natural frequency f ₀ and Q factor Q on the amplitude A _{g of} harmonic vibration f ₀ (A _g ), Q (A _g ) are determined, from the obtained dependences the value of the natural frequency f ₀₁ and Q factor Q _{1 is found} with the average amplitude A _g from the range given values, then, when the Q factor Q _{1 is} calculated, the corresponding shock spectrum of the random vibration process is determined, the maximum reaction A _{m1 of the} object is found at the natural frequency f ₀₁ , the specified value of the amplitude A _{g1 of} harmonic vibration is determined by the formula :

Далее сравнивают уточненное значение амплитуды гармонической вибрации А_г1 со средним ее значением. Способ повышает точность определения амплитуды гармонической вибрации.Next, the updated value of the amplitude of the harmonic vibration A _{g1 is} compared with its average value. The method improves the accuracy of determining the amplitude of harmonic vibration.

Однако данный способ не может достаточно точно определить частоты при испытании железобетонной конструкции на динамическую нагрузку с ее разрушением, так как железобетонные конструкции от образца к образцу имеют разброс собственных частот вследствие специфики изготовления железобетонных конструкций.However, this method cannot accurately determine the frequencies when testing a reinforced concrete structure for a dynamic load with its destruction, since reinforced concrete structures from sample to sample have a spread of natural frequencies due to the specifics of manufacturing reinforced concrete structures.

Наиболее близким способом, принятым за прототип, является способ испытания объекта на ударные воздействия по патенту РФ на изобретение № 1811276. Способ основан на замене сложного реального воздействия последовательным воздействием на объект двух ударных импульсов эталонной формы. Параметры первого импульса задают из условия обеспечения близости максимальных деформаций объекта в области его низкочастотного резонанса при испытательном и имитируемом реальном воздействиях. Параметры второго импульса задают из условия обеспечения близости ударных спектров испытательного и реального воздействий в диапазоне частот, лежащих выше

, где f_{0 -} низшая собственная частота объекта. При предварительном определении f₀ создают предварительную статическую деформацию объекта, соответствующую по величине и направлению максимальной деформации объекта при реальном воздействии. Данный способ относится к способам испытаний на приведенные ударные воздействия, имитирующие реальные ударные процессы. Известно, что одна и та же конструкция в зависимости от рабочего положения будет иметь частоту собственных колебаний, определяемую с ошибкой около 15%, и от образца к образцу конструкции существует разброс собственных частот вследствие специфики изготовления натурных железобетонных конструкций, так как практически невозможно точно воспроизвести железобетонную конструкцию. Данный способ не дает возможности точно определить и исключить высший спектр собственных гармонических составляющих и гармоник колебаний, образующихся в процессе разрушения конструкции в зарегистрированных сигналах датчиков измерительной системы. Расчет по приведенной в способе формуле не позволяет точно определить собственные гармоники, и ошибка в расчетах собственной частоты может достигать десятков процентов, что неприемлемо для получения достоверных результатов.The closest method adopted for the prototype is the method of testing the object for shock according to the patent of the Russian Federation for invention No. 1811276. The method is based on replacing the complex real impact by the sequential impact on the object of two shock pulses of a reference form. The parameters of the first pulse are set from the condition that the maximum deformations of the object are close in the region of its low-frequency resonance under test and simulated real effects. The parameters of the second pulse are set from the condition of ensuring the proximity of the shock spectra of the test and real effects in the frequency range lying above

where f _{0 is the} lowest natural frequency of the object. In the preliminary determination of f ₀ create a preliminary static deformation of the object corresponding to the magnitude and direction of the maximum deformation of the object under real impact. This method relates to test methods for reduced impact, simulating real impact processes. It is known that the same structure, depending on the operating position, will have a natural vibration frequency determined with an error of about 15%, and there will be a spread of natural frequencies from sample to sample due to the specifics of manufacturing full-scale reinforced concrete structures, since it is practically impossible to accurately reproduce reinforced concrete construction. This method does not make it possible to accurately determine and exclude the highest spectrum of intrinsic harmonic components and harmonics of vibrations generated during the destruction of the structure in the recorded signals of the sensors of the measuring system. The calculation according to the formula given in the method does not allow to accurately determine the natural harmonics, and the error in the calculation of the natural frequency can reach tens of percent, which is unacceptable to obtain reliable results.

Задача изобретения состоит в том, чтобы повысить точность и достоверность результатов натурных испытаний конструкций.The objective of the invention is to improve the accuracy and reliability of the results of field testing of structures.

Технический результат, позволяющий решить поставленную задачу, заключается в фильтрации полученных высших гармоник собственных колебаний и получении точных значений измерения параметров колебаний, образующихся в процессе разрушения конструкции.The technical result that allows us to solve the problem lies in filtering the obtained higher harmonics of natural vibrations and obtaining accurate measurement values of the vibration parameters generated during the destruction of the structure.

Этот результат достигается следующим образом. Заявляемый способ имеет общее с прототипом то, что предварительно определяют низшую собственную частоту колебаний конструкции, после чего конструкцию подвергают ударной нагрузке из условия обеспечения максимальной деформации. Но в отличие от прототипа по заявляемому способу низшую собственную частоту колебаний конструкции определяют резонансным методом. После чего, не меняя положения испытуемой конструкции, производят разрушающий удар. Полученные данные обрабатывают и фильтруют высшие гармоники собственных колебаний, соответствующие гармоникам в момент разрушения конструкции, от низшей гармоники, частота которой соответствует измеренной низшей собственной частоте колебаний конструкции. В частном случае для определения низшей собственной частоты колебаний в конструкции возбуждают вибратором колебания, которые регистрируют измерительной системой по сигналу акселерометра, и по максимуму резонанса определяют низшую собственную частоту. По полученным данным (отфильтрованным высшим гармоникам) судят о реальных значениях динамических параметров.This result is achieved as follows. The inventive method has in common with the prototype that pre-determine the lowest natural frequency of vibration of the structure, after which the structure is subjected to shock loading from the condition of ensuring maximum deformation. But unlike the prototype according to the claimed method, the lowest natural frequency of structural vibrations is determined by the resonance method. Then, without changing the position of the tested design, produce a destructive blow. The obtained data is processed and filtered by the higher harmonics of natural vibrations corresponding to harmonics at the time of structural failure, from the lower harmonic, whose frequency corresponds to the measured lower natural frequency of structural vibrations. In a particular case, to determine the lowest natural frequency of vibrations in the structure, vibrations are excited by a vibrator, which are recorded by the measuring system by the signal of the accelerometer, and the lowest natural frequency is determined by the maximum resonance. According to the data obtained (filtered higher harmonics), real values of dynamic parameters are judged.

При реализации способа точность результатов испытаний и их достоверность складывается из следующих факторов. Во-первых, применение резонансного метода для определения низшей собственной частоты уже дает более точные данные о собственной низшей частоте конструкции, чем в прототипе. Во-вторых, известно, что деформация (разрушение) конструкции происходит в момент резонанса вынужденных собственных колебаний высокой частоты с собственными колебаниями, которые имеются и возникают внутри конструкции (им характерна низшая собственная частота). Фильтруя согласно способу высшие гармоники собственных колебаний в момент разрушения (отделяя низшую гармонику), можно с высокой точностью и достоверностью судить о динамических параметрах. К тому же согласно способу при определении низшей собственной частоты колебаний и при ударном испытании конструкция находится в одинаковых условиях (в одном положении).When implementing the method, the accuracy of the test results and their reliability consists of the following factors. Firstly, the use of the resonance method to determine the lowest natural frequency already gives more accurate data on the natural lower frequency of the structure than in the prototype. Secondly, it is known that deformation (destruction) of a structure occurs at the moment of resonance of forced natural oscillations of a high frequency with natural oscillations that exist and arise inside the structure (they are characterized by the lowest natural frequency). Filtering according to the method the higher harmonics of natural vibrations at the moment of destruction (separating the lower harmonic), it is possible to judge the dynamic parameters with high accuracy and reliability. In addition, according to the method, when determining the lowest natural frequency of vibrations and during an impact test, the structure is in the same conditions (in one position).

Авторами и заявителем не выявлены из уровня техники технические решения, в которых полученные результаты при испытании конструкции на ударные воздействия фильтровались в момент ее разрушения с учетом измеренной низшей собственной частоты конструкции. Все это дает основание судить о наличии изобретательского уровня у заявляемого способа, поскольку он явным образом не следует из уровня техники.The authors and the applicant have not identified technical solutions from the prior art in which the results obtained when testing the structure for impact were filtered at the time of its destruction, taking into account the measured lowest natural frequency of the structure. All this gives reason to judge the existence of an inventive step in the proposed method, since it clearly does not follow from the prior art.

Изобретение промышленно применимо, поскольку его можно многократно реализовать для любых (железобетонных, металлических и др.) конструкций с достижением указанного технического результата.The invention is industrially applicable, since it can be repeatedly implemented for any (reinforced concrete, metal, etc.) structures with the achievement of the specified technical result.

Способ выполняют следующим образом. Испытуемую конструкцию сначала устанавливают на опоры в рабочем положении. В месте где будет приложена динамическая нагрузка, устанавливают калиброванный вибратор и акселерометр. Работа вибратора регулируется с помощью регулируемого генератора низкой частоты от нуля до максимума низшей собственной частоты конструкции. Диапазон резонансных частот и граничные условия для разных образцов разные и соответствуют нормативам на конкретный образец. Показания акселерометра фиксируются измерительной системой. После измерения собственной частоты конструкции в место, где был ранее установлен калиброванный вибратор, производят разрушающую динамическую нагрузку. Полученные данные измерений акселерометра с помощью измерительно-вычислительного комплекса фильтруют фильтром низших частот с учетом полученной низшей собственной частоты. В качестве возбудителя колебаний можно использовать любой низкочастотный генератор импульса. Результаты экспериментальных исследований железобетонной конструкции (ускорений от времени) без фильтрации (с низшей собственной частотой) показаны на фиг.1, а полученные результаты тех же параметров с учетом фильтрации фильтром низших частот, т.е. отфильтрованными высшими гармониками, показаны на фиг.2. Как видно из приведенных фигур, применение фильтрации с учетом низшей собственной частоты конструкции дают наиболее достоверные результаты. По фиг.1 сложно судить о реакции конструкции на ударное воздействие, т.к. происходит наложение частот друг на друга, при этом амплитуды колебаний существенно завышены, а на фиг.2 отображена диаграмма колебаний конструкции, в которой не участвуют высшие гармоники колебаний и при этом амплитуды колебаний соответствуют частоте разрушения.The method is as follows. The test structure is first mounted on supports in the operating position. In the place where the dynamic load will be applied, install a calibrated vibrator and accelerometer. The operation of the vibrator is regulated by means of an adjustable low-frequency generator from zero to the maximum of the lowest natural frequency of the structure. The range of resonant frequencies and boundary conditions for different samples are different and correspond to the standards for a specific sample. Accelerometer readings are recorded by the measuring system. After measuring the natural frequency of the structure in the place where the calibrated vibrator was previously installed, a destructive dynamic load is produced. The obtained measurement data of the accelerometer using a measuring and computing complex is filtered by a low-pass filter taking into account the obtained lower natural frequency. As the causative agent of oscillations, you can use any low-frequency pulse generator. The results of experimental studies of the reinforced concrete structure (accelerations from time to time) without filtration (with the lowest natural frequency) are shown in Fig. 1, and the results of the same parameters taking into account filtering by a low-pass filter, i.e. filtered higher harmonics are shown in figure 2. As can be seen from the figures, the use of filtering taking into account the lowest natural frequency of the structure gives the most reliable results. In figure 1 it is difficult to judge the reaction of the structure to the impact, because the frequencies are superimposed on each other, while the oscillation amplitudes are significantly overestimated, and Fig. 2 shows a diagram of the vibrations of the structure, in which the higher harmonics of vibrations do not participate, and the vibration amplitudes correspond to the destruction frequency.

Claims

1. The method of testing the structure for impact, according to which the natural vibration frequency of the structure is preliminarily determined, after which the structure is subjected to shock loading from the condition of ensuring maximum deformation, characterized in that the lower natural vibration frequency of the structure is determined by the resonance method, after which, without changing the position of the test person structures, produce a destructive shock, the received data processes and filters the higher harmonics of natural vibrations corresponding to harmonics At the time of structural destruction, from the lowest harmonic, the frequency of which corresponds to the measured lower natural frequency of structural vibrations, the actual values of the dynamic parameters are judged by the data obtained.

2. The test method according to claim 1, characterized in that in order to determine the lowest natural frequency of vibration of the structure, vibration calibration vibrations are created, which are recorded by the measuring system by the signal of the accelerometer and the lowest natural frequency of vibration is determined by the maximum resonance.