RU2515130C1

RU2515130C1 - Seismometric method to monitor technical condition of buildings and / or structures

Info

Publication number: RU2515130C1
Application number: RU2012145088/28A
Authority: RU
Inventors: Дарья Борисовна Воробьева; Евгений Павлович Золотухин
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2014-05-10

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: invention relates to the field of measurement equipment, in particular, to facilities for monitoring of technical condition of different structures, and may be used for current assessment and forecasting of safe operation of buildings and/or structures under possible unfavourable effects at the object. Assessment of the limit of the object material strength is performed indirectly via assessment of the elasticity modulus, using approximated empirical dependences between these values for analysed materials. At the same time elastic properties of the material are determined with the help of their selection in the design finite-element mathematical model to achievement of compliance of design dynamic characteristics, both in integral and in reference points of the object with similar external effects to similar experimental characteristics, which are determined on the basis of spectral analysis of seismic signals recorded on the investigated object in these points.

EFFECT: increased accuracy and expansion of application field.

5 dwg

Description

Изобретение относится к средствам мониторинга технического состояния сложных, объемных, потенциально опасных объектов, преимущественно, таких, как крупные плотины ГЭС, мосты, тоннели, стадионы и морские пирсы, высотные здания и может быть использовано для текущей оценки и прогноза безопасной эксплуатации зданий и/или сооружений при возможных неблагоприятных воздействиях на объект.The invention relates to means for monitoring the technical condition of complex, voluminous, potentially dangerous objects, mainly such as large hydroelectric dams, bridges, tunnels, stadiums and sea piers, high-rise buildings and can be used for the current assessment and forecast of safe operation of buildings and / or structures with possible adverse effects on the object.

Известен способ определения параметров физического состояния здания и/или сооружения (патент на изобретение РФ №2140625, МПК G01M 7/00), включающий выбор точек измерений в зависимости от его объемной конфигурации, установку сейсмометров в выбранных точках на обследуемом здании и/или сооружении, сейсмическую регистрацию и обработку записей по координатам X, Y и Z микросейсмического фона естественного и техногенного происхождения, в условиях которого постоянно находится здание и/или сооружение, определение частоты и амплитуды собственных колебаний последних в точках, сравнение полученных значений с расчетными и анализ отклонения от этих значений.A known method of determining the parameters of the physical state of a building and / or structure (patent for invention of the Russian Federation No. 2140625, IPC G01M 7/00), including the selection of measurement points depending on its volumetric configuration, the installation of seismometers at selected points on the building and / or structure being examined, seismic registration and processing of records at the X, Y and Z coordinates of the microseismic background of natural and man-made origin, in the conditions of which the building and / or structure is constantly located, determining the frequency and amplitude of natural vibrations of the latter at points, comparing the obtained values with the calculated ones and analyzing deviations from these values.

Недостатками этого способа является то, что изменение внешних воздействий на объект, например, напор воды на плотину, действие ветра на здание, количество установленного оборудования или людей на объекте, температура окружающей среды, может давать такую же картину, что и изменение технического состояния объекта. Кроме того, вероятность неточности задания конструктивной схемы или материала в расчетах обуславливает возможность фиктивного обнаружения дефекта в теле здания или сооружения, то есть, оба фактора снижают точность определяемых известным способом параметров контролируемого здания и/или сооружения.The disadvantages of this method is that the change in external influences on the object, for example, the pressure of water on the dam, the effect of wind on the building, the number of installed equipment or people on the object, ambient temperature, can give the same picture as the change in the technical condition of the object. In addition, the probability of inaccuracies in the design of the structural scheme or material in the calculations makes it possible to fictitiously detect a defect in the body of a building or structure, that is, both factors reduce the accuracy of the parameters of a controlled building and / or structure determined in a known manner.

Известны также способ мониторинга безопасности несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений и система для его осуществления (патент на изобретение РФ №2413193, МПК G01M 7/00), включающий построение компьютерной модели объекта, позволяющей моделировать конструкцию здания или сооружения, реальное физическое состояние здания или сооружения, включая подстилающий грунт и подземные воды, а также изменение этого состояния во времени в процессе эксплуатации и формирующей условное изображение контролируемого объекта, повторяющее его конструкцию, а также компьютерной модели физических факторов, воздействующих на здание или сооружение. Затем проводится математическое моделирование воздействия физических факторов на здание/сооружение и определяются расчетные значения интегральных характеристик несущих конструкций. Определяются точки несущих конструкций, критически важные для безопасности здания/сооружения и являющиеся, в том числе, и точками диагностирования конструкций. Строится матрица граничных значений интегральных характеристик состояния здания/сооружения для критически важных точек для нормальной эксплуатации и предаварийного изменения состояния несущих конструкций.There is also known a method for monitoring the safety of load-bearing structures, structural elements of buildings and structures and a system for its implementation (patent for the invention of the Russian Federation No. 2413193, IPC G01M 7/00), including the construction of a computer model of an object that allows you to simulate the structure of a building or structure, the real physical condition of the building or structures, including underlying soil and groundwater, as well as the change in this state over time during operation and forming a conditional image of the controlled object, repeating its design, as well as a computer model of physical factors affecting a building or structure. Then, mathematical modeling of the impact of physical factors on the building / structure is carried out and the calculated values of the integral characteristics of the supporting structures are determined. The points of the supporting structures are determined, which are critical for the safety of the building / structure and are, in particular, the points of diagnosis of the structures. A matrix of boundary values of the integral characteristics of the state of the building / structure is constructed for critical points for normal operation and pre-emergency changes in the state of load-bearing structures.

С помощью датчиков, устанавливаемых в точках диагностирования конструкций, проводят измерения параметров конструкций и их материалов, параметров грунта, здания, окружающей среды, а именно значения поверхностной прочности, объемной прочности, параметры армирования элементов конструкции объекта, осадки, сдвиги, крены объекта, глубина залегания фундамента, его поверхностная прочность, его объемная прочность, период собственных колебаний грунта под объектом и вокруг него, логарифмический декремент их затухания, уровень грунтовых вод, влажность, температура, частоты и формы собственных колебаний объекта в целом, его блоков и отдельных элементов конструкции, величины смещений, скоростей смещений и ускорений в каждой точке измерений на объекте, логарифмические декременты затухания (поглощения), передаточные функции грунт - фундамент объекта, фундамент объекта - этажи и части объекта по высоте, компоненты динамических деформаций и напряжений, возникающих в объекте, и др.Using sensors installed at the points of diagnosis of structures, measurements are made of the parameters of structures and their materials, soil, building, and environment parameters, namely, surface strength, volumetric strength, parameters of reinforcing structural elements of an object, precipitation, shear, roll of an object, and depth foundation, its surface strength, its bulk strength, the period of natural vibrations of the soil under the object and around it, the logarithmic decrement of their attenuation, the level of groundwater, moisture the temperature, frequency, frequencies and forms of the natural vibrations of the object as a whole, its blocks and individual structural elements, displacements, displacement and acceleration velocities at each measurement point on the object, logarithmic decrements of attenuation (absorption), transfer functions soil - foundation of the object, foundation of the object - floors and parts of the object in height, components of dynamic deformations and stresses arising in the object, etc.

Полученные параметры отображают фактическое физическое состояние эксплуатируемого объекта в целом, его блоков и отдельных элементов конструкции и используются для оценки степени опасности изменения интегральных характеристик состояния конструкций.The obtained parameters reflect the actual physical state of the operating facility as a whole, its blocks and individual structural elements and are used to assess the degree of danger of changing the integral characteristics of the state of structures.

Полученные данные интегральных характеристик сравниваются с данными матрицы граничных значений интегральных характеристик, что позволяет оценить степень опасности изменения состояния здания или сооружения и принять при необходимости меры по оповещению и эвакуации людей, по углубленному обследованию здания/сооружения.The obtained data of the integral characteristics are compared with the data of the matrix of boundary values of the integral characteristics, which makes it possible to assess the degree of danger of changes in the state of the building or structure and, if necessary, take measures to alert and evacuate people, according to an in-depth examination of the building / structure.

Недостатком этого способа, снижающим его точность и ограничивающим область применения, является то, что в его основе в качестве эталона используются расчетные интегральные характеристики компьютерной модели теоретической (проектной) конструкции здания/сооружения, с которыми сравниваются измеренные интегральные характеристики обследуемых реальных зданий/сооружений, и поэтому этот способ выявляет, прежде всего, изменения характеристик, связанных с отклонениями от проекта, например, во вновь возводимых объектах. Для уже существующих реальных объектов, особенно, для высотных зданий и крупных сооружений, имеющих длительный срок строительства, могут быть значительные, но допустимые отклонения от проекта, и поэтому проектные значения характеристик не могут быть эталонными для сравнения с реальными в процессе эксплуатации здания/сооружения. Кроме того, для объектов давней и старинной постройки, не всегда известен материал, из которого изготовлен объект, и, соответственно, его теоретические прочностные характеристики, а неразрушающий контроль не позволяет вскрыть его конструкцию.The disadvantage of this method, reducing its accuracy and limiting the scope, is that it is based on the calculated integrated characteristics of a computer model of the theoretical (design) structure of a building / structure, with which the measured integrated characteristics of the examined real buildings / structures are compared, and therefore, this method reveals, first of all, changes in the characteristics associated with deviations from the project, for example, in newly constructed objects. For existing real objects, especially for high-rise buildings and large structures with a long construction period, there may be significant but permissible deviations from the project, and therefore the design values of the characteristics cannot be standard for comparison with real ones during the operation of the building / structure. In addition, for objects of a long and old construction, the material from which the object is made, and, accordingly, its theoretical strength characteristics, and non-destructive testing does not allow to open its structure, are not always known.

Наиболее близким (прототипом) к предлагаемому изобретению является способ определения динамических характеристик основания и тела плотины ГЭС по микросейсмическим колебаниям (Золотухин Е.П., Кузьменко А.П. Система контроля динамических характеристик плотин гидроэлектростанций по микросейсмическим колебаниям. Журнал «Проблемы информатики», 2009, №4, С.1-8). Этот способ реализован в системе непрерывного мониторинга технического состояния плотин ГЭС, который можно в общем случае использовать и для других сооружений и зданий. Способ включает получение комплекса характеристик, отображающих техническое состояние здания или сооружения, подверженного воздействию вибраций от агрегатов и/или механизмов, являющихся источником колебаний, зарегистрированных с помощью группы трехкомпонентных сейсмических датчиков, размещенных в здании/или сооружении. Комплекс характеристик состоит из усредненных по всему зданию/сооружению значений: частот и форм собственных пространственных колебаний, логарифмического декремента затухания на частотах собственных колебаний, скоростей распространения упругих колебаний по объекту, передаточных функций между точками установки сейсмических датчиков, расположенных в основании и других частях конструкции сооружения. Способ включает установку трехкомпонентных сейсмических датчиков в контрольных точках здания/сооружения в местах, определенных из предварительного сейсмометрического обследования частот и форм собственных колебаний объекта. Эти места соответствуют проявлению на объекте максимальных значений некоторого количества первых значимых форм на частотах собственных колебаний конструкции объекта. Для получения максимальной точности выбранное количество частот и форм должно покрывать весь диапазона значений, полученный при обследовании объекта. Однако при этом количество контрольных точек с сейсмическими датчиками для максимальной точности мониторинга должно быть не менее двух на период для каждой выбранной для мониторинга формы собственных пространственных колебаний объекта. Выбор количества первых значимых форм на частотах собственных пространственных колебаниях объекта определяют из компромисса между точностью мониторинга и его трудоемкостью.The closest (prototype) to the present invention is a method for determining the dynamic characteristics of the foundation and body of a dam of a hydroelectric power station according to microseismic vibrations (Zolotukhin EP, Kuzmenko AP. System for monitoring the dynamic characteristics of hydroelectric dam dams by microseismic vibrations. Journal of "Computer Science", 2009 No. 4, C.1-8). This method is implemented in a system for continuous monitoring of the technical condition of hydroelectric dams, which can generally be used for other structures and buildings. The method includes obtaining a set of characteristics that reflect the technical condition of a building or structure subject to vibrations from aggregates and / or mechanisms that are a source of vibrations recorded using a group of three-component seismic sensors located in a building / or structure. The set of characteristics consists of values averaged over the entire building / structure: frequencies and forms of natural spatial vibrations, logarithmic attenuation decrement at natural frequencies, propagation velocities of elastic vibrations throughout the object, transfer functions between the installation points of seismic sensors located at the base and other parts of the structure . The method includes the installation of three-component seismic sensors at the control points of the building / structure in places determined from a preliminary seismometric survey of the frequencies and forms of natural vibrations of the object. These places correspond to the manifestation on the object of the maximum values of a certain number of first significant forms at the frequencies of natural vibrations of the object's structure. To obtain maximum accuracy, the selected number of frequencies and shapes should cover the entire range of values obtained during the examination of the object. However, at the same time, the number of control points with seismic sensors for maximum monitoring accuracy should be at least two per period for each shape selected for monitoring the shape of the object’s own spatial vibrations. The choice of the number of first significant forms at the frequencies of the natural spatial vibrations of the object is determined from the compromise between the accuracy of monitoring and its complexity.

Места установки сейсмических датчиков в контрольных точках в этом способе определяют экспериментально, с помощью спектрального анализа измерений от сейсмических датчиков, размещенных по всему зданию/сооружению в сетке избыточной плотности, обеспечивающих определение форм в предполагаемом диапазоне собственных частот. Анализируя поведение спектра вдоль профилей наблюдения, выделяют «узлы» (минимальные колебания) и «пучности» (максимальные колебания) форм собственных пространственных колебаний объекта. Для специфических сооружений, таких, как плотины гидроэлектростанций, проводят два обследования: при минимальном и максимальном уровне верхнего бьефа воды в водохранилище, для выявления обратимых и необратимых сезонных изменений динамических характеристик.The installation locations of seismic sensors at control points in this method are determined experimentally, using spectral analysis of measurements from seismic sensors placed throughout the building / structure in an excess density grid, providing shape determination in the proposed range of natural frequencies. By analyzing the behavior of the spectrum along the observation profiles, “nodes” (minimal vibrations) and “antinodes” (maximum vibrations) of the forms of the object’s own spatial vibrations are distinguished. For specific structures, such as dams of hydroelectric power plants, two surveys are carried out: at the minimum and maximum levels of the upper water pool in the reservoir, to identify reversible and irreversible seasonal changes in dynamic characteristics.

Определение местоположения «узлов» и «пучностей» на объекте и количество выбранных для мониторинга частот и форм собственных колебаний позволяет успешно контролировать изменение вышеописанного комплекса характеристик объекта со значительно меньшим количеством датчиков, чем то, которое требуется на предварительном обследовании.Determining the location of “nodes” and “antinodes” on an object and the number of frequencies and forms of natural vibrations selected for monitoring allows us to successfully control the change in the above complex of characteristics of an object with a significantly smaller number of sensors than what is required for a preliminary examination.

Используя выбранную минимальную систему измерений при проведении мониторинга динамических характеристик, в выбранных контрольных точках с помощью установленных трехкомпонентных сейсмоприемников осуществляется сбор данных микросейсмических колебаний объекта, которые затем оцифровываются, обрабатываются и сохраняются в виде файлов сеансов записей колебания объекта в файловом хранилище. По данным записей происходит определение динамических характеристик объекта -рассчитываются амплитудные спектры колебания, передаточные функции, импульсные характеристики, частоты и формы значимых собственных колебаний, скорости распространения волн и декременты затуханий. Полученные характеристики заносятся в базу данных для последующего построения трендов изменения значений характеристик во времени и дальнейшего анализа.Using the selected minimum measurement system when monitoring dynamic characteristics, at the selected control points using the installed three-component geophones, microseismic vibrations of the object are collected, which are then digitized, processed and stored as session files of the object’s oscillations in the file storage. According to the records, the dynamic characteristics of the object are determined - amplitude spectra of oscillations, transfer functions, impulse characteristics, frequencies and forms of significant natural oscillations, wave propagation velocities and attenuation decrements are calculated. The obtained characteristics are entered into the database for the subsequent construction of trends in the values of the characteristics over time and further analysis.

Ведение базы данных позволяет проследить историю изменения параметров во времени предварительного обследования и увидеть эксперту может медленное, но опасное изменение конструкции объекта. Это может служить сигналом для последующего детального обследования плотины.Maintaining a database allows you to trace the history of changes in the parameters during the preliminary examination and a slow but dangerous change in the design of an object can be seen by an expert. This can serve as a signal for a subsequent detailed survey of the dam.

Недостатком этого способа является то, что получаемый по данным измерений сейсмических колебаний комплекс характеристик содержит усредненные значения по всей конструкции здания/сооружения. Это приводит к тому, что обнаруженное существенное изменение параметров не дает возможности локализовать место возможного дефекта в сооружении/здании. Другим недостатком является то, что в силу усреднения параметров, снижается чувствительность способа, когда существенные изменения в одном месте конструкции не выявляют из-за влияния на средние характеристики неизменяемых значений параметров в остальных частях конструкции здания/сооружения. Третьим недостатком является то, что в способе не учитывается действие параметров окружающей среды, влияющие на комплекс характеристик объекта так же, как и изменение характеристик прочности материалов здания/сооружения. Все эти недостатки приводят к тому, что способ-прототип является неточным, имеет ограниченное применение из-за возможного пропуска (необнаружения) значимых дефектов и ложного обнаружения несуществующих дефектов в здании/сооружении.The disadvantage of this method is that the set of characteristics obtained from the data of seismic vibration measurements contains averaged values over the entire structure of the building / structure. This leads to the fact that the detected significant change in the parameters does not make it possible to localize the place of a possible defect in the structure / building. Another disadvantage is that due to the averaging of parameters, the sensitivity of the method is reduced when significant changes in one place of the structure are not detected due to the influence on the average characteristics of unchanged parameter values in the remaining parts of the building / structure. The third disadvantage is that the method does not take into account the effect of environmental parameters that affect the set of characteristics of the object as well as the change in the strength characteristics of the materials of the building / structure. All these disadvantages lead to the fact that the prototype method is inaccurate, has limited use due to the possible omission (non-detection) of significant defects and false detection of non-existent defects in the building / structure.

Задачами предлагаемого изобретения является обеспечение возможности выполнения неразрушающим методом мониторинга технического состояния потенциально опасных объектов (плотин ГЭС, мостов, тоннелей, стадионов, морских пирсов, высотных зданий), в результате которого будет отслеживаться с заданной детализацией в объеме конструкции объекта текущее значение оценки предела прочности использованных в нем строительных материалов. Метод оценки предела прочности строительных материалов при мониторинге объектов не должен зависеть от изменяющегося действия окружающей среды - ее температуры, скорости ветра, уровня воды в плотине, полезной нагрузки на здание или мост. Кроме этого метод также должен обладать достаточной точностью, чтобы можно было оперативно обнаружить и локализовать начало процесса уменьшения прочности в какой-либо части потенциально опасного объекта.The objectives of the invention is the ability to perform a non-destructive method of monitoring the technical condition of potentially dangerous objects (dams, bridges, tunnels, stadiums, sea piers, high-rise buildings), as a result of which the current value of the assessment of the tensile strength of used in it building materials. The method of assessing the tensile strength of building materials when monitoring objects should not depend on the changing effect of the environment - its temperature, wind speed, water level in the dam, payload on the building or bridge. In addition, the method should also have sufficient accuracy so that it is possible to quickly detect and localize the beginning of the process of strength reduction in any part of a potentially dangerous object.

Решение указанных задач достигается тем, что оценку предела прочности материала объекта выполняют косвенным путем через оценку модуля упругости, используя приближенные эмпирические зависимости между этими величинами для анализируемых материалов. Для этого выполняют параллельные испытания одних и тех же образцов строительных материалов для оценок характеристик упругости и предела прочности для обследуемого объекта.The solution of these problems is achieved in that the tensile strength of the material of the object is estimated indirectly through the assessment of the modulus of elasticity using approximate empirical relationships between these values for the analyzed materials. To do this, parallel tests of the same samples of building materials are performed to assess the elasticity characteristics and tensile strength for the object being examined.

Отличительной частью изобретения является то, что упругие свойства материала (модуль упругости Юнга и коэффициент Пуассона) определяют с помощью их подбора в конечно-элементной расчетной модели до достижения соответствия расчетных динамических характеристик (первых значимых частот и форм собственных пространственных колебаний), как интегральных, так и в контрольных точках объекта конструкции, при схожих внешних воздействиях к аналогичным экспериментальным характеристикам, которые определяют из спектрального анализа сейсмических сигналов, регистрируемых на обследуемом объекте в этих точках. Контрольные точки объекта выбирают на предварительном этапе вблизи действия максимальных значений собственных пространственных колебаний объекта для выбранного количества первых значимых форм. Экспериментальные частоты и формы собственных пространственных колебаний определяют из спектрального анализа сейсмических сигналов, регистрируемых на обследуемом объекте в этих точках. На этом же предварительном этапе строят расчетную модель, которая описывает пространственно-временные зависимости указанных динамических характеристик заданной конструкции объекта от плотности, упругих свойств материала объекта, граничных условий и действующей на него внешней силы. Подбор характеристик упругости материала с помощью модели проводят для каждой части, на которые разбивают всю конструкцию объекта. Размеры и форму частей конструкции объекта определяют необходимостью достижения требуемой пространственной точности определения дефекта на объекте. Параметры модели подбирают таким образом, чтобы, во-первых, расчетные частоты и формы собственных пространственных колебаний объекта при схожих внешних воздействиях удовлетворяли аналогичным экспериментальным значениям, полученным по результатам предварительного детального обследования, и, во-вторых, свойства материала объекта были сопоставимы с проектными данными.A distinctive part of the invention is that the elastic properties of the material (Young's modulus of elasticity and Poisson's ratio) are determined by their selection in the finite element computational model until the calculated dynamic characteristics (first significant frequencies and forms of natural spatial vibrations) match, both integral and and at control points of the design object, with similar external influences to similar experimental characteristics, which are determined from the spectral analysis of seismic latter is present, registered on the inspected object at these points. The control points of the object are selected at a preliminary stage near the action of the maximum values of the natural spatial vibrations of the object for the selected number of first significant forms. The experimental frequencies and forms of intrinsic spatial vibrations are determined from the spectral analysis of seismic signals recorded at these points on the object being examined. At the same preliminary stage, a computational model is constructed that describes the spatio-temporal dependences of the indicated dynamic characteristics of a given object structure on the density, elastic properties of the object material, boundary conditions and external force acting on it. The selection of the elasticity characteristics of the material using the model is carried out for each part into which the entire structure of the object is divided. The dimensions and shape of the parts of the structure of the object are determined by the need to achieve the required spatial accuracy of determining the defect at the object. The parameters of the model are selected in such a way that, firstly, the calculated frequencies and forms of the natural spatial vibrations of the object under similar external influences satisfy the same experimental values obtained from the results of a preliminary detailed examination, and, secondly, the properties of the material of the object are comparable with the design data .

Для учета действия внешней силы на оценку первых значимых частот и форм собственных пространственных колебаний объекта предлагаемый в изобретении способ сейсмометрического мониторинга технического состояния включает начальный этап.To take into account the effect of an external force on the assessment of the first significant frequencies and forms of natural spatial vibrations of an object, the method of seismometric monitoring of the technical condition proposed in the invention includes an initial stage.

На этом этапе выполняют измерение и накопление выбранного количества первых значимых экспериментальных частот и форм собственных пространственных колебаний объекта при действиях на объект внешней силы, вызванной условиями окружающей среды (температурой, ветром, напором воды и т.д.). Длительность начального этапа выбирается из условий проявления всего цикла действий внешней силы на объект и составляет обычно четыре сезона или один год. Накопленные на начальном этапе первые значимые экспериментальные частоты и формы собственных пространственных колебаний вместе с зафиксированными для каждого эксперимента условиями внешнего воздействия на объект обрабатываются на компьютере. Обработка данных включает в себя подбор теоретических значений модулей упругости и коэффициента Пуассона материала каждой части объекта для обеспечения минимального квадрата отклонения первых значимых теоретических частот и форм собственных пространственных колебаний от аналогичных экспериментальных в заданных контрольных точках объекта. Первые значимые теоретические частоты и формы собственных пространственных колебаний в контрольных точках получают с помощью конечно-элементной математической модели конструкции объекта, как значения векторной функции, в которой аргументами являются характеристики упругости материала, плотность, граничные условия и действие внешней силы. Полученные минимально квадратичные характеристики упругости, вместе с характеристикой силового воздействия и первыми значимыми теоретическими частотами и формами собственных пространственных колебаний объекта в выбранном количестве в контрольных точках запоминают как эталонные в базе данных.At this stage, the measurement and accumulation of the selected number of first significant experimental frequencies and forms of the natural spatial vibrations of the object are performed during the action of an external force on the object caused by environmental conditions (temperature, wind, water pressure, etc.). The duration of the initial stage is selected from the conditions for the manifestation of the entire cycle of external forces on the object and is usually four seasons or one year. The first significant experimental frequencies and forms of intrinsic spatial vibrations accumulated at the initial stage, together with the conditions of external influence on the object recorded for each experiment, are processed on a computer. Data processing includes the selection of theoretical values of the elastic moduli and the Poisson's ratio of the material of each part of the object to ensure a minimum squared deviation of the first significant theoretical frequencies and forms of natural spatial vibrations from similar experimental ones at given control points of the object. The first significant theoretical frequencies and forms of intrinsic spatial vibrations at control points are obtained using a finite element mathematical model of the object’s construction as the values of a vector function in which the arguments are material elasticity characteristics, density, boundary conditions, and the action of an external force. The obtained minimally quadratic elasticity characteristics, together with the characteristic of the force action and the first significant theoretical frequencies and the forms of the natural spatial vibrations of the object in the selected number at the control points, are stored as reference in the database.

На втором - основном этапе в процессе мониторинга выполняют текущую оценку технического состояния объекта. Для этого по выбранному ранее количеству первых значимых экспериментальных частот и форм собственных пространственных колебаний объекта, полученных из текущих зарегистрированных микросейсмических колебаний естественного и техногенного характера, выполняют подбор модуля упругости и коэффициента Пуассона с помощью конечно-элементной модели. Как и на начальном этапе, принимают такие текущие значения характеристик упругости материала каждой части объекта, которые дают минимальный квадрат отклонения первых значимых теоретических значений частот и форм собственных пространственных колебаний в контрольных точках от экспериментальных. Подобранные с помощью модели текущие значения характеристик материала для каждой части конструкции, вместе с соответствующими текущими первыми значимыми теоретическими частотами и формами собственных пространственных колебаний и параметрами окружающей среды заносят в базу данных. Затем в автоматизированном режиме выполняют сравнение эталонных значений характеристик материала, полученных на начальном этапе с текущими значениями характеристик для каждой части объекта. Для этого для всех записанных в базу данных текущих характеристик материала вычисляют разности между полученным на начальном этапе эталонным значением и всеми текущими значениями. Для этих разностей вычисляют среднее значение и квадратичное отклонение. Затем по критерию согласия определяют, относится ли полученное значение разности с заданным уровнем значимости к закону распределения вероятностей разностей между всеми текущими значениями и эталонным. Если по критерию согласия получается, что отклонение характеристик материала от эталона в какой-либо части конструкции объекта существеннее возможной случайной ошибки с заданной вероятностью, то данную часть конструкции объекта отмечают, как особую и подлежащую детальному обследованию.At the second - the main stage in the monitoring process, a current assessment of the technical condition of the object is performed. To do this, according to the previously selected number of first significant experimental frequencies and forms of the natural spatial vibrations of the object, obtained from the current recorded microseismic vibrations of a natural and technogenic nature, the elastic modulus and Poisson's ratio are selected using a finite element model. As at the initial stage, take such current values of the elasticity characteristics of the material of each part of the object, which give the minimum square deviation of the first significant theoretical values of the frequencies and forms of natural spatial vibrations at the control points from the experimental ones. The current values of the material characteristics for each part of the structure selected using the model, together with the corresponding current first significant theoretical frequencies and forms of natural spatial vibrations and environmental parameters, are entered into the database. Then, in an automated mode, the reference values of the characteristics of the material obtained at the initial stage are compared with the current values of the characteristics for each part of the object. For this, for all the current material characteristics recorded in the database, the differences between the reference value obtained at the initial stage and all current values are calculated. For these differences, the mean and standard deviation are calculated. Then, according to the criterion of agreement, it is determined whether the obtained value of the difference with a given level of significance relates to the law of the distribution of the probabilities of differences between all current values and the reference. If by the criterion of agreement it turns out that the deviation of the characteristics of the material from the standard in any part of the structure of the object is more significant than the possible random error with a given probability, then this part of the structure of the object is noted as special and subject to a detailed examination.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в более точном определении места нарушения физического состояния объекта (здания/сооружения), т.е. повышении точности способа и расширении области применения по сравнению с описанными выше аналогами.The technical result of the claimed invention is to more accurately determine the place of violation of the physical condition of the object (building / structure), i.e. improving the accuracy of the method and expanding the scope in comparison with the above analogues.

Для этого, как и в способе-прототипе, на объекте проводят предварительный этап - высокоточные сейсмометрические измерения естественного и техногенного сейсмического шума по всему объекту и определяют диапазон и количество частот и форм собственных колебаний и контрольные точки конструкции, в которых для стационарных наблюдений устанавливают трехкомпонентные сейсмоприемники. На этом же этапе, в отличие от известных способов, строят расчетную конечно-элементную трехмерную математическую модель объекта, связывающую характеристики свойств материала (модуль упругости, коэффициент Пуассона, плотность), пространственную конструкцию объекта, граничные условия, с выбранным количеством его первых значимых частот и форм собственных пространственных колебаний при заданных силовых воздействиях на объект, вызванных влиянием окружающей среды. При моделировании, конструкцию объекта разделяют на части, состоящие из одного или группы несущих элементов (фундаментов, стен, перекрытий, секций, отдельных опор), в которых материал принимается однородным, а их свойства - одинаковыми в пределах любой части. При этом значения свойств материалов одной части объекта от другой могут отличаться на некоторую величину. Разделение конструкции на части выполняют на основании проектно-строительной документации с привлечением произведенных в период эксплуатации экспериментальных замеров характеристик материалов - предела прочности, плотности и модуля упругости.To do this, as in the prototype method, the preliminary stage is carried out at the object - high-precision seismometric measurements of natural and technogenic seismic noise throughout the object and determine the range and number of frequencies and modes of natural oscillations and control points of the structure, in which three-component geophones are installed for stationary observations . At the same stage, in contrast to the known methods, a calculated finite element three-dimensional mathematical model of the object is constructed that relates the characteristics of the material properties (elastic modulus, Poisson's ratio, density), the spatial design of the object, boundary conditions, with the selected number of its first significant frequencies and forms of intrinsic spatial vibrations with given force effects on the object caused by the influence of the environment. When modeling, the object structure is divided into parts consisting of one or a group of load-bearing elements (foundations, walls, floors, sections, individual supports), in which the material is assumed to be homogeneous, and their properties are the same within any part. In this case, the values of the properties of the materials of one part of the object from the other may differ by a certain amount. Separation of the structure into parts is carried out on the basis of the design and construction documentation with the involvement of the material measurements performed during the period of operation of the experimental measurements - tensile strength, density and elastic modulus.

Затем, в отличие от известных способов, выполняют начальный этап накопления экспериментальных данных. В зависимости от типа объекта и условий его эксплуатации устанавливают промежуток времени для накопления и анализа данных, в течение которого происходит периодическое интервальное измерение сейсмических колебаний и сопутствующих этому моменту времени значений параметров внешних воздействий на объект. По этим измерениям с помощью спектрального анализа данных выполняют вычисление заданного количества первых значимых экспериментальных частот и форм собственных пространственных колебаний в контрольных точках объекта и накопление в базе данных полученных характеристик и соответствующих им параметров внешнего воздействия. Длительность промежутка времени накопления для некоторых объектов, например, для плотины ГЭС, может составлять год, в течение которого проходит цикл внешних воздействий, связанных с сезонными изменениями (температура и уровень верхнего бьефа ГЭС). Для других объектов, например, высотных зданий, длительность накопления зависит от вероятности проявления весомых факторов силового воздействия на объект в выбранном промежутке, например, проявления действия ветровой нагрузки, который может составлять промежуток времени в несколько месяцев. Основной критерий выбора длительности накопления - значение промежутка времени, в течение которого должны проявиться все значимые внешние воздействия, влияющие на динамические характеристики объекта. Накопление данных в течение заданного промежутка времени происходит регулярно с заданным периодом, определяемым скоростью изменения значений параметров внешнего воздействия на объект. Длительность интервала времени, в течение которого выполняют многоканальные периодические измерения в контрольных точках, задается заранее и определяется требуемой точностью определения первых значимых частот и форм собственных пространственных колебаний.Then, in contrast to the known methods, perform the initial stage of accumulation of experimental data. Depending on the type of object and the conditions of its operation, a time interval is set for the accumulation and analysis of data, during which a periodic interval measurement of seismic vibrations and the values of the parameters of external influences that accompany this object occur. According to these measurements, using spectral analysis of the data, a predetermined number of first significant experimental frequencies and forms of intrinsic spatial vibrations at the control points of the object are calculated and the characteristics obtained and the external exposure parameters corresponding to them are accumulated in the database. The duration of the accumulation time period for some objects, for example, for a dam of a hydroelectric power station, can be a year during which a cycle of external influences associated with seasonal changes (temperature and level of the upper head of the hydroelectric power station) takes place. For other objects, for example, high-rise buildings, the duration of the accumulation depends on the probability of the manifestation of significant factors of force impact on the object in the selected interval, for example, the manifestation of the effect of the wind load, which can be a period of several months. The main criterion for choosing the duration of the accumulation is the value of the period of time during which all significant external influences should appear that affect the dynamic characteristics of the object. The accumulation of data over a given period of time occurs regularly with a predetermined period, determined by the rate of change of the parameters of the external influence on the object. The duration of the time interval during which multichannel periodic measurements are carried out at control points is predefined and determined by the required accuracy in determining the first significant frequencies and forms of intrinsic spatial vibrations.

Затем выбирают из базы данных поочередно наборы записанных на начальном этапе первых значимых экспериментальных частот и форм собственных пространственных колебаний в контрольных точках объекта. Для них с помощью математической модели, меняя значения ее параметров: модуля упругости и коэффициента Пуассона, выполняют подбор теоретических значений частот и форм в этих точках и соответствующих условиях окружающей среды объекта. Затем анализируют величины отклонения теоретических от экспериментальных значений, на основании чего в модели задают изменения значений параметров - характеристик упругости строительных материалов для каждых частей конструкции модели здания/сооружения. Подбор ведут до тех пор, пока не будет получено согласие со всеми выбранными из базы данных наборами первых значимых экспериментальных частот и форм собственных пространственных колебаний в пределах минимальной среднеквадратической ошибки расхождения теоретических значений с экспериментальными. Таким образом, после идентификации модели на начальном этапе в ней учитывают изменение динамических характеристик от параметров внешнего воздействия (действие ветра, напора воды, полезной нагрузки от оборудования, температуры окружающей среды) с учетом сезонного изменения работы здания/сооружения.Then, one selects from the database one by one the sets of the first significant experimental frequencies and forms of intrinsic spatial vibrations recorded at the initial stage at the control points of the object. For them, using a mathematical model, changing the values of its parameters: elastic modulus and Poisson's ratio, they select the theoretical values of frequencies and shapes at these points and the corresponding environmental conditions of the object. Then the values of theoretical deviation from experimental values are analyzed, on the basis of which the model sets the changes in the parameter values - the elasticity characteristics of building materials for each part of the structure of the building / structure model. The selection is carried out until agreement is reached with all sets of the first significant experimental frequencies and forms of natural spatial vibrations selected from the database within the minimum mean square error of the discrepancy between theoretical and experimental values. Thus, after the identification of the model at the initial stage, it takes into account the change in the dynamic characteristics of the parameters of the external influence (wind, water pressure, payload from the equipment, and ambient temperature), taking into account the seasonal changes in the operation of the building / structure.

После обработки всех данных из базы, полученные теоретические значения характеристик свойств материала (модуль упругости, коэффициент Пуассона), которые принимают за эталон, наборы первых значимых теоретических частот и форм собственных пространственных колебаний вместе с соответствующими данными о действии в тот момент окружающей среды также запоминают в базе данных.After processing all the data from the database, the obtained theoretical values of the characteristics of the material’s properties (elastic modulus, Poisson's ratio), which are taken as the standard, the sets of the first significant theoretical frequencies and forms of natural spatial vibrations along with the corresponding data on the action at that moment of the environment are also stored in database.

Затем выполняется основной этап оценки технического состояния зданий/сооружений. Для этого в выбранных контрольных точках объекта через заданный промежуток и в течение заданного интервала времени с помощью трехкомпонентных сейсмических датчиков регулярно проводят текущие сеансы измерения сейсмических шумов техногенной и естественной природы, фиксируя при этом внешние условия, вызывающие силовое воздействие на объект. По измеренным сейсмическим шумам, описанным выше способом с помощью спектрального анализа, также рассчитывают текущие наборы первых значимых экспериментальных частот и форм собственных пространственных колебаний в контрольных точках объекта. Затем, также с помощью модели, в которой учитываются действие внешних сил в момент измерения, подбирают текущие значения свойств материалов каждой части объекта, которые дают минимальный квадрат отклонения полученных из модели заданного количества первых значимых теоретических частот и форм собственных пространственных колебаний объекта от экспериментальных частот и форм в контрольных точках. Подобранные с помощью модели текущие характеристики материала для каждой части вместе с соответствующими текущими первыми значимыми экспериментальными частотами и формами собственных пространственных колебаний в контрольных точках заносят в базу данных. Затем выполняют сравнение эталонных значений характеристик материала, полученных на начальном этапе, с текущими значениями характеристик для каждой части объекта. Для этого для всех записанных в базу данных текущих характеристик материала вычисляют разности между этим значением и значением, полученным на начальном этапе, - эталонным значением. Для этих разностей вычисляют среднее значение и квадратичное отклонение. Затем по критерию согласия определяют, относится ли анализируемое последнее текущее значение разности с заданным уровнем значимости к закону распределения вероятностей разностей между всеми значениями из базы данных и эталонным. Если по критерию согласия получается, что отклонение характеристик материала от эталона в какой-либо части конструкции объекта существеннее возможной случайной ошибки с заданной вероятностью, то данную часть конструкции объекта отмечают как особую и подлежащую детальному обследованию.Then the main stage of assessing the technical condition of buildings / structures is carried out. To do this, at the selected control points of the object through a given interval and for a given time interval using three-component seismic sensors regularly conduct current sessions of measuring seismic noise of anthropogenic and natural nature, while fixing the external conditions that cause force on the object. Based on the measured seismic noise described above using spectral analysis, the current sets of the first significant experimental frequencies and forms of natural spatial vibrations at the control points of the object are also calculated. Then, also using a model that takes into account the action of external forces at the time of measurement, the current values of the properties of the materials of each part of the object are selected, which give the minimum squared deviation of the given number of first significant theoretical frequencies and forms of the object’s own spatial vibrations from the experimental frequencies and forms at control points. The current material characteristics for each part selected using the model along with the corresponding current first significant experimental frequencies and forms of natural spatial vibrations at the control points are entered into the database. Then, the reference values of the characteristics of the material obtained at the initial stage are compared with the current values of the characteristics for each part of the object. To do this, for all the current material characteristics recorded in the database, the differences between this value and the value obtained at the initial stage, the reference value, are calculated. For these differences, the mean and standard deviation are calculated. Then, according to the consent criterion, it is determined whether the analyzed last current difference value with a given significance level relates to the distribution law of the probability of differences between all values from the database and the reference. If by the criterion of agreement it turns out that the deviation of the characteristics of the material from the standard in any part of the structure of the object is more significant than the possible random error with a given probability, then this part of the structure of the object is marked as special and subject to detailed examination.

Таким образом, реализация предлагаемого способа позволит:Thus, the implementation of the proposed method will allow:

- определять с заданной детализацией в объеме конструкции объекта текущее значение оценки упругих свойств использованных в нем строительных материалов;- determine with a given detail in the volume of the object’s construction the current value of the assessment of the elastic properties of the building materials used in it;

- выполнять оценку технического состояния в условиях изменяющегося действия окружающей среды - ее температуры, скорости ветра, уровня воды в плотине, полезной нагрузки на здание или мост;- perform an assessment of the technical condition under the changing environmental conditions - its temperature, wind speed, water level in the dam, payload on the building or bridge;

- обладать высокой чувствительностью (точностью), чтобы быть способным оперативно обнаружить и локализовать начало процесса уменьшения прочности в какой-либо части потенциально опасного объекта;- possess high sensitivity (accuracy) in order to be able to quickly detect and localize the beginning of the process of strength reduction in any part of a potentially dangerous object;

- обеспечивать данными для оценки безопасности дальнейшей эксплуатации, целесообразности ремонта, необходимости реконструкции, выработки предложений по усилению конструкций зданий или сооружений;- provide data for assessing the safety of further operation, the feasibility of repairs, the need for reconstruction, and the development of proposals for strengthening the structures of buildings or structures;

- использовать полученную информацию для формирования статистики о работоспособности зданий и сооружений, эксплуатирующихся в различных условиях с целью корректировки технических решений, норм проектирования, эксплуатации и ремонта зданий или сооружений;- use the information obtained to compile statistics on the health of buildings and structures operating in various conditions in order to adjust technical solutions, design, operation and repair standards for buildings or structures;

- оперативно информировать о безопасности зданий/сооружений для пользователей.- promptly inform the safety of buildings / structures for users.

Это достигается тем, что в предлагаемом сейсмометрическом способе мониторинга технического состояния зданий и/или сооружений, в отличие от известных способов, во-первых, разрабатывают расчетную конечно-элементную математическую модель, связывающую отношениями заданное количество первых значимых теоретических частот и форм собственных пространственных колебаний объекта, разделенного на некоторые конструктивные части, со свойствами материала каждой такой части, граничными условиями, при воздействиях на объект внешней силы, вызванной окружающей его средой. Во-вторых, в отличие от известных способов, в течение заданного времени выполняют начальную оценку характеристик упругости материалов выделенных частей конструкции объекта, которую принимают за эталон. Этот промежуток времени, в течение которого должны проявиться все значимые внешние воздействия, влияющие на динамические характеристики объекта, устанавливают для накопления и анализа данных в зависимости от типа объекта и условий его эксплуатации. Накопление данных в течение заданного промежутка времени происходит регулярно с заданным периодом, определяемым скоростью изменения значений параметров внешнего воздействия на объект. Для этого, в течение выбранного промежутка накопления данных, с определенным периодом проводят измерения трехкомпонентными сейсмическими датчиками, размещенными в здании/или сооружении в контрольных точках. По этим измерениям, используя спектральный анализ, рассчитывают заданное количество первых значимых экспериментальных частот и форм собственных колебаний по трем осям координат здания и/или сооружения в этих контрольных точках. Полученные данные вместе с параметрами внешнего воздействия на объект (температурой воздуха, уровнем воды, скоростью ветра и др.) запоминают в базе данных. Затем, методом направленного подбора значений характеристик материала для каждой части конструкции объекта с учетом действия силы, вызванной внешним воздействием, с помощью расчетной модели находят оптимальные значения характеристик материала, минимизирующие квадрат отклонения заданного количества первых значимых экспериментальных частот и форм собственных пространственных колебаний объекта от теоретических частот и форм в контрольных точках. Полученные оптимальные значения характеристик материала и первые значимые теоретические частоты и формы собственных пространственных колебаний объекта вместе с параметрами действия окружающей среды запоминают в базе данных, как эталонные.This is achieved by the fact that in the proposed seismometric method for monitoring the technical condition of buildings and / or structures, in contrast to the known methods, firstly, a calculated finite-element mathematical model is developed that relates a given number of first significant theoretical frequencies and forms of natural spatial vibrations of the object , divided into some structural parts, with the properties of the material of each such part, the boundary conditions, when an external force is applied to the object, caused by his environment. Secondly, in contrast to the known methods, for a given time, an initial assessment of the elasticity characteristics of the materials of the selected parts of the object structure, which is taken as the standard, is performed. This period of time during which all significant external influences should appear, affecting the dynamic characteristics of the object, is set for the accumulation and analysis of data depending on the type of object and its operating conditions. The accumulation of data over a given period of time occurs regularly with a predetermined period, determined by the rate of change of the parameters of the external influence on the object. To do this, during the selected period of data accumulation, with a certain period, measurements are made by three-component seismic sensors located in the building / or structure at control points. From these measurements, using spectral analysis, a predetermined number of first significant experimental frequencies and modes of natural vibrations are calculated along the three axes of the building and / or structure coordinates at these control points. The data obtained along with the parameters of the external impact on the object (air temperature, water level, wind speed, etc.) are stored in the database. Then, using the method of directional selection of the values of the material characteristics for each part of the object’s structure, taking into account the action of the force caused by external influence, using the calculation model, the optimal values of the material characteristics are found that minimize the square of the deviation of a given number of first significant experimental frequencies and forms of the object’s own spatial vibrations from theoretical frequencies and forms at control points. The obtained optimal values of the characteristics of the material and the first significant theoretical frequencies and forms of the natural spatial vibrations of the object, together with the parameters of the environmental action, are stored in the database as reference ones.

Затем, в-третьих, в отличие от известных способов, выполняют периодическую оценку характеристик упругости материалов объекта и сравнение их с эталоном. Для этого, выполняя текущие измерения микросейсмических шумов в выбранных контрольных точках объекта, используя спектральный анализ, определяют заданное количество первых значимых экспериментальных частот и форм собственных пространственных колебаний здания и/или сооружения в этих точках. Затем подбирают с помощью ранее построенной математической модели, в которой также учитываются действие внешних сил в момент измерения, такие значения свойств материалов каждой части объекта, которые дают минимальный квадрат отклонения полученных из модели первых значимых теоретических частот и форм собственных пространственных колебаний объекта от экспериментальных частот и форм. Подобранные с помощью модели текущие характеристики материала для каждой части и текущие первые значимые частоты и формы собственных пространственных колебаний заносят в базу данных. Затем выполняют сравнение значений характеристик материала, полученных на начальном этапе с текущими значениями характеристик для каждой части объекта. По критерию согласия определяют, является ли отклонение текущего значения характеристики материала некоторой части конструкции объекта с заданной вероятностью от его эталонного значения, случайной величиной или нет. Если по критерию согласия получают, что отклонение характеристик материала от эталона в какой-либо части конструкции объекта не является случайной ошибкой с заданной вероятностью, то данную часть конструкции объекта отмечают как особенную и подлежащую детальному обследованию.Then, thirdly, in contrast to the known methods, they periodically evaluate the elasticity characteristics of the materials of the object and compare them with the standard. For this, performing current measurements of microseismic noise at selected control points of the object, using spectral analysis, determine the specified number of first significant experimental frequencies and forms of the natural spatial vibrations of the building and / or structure at these points. Then, using the previously constructed mathematical model, which also takes into account the action of external forces at the time of measurement, such properties of materials of each part of the object that give the minimum squared deviation of the first significant theoretical frequencies and forms of natural spatial vibrations of the object from the experimental frequencies and forms. The current material characteristics for each part and the current first significant frequencies and forms of intrinsic spatial vibrations selected using the model are entered into the database. Then perform a comparison of the values of the characteristics of the material obtained at the initial stage with the current values of the characteristics for each part of the object. According to the criterion of agreement, it is determined whether the deviation of the current value of the material characteristic of a certain part of the structure of the object with a given probability from its reference value is a random variable or not. If according to the criterion of agreement it is obtained that the deviation of the characteristics of the material from the standard in any part of the structure of the object is not a random error with a given probability, then this part of the structure of the object is marked as special and subject to detailed examination.

Таким образом, сейсмометрический способ мониторинга технического состояния зданий и/или сооружений характеризуется следующей совокупностью признаков изобретения. Во-первых, это выбор количества анализируемых первых значимых частот и форм собственных пространственных колебаний и контрольных точек измерений, соответствующих местам, близким к максимальным значениям форм собственных колебаний зданий и/или сооружений, установка сейсмических датчиков в выбранных точках на обследуемом здании и/или сооружению. Во-вторых, это выполнение периодической с заданным шагом и в течение заданного интервала времени (сеанса) сейсмической регистрации и обработки записей по трем пространственным координатам микросейсмического фона естественного и техногенного происхождения, в условиях которого постоянно находится здание и/или сооружение. Thus, the seismometric method for monitoring the technical condition of buildings and / or structures is characterized by the following set of features of the invention. Firstly, this is the choice of the number of analyzed first significant frequencies and forms of natural spatial vibrations and control points of measurements corresponding to places close to the maximum values of natural forms of vibrations of buildings and / or structures, the installation of seismic sensors at selected points on the building and / or structure under study . Secondly, it is a periodic seismic recording and processing of records at three spatial coordinates of a microseismic background of natural and man-made origin, in the conditions of which the building and / or structure is constantly located, periodically with a given step and during a specified time interval (session).

В-третьих, это определение для каждого текущего сеанса измерения интегральных динамических характеристик: первых значимых частот и форм собственных колебаний, декрементов затухания, скоростей распространения сейсмических волн по трем осям координат здания и/или сооружения в этих контрольных точках, сравнение значений этих характеристик текущего сеанса с ранее полученными подобным образом и анализ отклонения от этих значений. В-четвертых, способ отличается от известных тем, что выполняют разработку расчетной конечно-элементной математической модели, связывающей отношениями заданное количество первых значимых теоретических частот и форм собственных пространственных колебаний объекта, разделенного на некоторые конструктивные части, со свойствами материала каждой такой части при определенных граничных условиях и воздействиях на объект внешней силы, вызванной окружающей его средой. В-пятых, способ отличается от известных тем, что вначале в течение времени выбранной длительности выполняют накопление экспериментальных данных - через заданные заранее интервалы времени в течение заданного сеанса измеряют трехкомпонентные сейсмические сигналы в контрольных точках здания и/или сооружения, по которым с помощью спектрального анализа вычисляют заданное количество первых значимых экспериментальных частот и форм собственных пространственных колебаний здания или сооружения в этих точках, которые запоминают в базе данных. Затем в автоматизированном режиме, с помощью разработанной численной конечно-элементной математической модели проводят итерационный подбор таких эталонных значений модулей упругости материала каждой части конструкции, которые в выбранных контрольных точках здания и/или сооружения минимизируют квадрат отклонения заданного количества первых значимых теоретических частот и форм собственных пространственных колебаний от аналогичных экспериментальных частот и форм. Этот подбор выполняют по всем данным, полученным из базы данных для всего времени накопления при действии всех учитываемых факторах окружающей среды. Полученные эталонные значения модулей упругости материалов здания и/или сооружения для ранее выбранных частей конструкции вместе с параметрами воздействия окружающей среды и заданного количества первых значимых теоретических частот и форм собственных пространственных колебаний в контрольных точках объекта запоминают в базе данных. В-шестых, способ отличается от известных тем, что после получения эталонных данных модулей упругости, через заданные заранее интервалы времени в течение заданного сеанса выполняют трехкомпонентными датчиками текущие измерения сейсмических сигналов в контрольных точках здания и/или сооружения, по которым, так же как в описанном выше начальном этапе, определяют заданное количество текущих первых значимых экспериментальных частот и форм собственных пространственных колебаний здания и/или сооружения в этих точках. Затем подбирают в автоматизированном режиме с помощью ранее построенной конечно-элементной математической модели, в которой также учитывают действие внешних сил в момент измерения, такие текущие значения характеристик упругих свойств материалов (модуля упругости Юнга и коэффициента Пуассона) каждой части объекта, которые дают минимальный квадрат отклонения для заданного количества полученных из модели первых значимых теоретических частот и форм собственных пространственных колебаний объекта от экспериментальных частот и форм в этих точках. Затем извлекают из базы данных эталонные значения характеристик упругих свойств материалов и вычисляют разность между эталонными и текущими значениями этих характеристик. Полученную разность затем оценивают по критерию согласия с заданной вероятностью как значимую или незначимую, и в случае признания отклонения от эталона в какой-либо части объекта значимым, эту часть отмечают, как особенную для последующего дополнительного обследования этой части объекта.Thirdly, this definition for each current session measures the integral dynamic characteristics: the first significant frequencies and modes of natural oscillations, damping decrements, seismic wave propagation velocities along the three axes of the building and / or structure coordinates at these control points, comparing the values of these characteristics of the current session with previously obtained in a similar way and analysis of deviations from these values. Fourth, the method differs from the known ones in that they develop a calculated finite-element mathematical model that relates the specified number of first significant theoretical frequencies and forms of natural spatial vibrations of an object, divided into some structural parts, with the properties of the material of each such part for certain boundary conditions and effects on the object of external force caused by its environment. Fifthly, the method differs from the known ones in that at first, during the time of the selected duration, experimental data are accumulated - at predetermined time intervals during a given session, three-component seismic signals are measured at the control points of the building and / or structure, according to which spectral analysis calculate a given number of first significant experimental frequencies and forms of the natural spatial vibrations of the building or structure at these points, which are stored in the database . Then, in an automated mode, using the developed numerical finite-element mathematical model, iterative selection of such reference values of the elastic moduli of the material of each part of the structure is carried out, which at the selected control points of the building and / or structure minimize the square of the deviation of a given number of first significant theoretical frequencies and forms of natural spatial fluctuations from similar experimental frequencies and shapes. This selection is performed according to all data obtained from the database for the entire accumulation time under the action of all considered environmental factors. The obtained reference values of the elastic moduli of materials of a building and / or structure for previously selected parts of the structure, together with the parameters of the environmental impact and a given number of first significant theoretical frequencies and forms of natural spatial vibrations at the control points of the object, are stored in the database. Sixth, the method differs from the known ones in that after receiving the reference data of the elastic moduli, at predetermined time intervals during a given session, three-component sensors perform current measurements of seismic signals at the control points of the building and / or structure, according to which, as in the initial stage described above, determine the specified number of current first significant experimental frequencies and forms of the natural spatial vibrations of the building and / or structure at these points. Then, they are selected in an automated mode using the previously constructed finite element mathematical model, which also takes into account the action of external forces at the time of measurement, such current values of the characteristics of the elastic properties of materials (Young's modulus of elasticity and Poisson's ratio) of each part of the object that give a minimum squared deviation for a given number of the first significant theoretical frequencies and forms of natural spatial vibrations of the object obtained from the model from the experimental frequencies and shapes in x points. Then, the reference values of the characteristics of the elastic properties of materials are extracted from the database and the difference between the reference and current values of these characteristics is calculated. The resulting difference is then evaluated by the criterion of agreement with a given probability as significant or insignificant, and if the deviation from the standard in any part of the object is recognized as significant, this part is noted as special for subsequent additional examination of this part of the object.

Заявляемый способ мониторинга может быть осуществлен, например, посредством автоматизированной системы сейсмометрического мониторинга (АССМ) технического состояния плотины ГЭС, структурная схема которой изображена на фиг.1; на фиг.2 приведена конечно-элементная трехмерная модель плотины ГЭС, фиг.3 иллюстрирует определение частот собственных поперечных колебаний плотины по спектру передаточной функции. На фиг.4 приведен пример пространственного изображения первой формы поперечных колебаний (график амплитуд первой собственной частоты) плотины Красноярской ГЭС, а на фиг.5 - пример второй формы поперечных колебаний.The inventive method of monitoring can be carried out, for example, by means of an automated seismometric monitoring system (ACM) of the technical state of the dam of a hydroelectric power station, the structural diagram of which is shown in figure 1; figure 2 shows the finite element three-dimensional model of the dam hydroelectric power station, figure 3 illustrates the determination of the frequencies of natural transverse vibrations of the dam from the spectrum of the transfer function. Figure 4 shows an example of a spatial image of the first form of transverse vibrations (amplitude graph of the first natural frequency) of the dam of the Krasnoyarsk hydroelectric station, and figure 5 is an example of a second form of transverse vibrations.

Структура АССМ (фиг.1) включает сервер с автоматизированным рабочим местом оператора 1, автоматизированное рабочее место специалиста-исследователя 2, источник бесперебойного питания 3, функциональный блок сбора и предварительной обработки микросейсмических колебаний 4, пункты наблюдения (сейсмоприемники) 5, информационно-обрабатывающий центр 6, пункт сбора сейсмической информации 7.The structure of the ACM (Fig. 1) includes a server with an automated workstation of an operator 1, an automated workstation of a specialist researcher 2, an uninterruptible power supply 3, a functional unit for collecting and preprocessing microseismic vibrations 4, observation points (geophones) 5, an information processing center 6, seismic information collection point 7.

В структуре АССМ выделяется три уровня:There are three levels in the structure of ACCM:

- первый (нижний) уровень - пункты наблюдения 5, состоящие из трехкомпонентных пьезоэлектрических сейсмометрических датчиков с кабелями;- the first (lower) level - observation points 5, consisting of three-component piezoelectric seismometric sensors with cables;

- второй (средний) уровень - пункт сбора сейсмической информации 7, представляющий собой функциональный блок сбора и предварительной обработки микросейсмических колебаний 4;- the second (middle) level is a collection point of seismic information 7, which is a functional unit for collecting and pre-processing microseismic oscillations 4;

- третий (верхний) уровень - информационно-обрабатывающий центр 6, представляющий собой сервер с автоматизированным рабочим местом оператора 1 и автоматизированное рабочее место специалиста-исследователя 2, включенное в локальную сеть предприятия.- the third (upper) level is the information processing center 6, which is a server with an automated workstation of the operator 1 and an automated workstation of a specialist researcher 2, included in the local network of the enterprise.

Для осуществления мониторинга на основании предварительных исследований определяют диапазон и количество частот и форм собственных колебаний объекта и выбирают схему наблюдений в контрольных точках плотины. Из анализа диапазона форм выбирают для последующего мониторинга нужное количество первых значимых частот форм собственных колебаний объекта. Контрольные точки выбирают таким образом, чтобы места установки датчиков не попадали в «узлы» выбранных значимых форм собственных пространственных колебаний плотины и размещались по всему телу объекта.To carry out monitoring on the basis of preliminary studies, the range and number of frequencies and forms of natural vibrations of the object are determined and the observation scheme is selected at the control points of the dam. From the analysis of the range of forms, the necessary number of first significant frequencies of the forms of natural vibrations of the object is selected for subsequent monitoring. Control points are chosen in such a way that the installation sites of the sensors do not fall into the “nodes” of the selected significant forms of the dam’s own spatial oscillations and are placed throughout the body of the object.

В АССМ предварительно усиленный сигнал от сейсмоприемников 5 по коаксиальному кабелю поступает в функциональный блок сбора и предварительной обработки микросейсмических колебаний 4. Каждый канал блока содержит программно-настраиваемый усилитель, фильтр нижних частот с программно-настраиваемой частотой среза, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор и интерфейс. Через интерфейс каждый канал связан с микроконтроллером, который в свою очередь связан с сервером 1 по локальной сети.In ACCM, the pre-amplified signal from the geophones 5 via a coaxial cable enters the functional unit for collecting and preprocessing microseismic vibrations 4. Each channel of the block contains a programmable amplifier, a low-pass filter with a programmable cutoff frequency, an analog-to-digital converter, a microprocessor, and an interface . Through the interface, each channel is connected to a microcontroller, which in turn is connected to server 1 via a local network.

На основе материалов проектирования, проектно-изыскательных работ, данных испытаний характеристик прочности строительных материалов объекта за предыдущий период эксплуатации, в АРМ специалиста-исследователя 2 информационно-обрабатывающего центра с помощью компьютерной программы формируют расчетную конечно-элементную математическую модель конструкции здания/сооружения и модель нагрузок и воздействий на здание/сооружение. Конечно-элементная математическая модель всей конструкции здания/сооружении состоит из частей, размеры которых заданы заранее из требования точности определения возможного дефекта. Конечно-элементная математическая модель связывает отношениями частоты и формы собственных пространственных колебаний объекта со свойствами материала всех частей объекта при определенных граничных условиях и воздействиях на объект окружающей его среды. Пример такой конечно-элементной модели плотины для Красноярской ГЭС, которая реализуется на пакете программ для моделирования ANSYS, приведен на фиг.2.On the basis of design materials, design and survey work, test data on the strength characteristics of building materials of the object for the previous period of operation, in the workstation of a specialist researcher 2 information processing centers using a computer program form the calculated finite element mathematical model of the building / structure and the load model and impacts on the building / structure. The finite element mathematical model of the entire structure of the building / structure consists of parts whose dimensions are set in advance from the requirement of accuracy of determining a possible defect. A finite-element mathematical model connects the relationships of the frequency and shape of the object’s own spatial vibrations with the material properties of all parts of the object under certain boundary conditions and the effects of the surrounding environment on the object. An example of such a finite element model of the dam for the Krasnoyarsk hydroelectric station, which is implemented on the ANSYS modeling software package, is shown in FIG. 2.

Затем выполняют начальный этап. Для этого, используя выбранную минимальную систему измерений 5, для определения экспериментальных динамических характеристик в m выбранных контрольных точках объекта, размещенных в теле объекта с каждого k-го (k=1,…,m) трехкомпонентного (x,y,z) сейсмоприемника, преобразованный в цифровую форму сейсмический сигнал U, (x,y,z,t) в заданный i интервал времени { $t_{i} \leq t ≺ t_{i + 1}$

} одновременно от всех сейсмоприемников вводится через функциональный блок сбора и предварительной обработки микросейсмических колебаний 4 в АРМ специалиста-исследователя 2 системы мониторинга АССМ. Эти измерения повторяют N раз, что составляет сеанс измерения. Выбор количества измерений N в сеансе определяется точностью (заданной среднеквадратической ошибкой) получения оценки спектров с в контрольных k точках.Then perform the initial stage. To do this, using the selected minimum measurement system 5, to determine the experimental dynamic characteristics in m selected control points of the object, placed in the body of the object from each k-th (k = 1, ..., m) three-component (x, y, z) geophones, digitized seismic signal U, (x, y, z, t) in a given i time interval {

t_{i} \leq t ≺ t_{i + one}

} simultaneously from all geophones, it is introduced through a functional unit for collecting and pre-processing microseismic vibrations 4 into the workstation of a specialist researcher 2 of the ACM monitoring system. These measurements are repeated N times, which constitutes a measurement session. The choice of the number of measurements N in a session is determined by the accuracy (given by the standard error) of obtaining an estimate of the spectra with at control k points.

Данные измерений каждого сеанса записывают в файловое хранилище сервера 1, затем передаются в АРМ специалиста-исследователя 2, где с помощью программы спектрального анализа рассчитываются средние значения амплитудно-фазового спектра в каждой критической точке по трем компонентам. А по результатам спектрального анализа рассчитываются заданное заранее количество первых значимых экспериментальных частот и форм собственных пространственных колебаний объекта согласно [1] (фиг.3). Значения экспериментальных частот и форм пространственных колебаний, информацию об окружающей среде (температуру, действующую нагрузку от ветра, воды, транспорта, и т.д.) заносят в базу данных АРМ специалиста-исследователя 2. Накопление экспериментальных оценок выполняют регулярно сеансами в течение интервала времени, необходимого для проявления в заданном диапазоне всех действующих факторов окружающей среды на значение динамических характеристик объекта. Например, для мониторинга плотины ГЭС, начальный этап составляет 12 месяцев ежедневных двух сеансов измерений, каждого длительностью 10 минут.The measurement data of each session are recorded in the file storage of server 1, then transferred to the workstation of the research specialist 2, where the average values of the amplitude-phase spectrum at each critical point for three components are calculated using the spectral analysis program. And according to the results of spectral analysis, a predetermined number of first significant experimental frequencies and forms of natural spatial vibrations of an object are calculated in accordance with [1] (Fig. 3). The values of the experimental frequencies and forms of spatial vibrations, information about the environment (temperature, the current load from wind, water, transport, etc.) are entered into the database of the workstation of a specialist researcher 2. The accumulation of experimental estimates is performed regularly by sessions over a time interval necessary for the manifestation in a given range of all environmental factors acting on the value of the dynamic characteristics of the object. For example, to monitor a hydroelectric dam, the initial stage is 12 months of two daily measurement sessions, each lasting 10 minutes.

Затем, на этом же этапе, после проведения всего интервала накопления данных о внешних факторах, с помощью АРМ специалиста-исследователя 2, на которой размещена программа расчета численной конечно-элементной математической модели конструкции здания и/или сооружения, в автоматизированном режиме проводят итерационный подбор оптимальных значений характеристик упругости материала (модуля упругости и коэффициента Пуассона) каждой части конструкции объекта. Эти части конструкции состоят из группы конструктивных элементов (фундаментов, оснований, секций, стен, перекрытий, опор). Параметрами программы расчета являются, во-первых, характеристики материала объекта, во-вторых, температура, силовая нагрузка и дополнительная масса на объект из-за действия факторов окружающей среды, в-третьих, пространственная конструкция объекта и граничные условия. Результатами расчета программы являются значения выбранного количества первых значимых теоретических частот и форм собственных пространственных колебаний в контрольных точках. Например, для десяти контрольных точек и первых четырех значимых частот и форм для трех пространственных координат, программа выдаст четыре значения частот и 120 значений относительных амплитуд форм собственных пространственных колебаний объекта, привязанных к координатам объекта и осям пространства. Оптимальные значения характеристик упругости материалов всех частей конструкции объекта должны минимизировать квадрат отклонения в контрольных точках заданного количества рассчитанных с помощью математической модели первых значимых теоретических частот и форм собственных пространственных колебаний от аналогичных экспериментальных, выбранных из базы данных АРМ специалиста-исследователя 2 за весь период накопления с учетом факторов внешнего воздействия, действующего в момент времени измерения. Оптимальные значения модуля упругости для выбранных частей конструкции здания и/или сооружения вместе с параметрами внешнего воздействия и первыми значимыми теоретическими частотами и формами собственных пространственных колебаний запоминают в базе данных АРМ специалиста-исследователя 2 как эталонные. По ним строятся пространственные графики значений модулей упругости и графики первых значимых теоретических частот и форм собственных пространственных колебаний в зависимости от действующей на модель нагрузки. На фиг.4 приведен пример пространственного изображения первой формы поперечных колебаний (график амплитуд первой собственной частоты) плотины Красноярской ГЭС, а на фиг.5 - второй формы поперечных колебаний.Then, at the same stage, after the entire interval of accumulation of data on external factors, using the automated workplace of a specialist researcher 2, which contains a program for calculating a numerical finite-element mathematical model of a building and / or structure, iteratively select the optimal values of the elasticity characteristics of the material (elastic modulus and Poisson's ratio) of each part of the structure of the object. These parts of the structure consist of a group of structural elements (foundations, foundations, sections, walls, ceilings, supports). The parameters of the calculation program are, firstly, the characteristics of the material of the object, secondly, the temperature, power load and additional mass on the object due to environmental factors, and thirdly, the spatial structure of the object and boundary conditions. The results of the calculation of the program are the values of the selected number of first significant theoretical frequencies and forms of natural spatial vibrations at the control points. For example, for ten control points and the first four significant frequencies and shapes for three spatial coordinates, the program will produce four frequency values and 120 values of relative amplitudes of the forms of the object’s own spatial vibrations, tied to the coordinates of the object and the axes of space. The optimal values of the elasticity characteristics of materials of all parts of the object’s construction should minimize the square of the deviation at the control points of a given number calculated from the mathematical model of the first significant theoretical frequencies and forms of natural spatial vibrations from similar experimental ones selected from the workstation database of a specialist researcher 2 for the entire accumulation period from taking into account external factors acting at the time of measurement. The optimal values of the elastic modulus for selected parts of the building structure and / or structure, together with the parameters of the external influence and the first significant theoretical frequencies and forms of natural spatial vibrations, are stored in the database of the automated workplace of a specialist researcher 2 as reference. They are used to construct spatial graphs of elastic modulus values and graphs of the first significant theoretical frequencies and forms of natural spatial vibrations depending on the load acting on the model. Figure 4 shows an example of a spatial image of the first form of transverse vibrations (amplitude graph of the first natural frequency) of the dam of the Krasnoyarsk hydroelectric station, and figure 5 is a second form of transverse vibrations.

Основной этап мониторинга технического состояния зданий/сооружений с помощью АССМ выполняет следующим образом. Составляют расписание измерений на контролируемом объекте, которое вводят в программу мониторинга, размещенной на сервере с АРМ оператора 1 системы. Затем, в этой же программе выполняют переход в режим измерения и оценки технического состояния объекта по заданному расписанию. При наступлении момента времени сеанса измерения по расписанию, сервер 1 выдает команду в функциональный блок сбора и предварительной обработки микросейсмических колебаний 4. Блок 4 запускает сеанс измерения сейсмических сигналов с датчиков, размещенных в контрольных точках. Сеанс измерения технически выполняют так же, как и на начальном этапе. Файлы данных измерений каждого сеанса так же, как и на начальном этапе, записывают в файловое хранилище сервера 1, затем передают в АРМ 2, где также с помощью программы спектрального анализа рассчитывают средние значения амплитудно-фазового спектра в каждой критической точке по трем компонентам. Затем по результатам спектрального анализа аналогично начальному этапу определяют заданное количество первых значимых частот и формы собственных пространственных колебаний. Полученные значения экспериментальных первых значимых частот и форм собственных пространственных колебаний, информацию об окружающей среде (температуре, действующей нагрузке от ветра, воды, транспорта и т.д.) заносят в базу данных АРМ специалиста-исследователя 2. Затем в АРМ 2 передают управление программе оценки текущих значений характеристик упругости объекта. Для этого полученные текущие значения выбранного количества первых значимых экспериментальных частот и форм собственных пространственных колебаний извлекают из базы данных и к ним, с помощью программы численного моделирования объекта, в автоматизированном режиме, как и на начальном этапе, проводят итерационный подбор оптимальных значений модулей упругости материала каждой части конструкции объекта. Оптимальные значения модуля упругости также должны минимизировать квадрат отклонения заданного количества рассчитанных с помощью математической модели первых значимых теоретических частот и форм собственных пространственных колебаний от аналогичных экспериментальных. Затем в АРМ 2 передается управление программе статистического анализа. По этой программе полученные эталонные значения модуля упругости материала каждой части конструкции объекта извлекают из базы данных и сравнивают с текущими оптимальными значениями модулей упругости. Для этого вычисляют разницу между эталонными и текущими значениями, которую затем оценивают по критерию согласия с заданной вероятностью как незначимая или значимая. В случае признания отклонения от эталона в какой-либо части объекта значимой, эта часть считается особой, на экран АРМ 2 выдается соответствующее сообщение оператору для дополнительного обследования этой части объекта.The main stage of monitoring the technical condition of buildings / structures using ACCM is as follows. A schedule of measurements is made at the controlled object, which is entered into the monitoring program located on the server with the operator's workstation 1 of the system. Then, in the same program, a transition to the mode of measuring and evaluating the technical condition of the object according to a given schedule is performed. When the time point of the measurement session is scheduled, server 1 issues a command to the function block for collecting and pre-processing microseismic oscillations 4. Block 4 starts a session for measuring seismic signals from sensors located at control points. The measurement session is technically performed in the same way as at the initial stage. The measurement data files of each session, as well as at the initial stage, are recorded in the file storage of server 1, then transferred to AWP 2, where the average values of the amplitude-phase spectrum at each critical point for three components are also calculated using the spectral analysis program. Then, according to the results of spectral analysis, similarly to the initial stage, a predetermined number of first significant frequencies and the forms of natural spatial oscillations are determined. The obtained values of the experimental first significant frequencies and forms of intrinsic spatial vibrations, information about the environment (temperature, current load from wind, water, transport, etc.) are entered into the database of the workstation of the specialist researcher 2. Then, the control of the program is transferred to the workstation 2 assessment of the current values of the characteristics of the elasticity of the object. For this, the obtained current values of the selected number of first significant experimental frequencies and forms of natural spatial vibrations are extracted from the database and, using the program for numerical modeling of the object, iteratively selects the optimal values of the elastic moduli of the material of each material in the automated mode, as at the initial stage parts of the construction of the object. The optimal values of the elastic modulus should also minimize the square of the deviation of a given number calculated from the mathematical model of the first significant theoretical frequencies and forms of natural spatial vibrations from similar experimental ones. Then, workstation 2 transfers control to the statistical analysis program. According to this program, the obtained reference values of the elastic modulus of the material of each part of the structure of the object are extracted from the database and compared with the current optimal values of the elastic moduli. To do this, calculate the difference between the reference and current values, which is then evaluated by the criterion of agreement with a given probability as insignificant or significant. If the deviation from the standard in any part of the object is recognized as significant, this part is considered special, an appropriate message is issued to the operator on the AWP 2 screen for an additional examination of this part of the object.

Заявляемое изобретение промышленно применимо и имеет изобретательский уровень, а заявленная совокупность отличительных признаков обладает новой устойчивой взаимосвязью, что позволяет решить заявленную техническую задачу с заявленным техническим результатом.The claimed invention is industrially applicable and has an inventive step, and the claimed combination of distinctive features has a new stable relationship, which allows us to solve the claimed technical problem with the claimed technical result.

Основные идеи предлагаемого способа мониторинга реализованы на основе автоматизированной системы сейсмометрического мониторинга (АССМ), включающей АРМ с инсталлированным специализированным программным обеспечением, сервер, функциональный блок сбора и предварительной обработки, трехкомпонентные сейсмоприемники в проекте системы мониторинга технического состояния плотины Красноярской ГЭС (г.Дивногорск), и подтвердили свою работоспособность.The main ideas of the proposed monitoring method are implemented on the basis of an automated seismometric monitoring system (ACM), including an automated workstation with specialized software installed, a server, a functional unit for collecting and pre-processing, three-component seismic receivers in the design of a system for monitoring the technical condition of the dam of the Krasnoyarsk hydroelectric station (Divnogorsk), and confirmed their performance.

ЛитератураLiterature

1. Кузьменко А.П., Сабуров B.C. Определение упругих свойств бетона плотин ГЭС по скоростям сейсмических волн // Известия ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева. - 2006. - Т.245. С.259-269.1. Kuzmenko A.P., Saburov B.C. Determination of the elastic properties of concrete dams of hydroelectric power stations according to the velocities of seismic waves // Bulletin of the All-Russian Scientific Research Institute of Engineering named after B.E. Vedeneev. - 2006. - T.245. S.259-269.

Claims

A seismic method for monitoring the technical condition of buildings and / or structures, which consists in selecting control measurement points corresponding to places close to the maximum values of a given number of first significant frequencies and forms of natural spatial vibrations of buildings and / or structures, installing seismic sensors in selected points on the building and / or structure under investigation, periodic with a given step and during a given time interval (session), seismic registration and processing letters on the three spatial coordinates of the microseismic background of natural and man-made origin, in the conditions of which the building and / or structure is constantly located, determining for each session integral dynamic characteristics, comparing the values of these characteristics of the current session with previously obtained in a similar way and analyzing the deviation from these values, which differs the fact that at first they create a calculated finite-element three-dimensional mathematical model of the object, connecting the characteristics of the properties of the material (m modulus of elasticity, Poisson's ratio, density), spatial design of the object, boundary conditions, with a selected number of its first significant frequencies and forms of natural spatial vibrations for given force effects on the object caused by the influence of the environment, then the data is accumulated over a period of the selected duration - at predetermined time intervals during a given session, microseismic vibrations of natural and man-made origin are measured by a three-component seismic sensors at control points of a building and / or structure, by which, using spectral analysis, a selected number of first significant experimental frequencies and forms of natural spatial vibrations of the building or structure at these points are determined, to which, in an automated mode, using the developed computational finite-element model, divided iterative selection of such values of the elastic modulus and Poisson's ratio of the material to each part of the structure, which at the selected control points of the building and / or structure, minimizes the square of the deviation of the selected number of the first significant theoretical frequencies and forms of natural spatial vibrations obtained from the model from the frequencies and shapes obtained from experimental measurements under the influence of all environmental factors for the entire duration of time accumulation, while the values of the elastic moduli of the materials of the parts of the building structure and / or structure together with the environmental parameters and abusive significant theoretical number of first frequencies and modes of spatial oscillations stored in the database as a reference; then, at predetermined time intervals during a given session, three-component seismic sensors perform current measurements of microseismic vibrations of natural and man-made origin at the control points of the building and / or structure, using which spectral analysis determines the selected number of current first significant experimental frequencies and forms of natural spatial vibrations object at these points, and to which, as described previously, using the developed calculated finite element In this mathematical model, in an automated mode, with the other parameters unchanged, such current values of the elastic modulus and Poisson's ratio for each part of the building structure are minimized that the square of the deviation of the selected number of current first significant experimental frequencies and forms of natural spatial vibrations to the theoretical frequencies calculated using the model and forms at control points, while the reference standard is extracted from the database for all parts of the structure of the object the values of the elastic moduli and Poisson's ratios calculate the difference between these reference and similar current values, which is then estimated by the criterion of agreement with a given probability as insignificant or significant, and if the deviation from the reference is recognized as significant in any part of the object, this part is noted as special for subsequent additional examination.