RU2557343C1 - Method of determining signs and location of place of change of stressed-deformed state of buildings, structures - Google Patents

Method of determining signs and location of place of change of stressed-deformed state of buildings, structures Download PDF

Info

Publication number
RU2557343C1
RU2557343C1 RU2014112749/28A RU2014112749A RU2557343C1 RU 2557343 C1 RU2557343 C1 RU 2557343C1 RU 2014112749/28 A RU2014112749/28 A RU 2014112749/28A RU 2014112749 A RU2014112749 A RU 2014112749A RU 2557343 C1 RU2557343 C1 RU 2557343C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
building
value
energy parameter
stress
change
Prior art date
Application number
RU2014112749/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Михайлович Шахраманьян
Original Assignee
Андрей Михайлович Шахраманьян
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Андрей Михайлович Шахраманьян filed Critical Андрей Михайлович Шахраманьян
Priority to RU2014112749/28A priority Critical patent/RU2557343C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2557343C1 publication Critical patent/RU2557343C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: testing equipment.
SUBSTANCE: in implementing the method, a mathematical model of the structure is created, the adequacy of fluctuations of the real structure and its model is determined, the energy parameter for each of the elements of the structure in selected points is determined, and the change in the energy parameter of the structure is determined. At current values of change in energy parameter, different from a single value within a predetermined threshold value, the absence in the relevant registration points of the stress-deformed states is estimated, in excess of the value of change in the energy parameter of the predetermined threshold, followed by continuous growth of the value, the conclusion is made on the presence of stress-deformed states of the controlled object at such point.
EFFECT: increase in the operation speed and accuracy of determining the stress-deformed state of the controlled object, the ability of use of the method in the construction of automated systems of monitoring of engineering structures of buildings, enhanced functional capabilities, extension of the scope of application.
5 cl, 9 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области испытаний конструкций или сооружений на вибрацию, на ударные нагрузки, а именно - к методам и средствам диагностики технического состояния проектируемых, строящихся, реконструируемых строительных объектов, в том числе большепролетных, высотных и других уникальных зданий и сооружений.The invention relates to the field of testing structures or structures for vibration, shock loads, and in particular to methods and means for diagnosing the technical condition of designed, under construction, reconstructed construction objects, including long-span, high-rise and other unique buildings and structures.

При изготовлении строительных конструкций, строительстве объектов промышленного и гражданского назначения, обследовании зданий и сооружений, подлежащих реконструкции, производится контроль качества строительных конструкций и изделий в процессе их изготовления, а также диагностируется их состояние в процессе эксплуатации. Для контроля основных параметров качества строительных конструкций, характеризующих их прочность, жесткость и устойчивость, в настоящее время предусмотрено проведение выборочных разрушающих испытаний, которые являются неэффективными в процессе эксплуатации объекта, не обеспечивают достоверности результатов контроля, требуют разрушения большого количества изделий (Межгосударственный стандарт ГОСТ 8829-94 «Методы испытаний нагружением. Правила оценки прочности, жесткости, трещиностойкости», введенный в действие 17.07.1997). Для большепролетных, высотных и других уникальных и ответственных зданий и сооружений нормативными документами (ГОСТ P 53778-2010 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния» и ГОСТ 31937-2011 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния») предусмотрено создание автоматизированных систем мониторинга деформационного состояния несущих конструкций.In the manufacture of building structures, construction of industrial and civil facilities, inspection of buildings and structures to be reconstructed, quality control of building structures and products in the process of their manufacture is carried out, as well as their condition is diagnosed during operation. To control the main quality parameters of building structures characterizing their strength, rigidity and stability, selective destructive tests are currently carried out, which are ineffective during the operation of the facility, do not provide reliability of the control results, require the destruction of a large number of products (Interstate standard GOST 8829- 94 "Methods of loading tests. Rules for evaluating the strength, stiffness, crack resistance", entered into force 07/17/1997). For large-span, high-rise and other unique and responsible buildings and structures with regulatory documents (GOST P 53778-2010 "Buildings and Structures. Rules for the examination and monitoring of technical condition" and GOST 31937-2011 "Buildings and structures. Rules for the inspection and monitoring of technical condition") It is planned to create automated systems for monitoring the deformation state of load-bearing structures.

Для эффективной работы автоматизированных систем мониторинга строительных конструкций требуются пассивные методы неразрушающего контроля, которые могут быть реализованы в автоматизированном и/или автоматическом режиме и не требуют применения внешних нагрузок (ударных импульсов, вибрационных машин). Методы, в основе которых лежит применение внешних нагрузок (ударных импульсов, вибрационных машин), не могут быть использованы на стадии эксплуатации зданий, а реализация их в автоматизированном и/или автоматическом режиме экономически не обоснована.For the effective operation of automated systems for monitoring building structures, passive methods of non-destructive testing are required, which can be implemented in an automated and / or automatic mode and do not require the use of external loads (shock pulses, vibration machines). Methods based on the use of external loads (shock pulses, vibrating machines) cannot be used at the stage of operation of buildings, and their implementation in an automated and / or automatic mode is not economically justified.

Поэтому разработка новых пассивных методов неразрушающего контроля, интегрально характеризующих качество строительных конструкций, является весьма актуальным направлением исследований в теории сооружений и в области управления качеством строительной продукции. Среди перспективных методов неразрушающего контроля качества особое место занимают экспериментально-теоретические методы, в основу которых положены вибрационные технологии.Therefore, the development of new passive methods of non-destructive testing, integrally characterizing the quality of building structures, is a very relevant area of research in the theory of structures and in the field of quality management of building products. Among the promising methods of non-destructive quality control, experimental-theoretical methods occupy a special place, based on vibration technologies.

Известны неразрушающие методы контроля строительных конструкций, в основу которых положены вибрационные методы, в том числе методы, основанные на экспериментально полученной профессором Коробко В.И. закономерности в строительной механике, заключающейся в наличии функциональной связи между жесткостью упругих конструкций и их основной частотой колебаний. Полученная экспериментальным путем зависимость использована в охраняемом авторским свидетельством «Способе контроля жесткости на изгиб железобетонных элементов» (SU 1640595, опубл. 07.04.1991, МКИ A1 G01M 7/02), согласно которому жесткость испытуемого изделия определяется как функция величины максимального прогиба эталонного изделия, частот основного колебания эталонного и испытуемого изделий.Non-destructive methods of control of building structures are known, which are based on vibration methods, including methods based on experimentally obtained by professor Korobko V.I. patterns in structural mechanics, consisting in the presence of a functional relationship between the stiffness of elastic structures and their main frequency of vibrations. The dependence obtained experimentally was used in the “Method for controlling the bending stiffness of reinforced concrete elements” protected by the copyright certificate (SU 1640595, publ. 07.04.1991, MKI A1 G01M 7/02), according to which the rigidity of the test product is determined as a function of the maximum deflection of the reference product, frequencies of the main oscillations of the reference and test products.

Недостаток известного аналога заключается в том, что в нем не решается задача определения напряженно-деформационного состояния объекта и мест локализации обуславливающих его дефектов в испытуемом объекте.A disadvantage of the known analogue is that it does not solve the problem of determining the stress-strain state of an object and the places of localization of its underlying defects in the test object.

Известен способ неразрушающего контроля качества готового железобетонного изделия (RU патент №2097727, опубл. 27.11.1997, G01M 7/02), согласно которому контролируемое изделие устанавливают на опоры, преимущественно в соответствии с условиями эксплуатации, воздействуют на изделие при помощи источника возбуждения механических колебаний. Колебания изделия преобразуют с помощью приемника механических колебаний в электрический сигнал, по величине которого судят об амплитуде колебаний изделия. Изменяя частоту возбуждаемых колебаний, получают зависимость амплитуды продольных колебаний от частоты колебаний. С помощью электронного осциллографа контролируют форму механических колебаний в изделии.A known method of non-destructive quality control of a finished reinforced concrete product (RU patent No. 2097727, publ. 11/27/1997, G01M 7/02), according to which the controlled product is mounted on supports, mainly in accordance with operating conditions, affect the product using a source of excitation of mechanical vibrations . Oscillations of the product are converted with the help of a receiver of mechanical vibrations into an electrical signal, the magnitude of which is used to judge the amplitude of the vibrations of the product. By changing the frequency of the excited oscillations, a dependence of the amplitude of the longitudinal oscillations on the oscillation frequency is obtained. Using an electronic oscilloscope to control the shape of mechanical vibrations in the product.

По полученной амплитудно-частотной характеристике продольных колебаний контролируемого изделия определяют резонансную частоту и логарифмический декремент. После отключения источника возбуждения механических колебаний те же параметры определяют в режиме свободных затухающих колебаний изделия.The obtained amplitude-frequency characteristic of the longitudinal vibrations of the controlled product determines the resonant frequency and the logarithmic decrement. After turning off the source of excitation of mechanical vibrations, the same parameters are determined in the mode of free damped oscillations of the product.

Полученные значения динамических параметров контролируемого изделия и/или изменения этих значений в зависимости от уровней энергии возбуждения продольных колебаний сравнивают со значениями соответствующих динамических параметров и/или изменениями этих значений в зависимости от уровня энергии возбуждения эталонного изделия, полученных при тех же режимных параметрах. На основании сравнения значений и/или изменений значений динамических параметров эталонного и контролируемого изделий выносят суждение о прочности, жесткости, трещиностойкости и величине преднапряжения арматуры испытуемого изделия.The obtained values of the dynamic parameters of the controlled product and / or changes in these values depending on the levels of excitation energy of longitudinal vibrations are compared with the values of the corresponding dynamic parameters and / or changes in these values depending on the level of excitation energy of the reference product obtained with the same operating parameters. Based on a comparison of the values and / or changes in the values of the dynamic parameters of the reference and controlled products, a judgment is made about the strength, stiffness, crack resistance and the prestressing value of the reinforcement of the tested product.

Недостатки известного способа: неприменимость к контролю высотных зданий, сооружений сложной конфигурации в процессе их эксплуатации, реконструкции, невозможность локализовать дефекты контролируемой конструкции.The disadvantages of this method: the inapplicability to the control of high-rise buildings, structures of complex configuration in the process of their operation, reconstruction, the inability to localize defects of the controlled structure.

Известен способ контроля интегральных параметров качества железобетонных конструкций в виде плоских и ребристых балочных плит (патент RU №2162218, опубл. 20.01.2001, МПК 7 G01N 3/32, G01 L5/04), который включает установку плиты на стенде, закрепление ее на опорах, возбуждение в плите колебаний на резонансной частоте, измерение этой частоты колебаний f и логарифмического декремента затухания колебаний δ и сопоставление полученных динамических характеристик с аналогичными характеристиками эталонных плит, при этом осуществляют дополнительное нагружение плиты сосредоточенной нагрузкой P, равномерно распределенной в поперечном направлении плиты и прикладываемой последовательно в заданных сечениях пролета L.A known method of monitoring the integral quality parameters of reinforced concrete structures in the form of flat and ribbed beam slabs (patent RU No. 2162218, publ. 01.20.2001, IPC 7 G01N 3/32, G01 L5 / 04), which includes installing the slab on a stand, fixing it to supports, excitation in the plate of oscillations at the resonant frequency, measurement of this oscillation frequency f and the logarithmic damping decrement of the oscillations δ and comparison of the obtained dynamic characteristics with the same characteristics of the reference plates, while additionally loading the plates It is concentrated load P uniformly distributed in the transverse direction of the plate and applied sequentially in predetermined sections of the span L.

Дополнительное нагружение сосредоточенной нагрузкой большой массы, прикладываемой в определенных частях пролета, осуществляют для уменьшения влияния дефекта неплоскостности нижней грани железобетонной плоской или ребристой плит на их динамические характеристики в режиме изгибных колебаний (за счет нагружения достигается более плотное прилегание нижней грани плиты к опорным устройствам, а для ребристой плиты - более равномерное ее опирание по угловым точкам). За счет этого снижается или исчезает вообще влияние крутильной составляющей на поперечные колебания, что дает возможность более точно определить динамические характеристики контролируемых плит и соответственно более точно оценить их параметры качества по этим динамическим характеристикам. Для каждого этапа нагружения определяют соответствующие динамические характеристики и строят графические зависимости f-lp/L и δ-lp/L, где lp - координата сечения, к которому прикладывается сосредоточенная сила P, и по величине отклонения этих кривых от эталонных судят о пригодности конструкции по контролируемым параметрам качества к эксплуатации, а по форме отклонения - о месте расположения дефекта.Additional loading with a concentrated load of large mass applied in certain parts of the span is carried out to reduce the effect of a non-flatness defect of the lower face of a reinforced concrete flat or ribbed slabs on their dynamic characteristics in the mode of bending vibrations (due to loading, a closer fit of the lower face of the plate to the supporting devices is achieved, and for a ribbed slab - its more even bearing on corner points). Due to this, the influence of the torsional component on transverse vibrations decreases or disappears altogether, which makes it possible to more accurately determine the dynamic characteristics of the controlled plates and, accordingly, more accurately assess their quality parameters from these dynamic characteristics. For each loading stage, the corresponding dynamic characteristics are determined and the graphic dependences f-lp / L and δ-lp / L are constructed, where lp is the coordinate of the cross section to which the concentrated force P is applied, and judging by the deviation of these curves from the reference ones, the suitability of the design is controlled quality parameters for operation, and in the form of deviations - about the location of the defect.

Недостатки известного способа: неприменимость к высотным зданиям, сооружениям сложной конфигурации в процессе их эксплуатации, необходимость приложения сосредоточенной силы, что затрудняет использование метода в автоматизированном режиме.The disadvantages of this method: the inapplicability to high-rise buildings, structures of complex configuration in the process of their operation, the need for the application of concentrated force, which complicates the use of the method in an automated mode.

Технический результат, на достижение которого направлен заявленный способ, заключается в повышении быстродействия и точности определения деформационно-напряженного состояния контролируемого объекта, возможности использования способа при построении автоматизированных систем мониторинга строительных конструкций зданий, расширении функциональных возможностей за счет возможности локализации дефекта контролируемого объекта, определения времени его возникновения, а также в расширении области применения путем распространения на высотные здания и уникальные сооружения в процессе их проектирования, эксплуатации, реконструкции, в условиях наличия как изгибных, так и крутильных колебаний.The technical result, the claimed method is aimed at, is to increase the speed and accuracy of determining the deformation-stress state of the controlled object, the possibility of using the method to build automated systems for monitoring building structures, expanding the functionality due to the possibility of localizing the defect of the controlled object, determining its time occurrence, as well as in expanding the scope by spreading to high Other buildings and unique structures in the process of their design, operation, reconstruction, in the presence of both bending and torsional vibrations.

Способ основан на анализе временных рядов колебаний (смещения, скорости, ускорения) строительных конструкций зданий, сооружений.The method is based on the analysis of time series of oscillations (displacement, speed, acceleration) of building structures of buildings, structures.

В основе способа лежит гипотеза о том, что при изменении напряженно-деформированного состояния конструкций изменяется энергия колебания конструкций. В этом случае, если имеется информация о параметрах колебания конструкций в различных точках здания, то изменение энергии колебания сигнализирует об изменениях напряженно-деформированного состояния в соответствующих точках.The method is based on the hypothesis that when the stress-strain state of structures changes, the vibrational energy of structures changes. In this case, if there is information on the vibration parameters of structures at various points in the building, then a change in the vibration energy signals changes in the stress-strain state at the corresponding points.

Согласно преобразованию Фурье периодическую функцию можно представить суммой отдельных гармонических составляющих (синусоид и косинусоид с различными амплитудами A и частотами ω).According to the Fourier transform, the periodic function can be represented as the sum of individual harmonic components (sinusoids and cosines with different amplitudes A and frequencies ω).

Гармонические колебания представляют собой перемещение по следующему закону:Harmonic vibrations are movement according to the following law:

X=A·sin(ωt+φ),X = A sin (ωt + φ),

гдеWhere

A - амплитуда колебания;A is the oscillation amplitude;

ω - частота колебания;ω is the oscillation frequency;

φ - фаза колебания.φ is the oscillation phase.

Кинетическая энергия гармонических колебаний вычисляется по следующей формуле:The kinetic energy of harmonic oscillations is calculated by the following formula:

X = m v 2 2

Figure 00000001
, X = m v 2 2
Figure 00000001
,

гдеWhere

m - масса колеблющегося тела (точки)m - mass of the oscillating body (points)

v - скорость колеблющегося тела (точки)v is the speed of the oscillating body (points)

Скорость гармонических колебаний есть производная от перемещения гармонических колебаний по времени:The speed of harmonic oscillations is the derivative of the movement of harmonic oscillations in time:

Figure 00000002
Figure 00000002

Соответственно формула вычисления кинетической энергии колебания принимает следующий вид:Accordingly, the formula for calculating the kinetic energy of vibration takes the following form:

Figure 00000003
Figure 00000003

Потенциальная энергия гармонических колебаний при отклонении колеблющейся точки на расстоянии x от положения равновесия вычисляется по формуле:The potential energy of harmonic oscillations when the oscillating point deviates at a distance x from the equilibrium position is calculated by the formula:

Figure 00000004
Figure 00000004

F - сила, равная произведению массы на ускорение:F is the force equal to the product of mass and acceleration:

Figure 00000005
,
Figure 00000005
,

тогда потенциальная энергия принимает вид:then the potential energy takes the form:

Figure 00000006
Figure 00000006

Полная энергия гармонических колебаний примет вид:The total energy of harmonic oscillations takes the form:

Figure 00000007
Figure 00000007

Таким образом, полная энергия колебания прямо пропорциональна массе, квадрату амплитуды и частоте колебания.Thus, the total energy of the oscillation is directly proportional to the mass, squared amplitude and frequency of the oscillation.

Известно, что значения собственных частот колебания связаны с массой и жесткостью конструкции следующей зависимостью:It is known that the values of the natural frequencies of oscillations are associated with the mass and rigidity of the structure by the following dependence:

Figure 00000008
,
Figure 00000008
,

гдеWhere

m - масса;m is the mass;

k - жесткость.k is the stiffness.

Если зафиксировать массу конструкций как неизменяемую величину (в процессе эксплуатации здания изменения массы по сравнению с массой всего здания являются незначительными) и возникновение дефектов рассматривать как изменение жесткости, тогда изменение A2·ω2 указывает на возникновение дефектов в конструкциях здания.If we fix the mass of structures as an unchanged value (during the operation of the building, changes in mass compared to the mass of the entire building are insignificant) and the occurrence of defects is considered as a change in stiffness, then a change in A 2 · ω 2 indicates the occurrence of defects in the building structures.

Расчет данных параметров может осуществляться путем регистрации ускорений (скоростей, смещений) колебаний по одной или нескольким осям X, Y, Z системы координат, связанной со зданием, с заданным временным окном (dT) в различных точках здания, расчета спектральных характеристик колебаний в каждой такой точке, вычисления энергетических параметров A2·ω2 в каждой точке и по каждой оси в виде суммы квадрата произведений амплитуд на соответствующие частоты - S = i n A i 2 ω i 2

Figure 00000009
, где n - количество точек (частот) в спектре, которое определяется длиной записи колебаний dT (временного окна). Для вычисления суммарного энергетического параметра в точке осуществляется суммирование энергетических параметров по осям S=Sx+Sy+Sz.The calculation of these parameters can be carried out by recording the accelerations (velocities, displacements) of the oscillations along one or several axes X, Y, Z of the coordinate system associated with the building with a given time window (dT) at different points of the building, calculating the spectral characteristics of the oscillations in each such point, the calculation of the energy parameters A 2 · ω 2 at each point and along each axis in the form of the sum of the square of the products of the amplitudes at the corresponding frequencies - S = i n A i 2 ω i 2
Figure 00000009
, where n is the number of points (frequencies) in the spectrum, which is determined by the length of the recording of vibrations dT (time window). To calculate the total energy parameter at a point, the energy parameters are summed along the axes S = S x + S y + S z .

Изменение энергетических параметров с течением времени может определяться как соотношение St - значение энергетического параметра в текущий момент времени t - к значению S0 в предшествующий момент времени, относительно которого определяется изменение напряженно-деформированного состояния строительных конструкций для каждой точки измерения.The change in energy parameters over time can be defined as the ratio of S t - the value of the energy parameter at the current time t - to the value of S 0 at the previous time, relative to which the change in the stress-strain state of building structures for each measurement point is determined.

В соответствии с изложенным значение изменения энергетического параметра для момента времени t определяется по формуле:In accordance with the above, the value of the change in the energy parameter for time t is determined by the formula:

Figure 00000010
,
Figure 00000010
,

гдеWhere

K - изменение энергетического параметра,K is the change in the energy parameter,

St - значение параметра в момент времени t,S t is the value of the parameter at time t,

S0 - значение параметра в предшествующий момент.S 0 - parameter value at the previous moment.

Осуществимость заявленного способа с достижением заявленного технического результата была проверена на примере высотного 40-этажного здания, проектная высота которого составляет 138 м. Конструкции здания выполнены из монолитного железобетона. Высота типового этажа составляет 3,3 м. На первом и втором этажах под всей площадью дворовой территории расположена подземная автостоянка, которая отделена деформационным швом от высотной части здания. Для поперечного сечения (плана) высотной части здания характерна перекрестно-стеновая схема несущих конструкций с расположенным в центре ядром жесткости.The feasibility of the claimed method with the achievement of the claimed technical result was tested on the example of a high-rise 40-story building, the design height of which is 138 m. The building structures are made of reinforced concrete. The height of the typical floor is 3.3 m. On the first and second floors, under the entire area of the courtyard, there is an underground parking lot, which is separated by a deformation seam from the high-rise part of the building. The cross-section (plan) of the high-rise part of the building is characterized by a cross-wall diagram of load-bearing structures with a stiffness core located in the center.

Для исследования работы метода была реализована математическая модель данного здания с использованием метода конечных элементов (Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы: Пер. с англ. - М.: Мир, 1984) и проверена ее адекватность соответствующим характеристикам реального здания (см. выше). С использованием математической модели проводился динамический анализ (задавалось входное вибрационное воздействие и регистрировались колебания в заданных точках модели) и модальный анализ (рассчитывались формы колебаний по собственным частотам здания).To study the operation of the method, a mathematical model of this building was implemented using the finite element method (Gallager R. Finite Element Method. Basics: Translated from English - M .: Mir, 1984) and its adequacy was checked for the corresponding characteristics of a real building (see above) ) Using a mathematical model, a dynamic analysis was performed (the input vibrational impact was set and vibrations were recorded at given points in the model) and a modal analysis (vibration modes were calculated from the natural frequencies of the building).

Адекватность математической модели была проверена путем сравнения характеристик колебаний здания, полученных по результатам экспериментальных измерений и по результатам математического моделирования.The adequacy of the mathematical model was verified by comparing the characteristics of the building’s vibrations obtained from the results of experimental measurements and the results of mathematical modeling.

Экспериментальные измерения проводились во время строительства здания. Первые измерения были произведены на 12, 18 и 22 этажах, когда здание было возведено высотой в 25 этажей (~83 м). По результатам первых измерений была проведена сходимость с результатами математического моделирования и показана адекватность разработанной математической модели. Вторая серия измерений была проведена, когда каркас здания был возведен уже полностью (40 этажей), и велись работы по обустройству фасадов. По результатам второй серии измерений были проверены расчетные данные (частоты и формы колебаний), полученные по результатам моделирования, показана адекватность математической модели, разработанной для построенного здания с целью проведения дальнейших расчетов по моделированию и прогнозу технического состояния объекта.Experimental measurements were carried out during the construction of the building. The first measurements were made on the 12th, 18th and 22nd floors, when the building was erected with a height of 25 floors (~ 83 m). According to the results of the first measurements, convergence with the results of mathematical modeling was carried out and the adequacy of the developed mathematical model was shown. The second series of measurements was carried out when the frame of the building was already fully erected (40 floors), and work was carried out on the arrangement of the facades. Based on the results of the second series of measurements, the calculated data (frequencies and waveforms) obtained from the simulation results were checked, the adequacy of the mathematical model developed for the constructed building with the aim of further calculations on modeling and forecasting the technical condition of the object was shown.

Экспериментальные спектры колебаний для недостроенного здания были получены путем записи скоростей колебаний с частотой дискретизации 0,001 секунды с использованием велосиметров. Для сравнения результатов натурных измерений с результатами математического моделирования могут использоваться различные схемы измерений: измерения могут проводиться на этажах с порядковыми номерами, где каждый последующий отличается от предыдущего на постоянную или переменную величину, измерения могут проводиться датчиками, установленными на соответствующем этаже по всем трем осям здания или по одной из его осей - с точки зрения решаемой задачи и декларируемого технического результата существенно только совпадение схемы реальных измерений со схемой, для которой строилась модель здания.Experimental vibrational spectra for an unfinished building were obtained by recording vibrational velocities with a sampling frequency of 0.001 seconds using cycle meters. To compare the results of field measurements with the results of mathematical modeling, various measurement schemes can be used: measurements can be carried out on floors with serial numbers, where each subsequent one differs from the previous one by a constant or variable value, measurements can be carried out by sensors installed on the corresponding floor along all three axes of the building or along one of its axes - from the point of view of the problem being solved and the declared technical result, only the coincidence of the real schemes is essential measurements with the scheme for which the building model was built.

Для определения входного вибрационного воздействия была проведена экспериментальная запись скорости колебаний на уровне фундаментной плиты (-2-го этажа) строящегося здания, которая потом использовалась как входное воздействие при расчете динамических характеристик на математической модели.To determine the input vibrational impact, an experimental recording of the oscillation speed was carried out at the level of the foundation slab (2nd floor) of the building under construction, which was then used as the input impact in calculating the dynamic characteristics on the mathematical model.

Велосиграммы, полученные для экспериментальных и расчетных записей скоростей колебаний для 22, 18 и 12 этажей здания, приведены на фиг. 1. По оси абсцисс каждого из графиков на фиг. 1 отложено время в секундах, по оси ординат - скорость в м/с.The cycle diagrams obtained for the experimental and calculated records of vibration velocities for the 22th, 18th and 12th floors of the building are shown in FIG. 1. On the abscissa axis of each of the graphs in FIG. 1, time in seconds is plotted, along the ordinate axis - speed in m / s.

В левой колонке фиг. 1 позициями a, c и e обозначены велосиграммы, полученные для экспериментальных записей скоростей колебаний для 22, 18 и 12 этажей здания соответственно. В правой колонке фиг. 1 позициями b, d и f обозначены велосиграммы, полученные для расчетных записей скоростей колебаний для 22, 18 и 12 этажей модели здания соответственно.In the left column of FIG. 1, positions a, c, and e denote cycle diagrams obtained for experimental records of vibration velocities for the 22, 18, and 12 floors of a building, respectively. In the right column of FIG. 1, positions b, d, and f denote cycle diagrams obtained for calculating records of vibration velocities for the 22nd, 18th, and 12th floors of the building model, respectively.

В левой колонке фиг. 2 позициями a, c и e обозначены графики спектров скоростей, полученных для экспериментальных записей скоростей колебаний для 22, 18 и 12 этажей здания соответственно. В правой колонке фиг. 2 позициями b, d и f обозначены графики спектров скоростей, полученные для расчетных записей скоростей колебаний для 22, 18 и 12 этажей модели здания соответственно. По оси абсцисс каждого из графиков отложена частота в Гц, по оси ординат - амплитуда в м/с.In the left column of FIG. 2, positions a, c, and e denote the graphs of the velocity spectra obtained for experimental records of vibrational velocities for the 22nd, 18th, and 12th floors of the building, respectively. In the right column of FIG. 2, b, d and f indicate the graphs of the velocity spectra obtained for the calculated records of the vibrational velocities for the 22nd, 18th and 12th floors of the building model, respectively. The frequency in Hz is plotted on the abscissa axis of each graph, and the amplitude in m / s on the ordinate axis.

Из анализа экспериментальных данных и данных, полученных расчетным путем, видна хорошая сходимость результатов. Из экспериментальных и расчетных спектров видны две близкие частоты в районе 1.1-1.2 Гц. По результатам математического моделирования определены формы колебания. Первая форма колебания является крутильной на частоте 1.113 Гц, вторая форма колебания является изгибной на частоте 1.248 Гц.From the analysis of experimental data and data obtained by calculation, good convergence of the results is visible. From the experimental and calculated spectra, two close frequencies are seen in the region of 1.1–1.2 Hz. Based on the results of mathematical modeling, the forms of vibration are determined. The first waveform is torsional at a frequency of 1.113 Hz, the second waveform is bending at a frequency of 1.248 Hz.

Вторая серия измерений проводилась уже для построенного здания (40 этажей). Регистрация колебаний проводилась акселерометрами GeoSIG GMS-18 в подвале (-2 этаж), на 10-м, 20-м, 30-м и 40-м этажах. Результаты экспериментальных и расчетных записей ускорений (изменение значений ускорения во времени) представлены на фиг. 3. По оси абсцисс каждого из графиков на фиг. 3 отложено время в секундах, по оси ординат - ускорение в м/с2.The second series of measurements was already carried out for the constructed building (40 floors). The oscillations were recorded by GeoSIG GMS-18 accelerometers in the basement (-2 floor), on the 10th, 20th, 30th and 40th floors. The results of experimental and calculated records of accelerations (change in acceleration values over time) are presented in FIG. 3. On the abscissa axis of each of the graphs in FIG. 3 the time in seconds is plotted, along the ordinate axis - acceleration in m / s 2 .

В левой колонке фиг. 3 позициями a, c, e и g обозначены графики ускорений, полученные для экспериментальных записей ускорений колебаний для 40-ого, 30-ого, 20-ого и 10-ого этажей здания соответственно. В правой колонке фиг. 3 позициями b, d, f и h обозначены графики ускорений, полученные для расчетных записей ускорений колебаний для 40-ого, 30-ого, 20-ого и 10-ого этажей модели здания соответственно.In the left column of FIG. 3, positions a, c, e, and g denote acceleration graphs obtained for experimental records of vibration accelerations for the 40th, 30th, 20th, and 10th floors of the building, respectively. In the right column of FIG. 3, b, d, f, and h indicate the acceleration graphs obtained for the calculated records of vibration accelerations for the 40th, 30th, 20th, and 10th floors of the building model, respectively.

Результаты экспериментальных (слева) и расчетных (справа) спектров ускорений колебаний представлены на фиг. 4, где позициями a, c, e и g обозначены графики спектров ускорений, полученные для экспериментальных записей ускорений колебаний для 40-ого, 30-ого, 20-ого и 10-ого этажей здания соответственно. В правой колонке фиг.4 позициями b, d, f и h обозначены спектры ускорений, полученные для расчетных записей ускорений колебаний для 40-ого, 30-ого, 20-ого и 10-ого этажей здания соответственно.The results of the experimental (left) and calculated (right) vibrational acceleration spectra are shown in FIG. 4, where the positions a, c, e, and g denote the graphs of acceleration spectra obtained for experimental records of vibration accelerations for the 40th, 30th, 20th, and 10th floors of the building, respectively. In the right column of FIG. 4, the positions b, d, f and h indicate the acceleration spectra obtained for the calculated records of vibration accelerations for the 40th, 30th, 20th and 10th floors of the building, respectively.

Анализ графиков позволяет видеть, что у построенного здания также имеются две близкие по частотам формы колебания на частотах 0.5 Гц и 0.54 Гц (по результатам эксперимента) и 0.52 Гц и 0.57 Гц (по результатам математического моделирования). Разница в сотых долях Гц между экспериментальными и расчетными частотами объясняется тем, что при построении математической модели не учитывался вес фасадов здания, которые при проведении экспериментальных замеров были уже наполовину обустроены. Соответственно экспериментальные измерения показывают параметры колебаний более тяжелого здания по сравнению с тем, моделирование которого проводилось.An analysis of the graphs allows us to see that the constructed building also has two frequencies that are close in frequency at the frequencies of 0.5 Hz and 0.54 Hz (according to the results of the experiment) and 0.52 Hz and 0.57 Hz (according to the results of mathematical modeling). The difference in hundredths of Hz between the experimental and calculated frequencies is explained by the fact that when constructing the mathematical model, the weight of the building facades, which were already half equipped during experimental measurements, was not taken into account. Accordingly, the experimental measurements show the vibration parameters of a heavier building compared to the one that was simulated.

Приведенные результаты сравнения экспериментальных измерений с результатами математического моделирования свидетельствуют об адекватности разработанной модели.The results of comparison of experimental measurements with the results of mathematical modeling show the adequacy of the developed model.

Моделирование дефектов и проверка работы способаModeling defects and verifying the operation of the method

Для проверки возможности выявления признаков и локализации мест изменения напряженно-деформированного состояния конструкций с использованием предлагаемого способа в модель здания вводились гипотетические дефекты.To test the possibility of identifying signs and localizing places of change in the stress-strain state of structures using the proposed method, hypothetical defects were introduced into the building model.

Исходная модель здания (без дефектов) принята как модель здания, которая отражает его начальное состояние (в предшествующий момент времени).The original model of the building (without defects) is accepted as a model of the building, which reflects its initial state (at the previous moment in time).

Модель здания с дефектом принята как модель здания, которая отражает его текущее состояние (в текущий момент времени).A defective building model is accepted as a building model that reflects its current state (at the current time).

Для обеспечения достоверности проверки работы способа были рассмотрены 3 разные местоположения дефекта на 20-м, 22-м и 25-м этажах. Каждый вариант соответствует текущему моменту времени.To ensure the reliability of the verification of the method, 3 different locations of the defect on the 20th, 22nd and 25th floors were considered. Each option corresponds to the current point in time.

Для этого в математическую модель (последовательно для каждого варианта) вносились следующие изменения:To do this, the following changes were made to the mathematical model (sequentially for each option):

- Уменьшение модуля упругости бетона (марка B30) с 3.25*1010 Па до 1.8*1010 Па (что соответствует бетону марки B10) у конструкций 20-ого этажа.- Decrease in the modulus of elasticity of concrete (grade B30) from 3.25 * 10 10 Pa to 1.8 * 10 10 Pa (which corresponds to concrete grade B10) for structures on the 20th floor.

- Уменьшение модуля упругости бетона (марка B30) с 3.25*1010 Па до 1.8*1010 Па (что соответствует бетону марки B10) у конструкций 22-ого этажа.- Reducing the modulus of elasticity of concrete (grade B30) from 3.25 * 10 10 Pa to 1.8 * 10 10 Pa (which corresponds to concrete grade B10) for structures on the 22nd floor.

- Уменьшение модуля упругости бетона (марка B30) с 3.25*1010 Па до 1.8*1010 Па (что соответствует бетону марки B10) у стен 25-ого этажа и с понижением модуля упругости бетона (марка B40) с 3.6*1010 Па до 1.8*1010 Па (что соответствует бетону марки B10) у перекрытия 25-ого этажа.- Decrease in the modulus of elasticity of concrete (grade B30) from 3.25 * 10 10 Pa to 1.8 * 10 10 Pa (which corresponds to concrete of grade B10) at the walls of the 25th floor and with a decrease in the modulus of elasticity of concrete (grade B40) from 3.6 * 10 10 Pa up to 1.8 * 10 10 Pa (which corresponds to concrete of grade B10) at the ceiling of the 25th floor.

Заявленный способ для каждого из вариантов осуществлялся следующим образом:The claimed method for each of the options was as follows:

На вход основания каждой математической модели было задано трехкомпонентное вибрационное воздействие в виде сгенерированного нормального шума (фиг. 5).At the input of the base of each mathematical model, a three-component vibrational impact in the form of generated normal noise was set (Fig. 5).

Для начальной модели (без дефекта) и для каждой модели с дефектом были получены записи ускорений по осям X, Y, Z длиной 120 секунд (dT) для каждого этажа (от 1-ого до 40-ого).For the initial model (without a defect) and for each model with a defect, acceleration records along the X, Y, Z axes of 120 seconds (dT) length for each floor (from the 1st to the 40th) were obtained.

Для начальной модели (без дефекта) на основе полученных записей ускорений для каждой точки измерения (этажа) был рассчитан спектр колебаний (зависимость амплитуды колебаний от частоты), затем для каждой точки измерения (этажа) был рассчитан энергетический параметр S 0 m = i n A i m 2 w i m 2

Figure 00000011
(где n - количество точек в спектре, m - номер точки измерения (этажа), значения m изменяются от 1 до 40).For the initial model (without defect), based on the obtained records of accelerations for each measurement point (floor), the vibration spectrum (dependence of the amplitude of the oscillations on frequency) was calculated, then for each measurement point (floor) the energy parameter was calculated S 0 m = i n A i m 2 w i m 2
Figure 00000011
(where n is the number of points in the spectrum, m is the number of the measurement point (floor), the values of m vary from 1 to 40).

Для каждой модели с дефектом на основе полученных записей ускорений по тому же алгоритму, что и для бездефектной модели, для каждого этажа также был рассчитан свой энергетический параметр S t m = i n A i m 2 w i m 2

Figure 00000012
(где n - количество точек в спектре, m - номер этажа, значения m изменяются от 1 до 40).For each model with a defect, based on the obtained records of accelerations according to the same algorithm as for the defect-free model, a separate energy parameter was also calculated for each floor S t m = i n A i m 2 w i m 2
Figure 00000012
(where n is the number of points in the spectrum, m is the floor number, m values vary from 1 to 40).

Таким образом, получены одномерный массив (размерностью 40) значений энергетического параметра для бездефектной модели и три одномерных массива (размерностью 40) для энергетических параметров соответствующих моделей с дефектами (Таблица 1).Thus, we obtained a one-dimensional array (dimension 40) of the energy parameter values for a defect-free model and three one-dimensional array (dimension 40) for the energy parameters of the corresponding models with defects (Table 1).

Таблица 1Table 1 Номер этажа (m)Floor Number (m) Значение энергетического параметра бездефектной модели S0 (предшествующий момент времени)The value of the energy parameter of a defect-free model S 0 (previous time) Значение энергетического параметра дефектной модели St The value of the energy parameter of the defective model S t Модель с дефектом на 20 этаже (Текущий момент времени. Вариант 1)Defective model on the 20th floor (Current time. Option 1) Модель с дефектом на 22 этаже (Текущий момент времени. Вариант 2)Defective model on the 22nd floor (Current time. Option 2) Модель с дефектом на 25 этаже (Текущий момент времени Вариант 3)Defective model on the 25th floor (Current time Option 3) 1one S01 S 01 St1 S t1 St1 S t1 St1 S t1 22 S02 S 02 St2 S t2 St2 S t2 St2 S t2 ... ... ... ... ... 4040 S040 S 040 St40 S t40 St40 S t40 St40 S t40

Для каждого варианта дефектной модели было рассчитано изменение энергетического параметра K в соответствии со следующей зависимостью:For each variant of the defective model, the change in the energy parameter K was calculated in accordance with the following dependence:

Figure 00000013
Figure 00000013

Для этого требуется получить интегральную энергию (по всем направлениям X, Y, Z) в текущий момент времени (St) для каждой точки измерения (точки от 1 до 40) и интегральную энергию (по всем направлениям X, Y, Z) в предшествующий момент времени (S0) для каждой точки измерения (точки от 1 до 40). Далее следует операция поэлементного деления - т.е. деление параметра S, полученного для каждой точки в текущий момент времени t на значение этого же параметра для этой же точки в предшествующий момент времени. То есть St в точке №1 делим на S0 в точке №1, St в точке №2 делим на S0 в точке №2 и таких операций деления, с учетом того, что m изменяется от 1 до 40, соответственно должно быть 40 (по числу этажей в здании).For this, it is necessary to obtain integral energy (in all directions of X, Y, Z) at the current moment of time (S t ) for each measurement point (points from 1 to 40) and integral energy (in all directions of X, Y, Z) in the previous point in time (S 0 ) for each measurement point (points from 1 to 40). Then follows the operation of element-wise division - i.e. dividing the parameter S obtained for each point at the current time t by the value of the same parameter for the same point at the previous time. That is, S t at point No. 1 is divided by S 0 at point No. 1, S t at point No. 2 is divided by S 0 at point No. 2 and such division operations, taking into account that m varies from 1 to 40, respectively, should be 40 (according to the number of floors in the building).

Блок-схема алгоритма по расчету энергетических параметров (S0m и Stm) и изменения энергетического параметра K приведена на фиг.6, где приняты следующие обозначения:The block diagram of the algorithm for calculating the energy parameters (S 0m and S tm ) and changes in the energy parameter K is shown in Fig.6, where the following notation:

1. Блок регистрации ускорений колебаний по оси X модели без дефекта;1. The unit for recording acceleration of oscillations along the X axis of the model without a defect;

2. Блок вычисления спектра колебаний по оси X модели без дефекта;2. Block for calculating the spectrum of oscillations along the X axis of the model without a defect;

3. Блок вычисления суммы поэлементного квадрата произведения амплитуды и частоты в соответствии со следующей зависимостью: S 0 m j = i n A i m 2 w i m 2

Figure 00000014
, где n - количество точек (частот) в спектре, j=х, m - номер точки измерения;3. The unit for calculating the sum of the element-wise square of the product of the amplitude and frequency in accordance with the following dependence: S 0 m j = i n A i m 2 w i m 2
Figure 00000014
where n is the number of points (frequencies) in the spectrum, j = x, m is the number of the measurement point;

4. Блок регистрации ускорений колебаний по оси Y модели без дефекта;4. The unit for recording acceleration of oscillations along the Y axis of the model without a defect;

5. Блок вычисления спектра колебаний по оси Y модели без дефекта;5. Block for calculating the spectrum of oscillations along the Y axis of the model without a defect;

6. Блок вычисления суммы поэлементного квадрата произведения амплитуды и частоты в соответствии со следующей зависимостью: S 0 m j = i n A i m 2 w i m 2

Figure 00000015
, где n - количество точек (частот) в спектре, j=y, m - номер точки измерения;6. The unit for calculating the sum of the element-wise square of the product of the amplitude and frequency in accordance with the following dependence: S 0 m j = i n A i m 2 w i m 2
Figure 00000015
where n is the number of points (frequencies) in the spectrum, j = y, m is the number of the measurement point;

7. Блок регистрации ускорений колебаний по оси Z модели без дефекта;7. The unit for recording acceleration of oscillations along the Z axis of the model without a defect;

8. Блок вычисления спектра колебаний по оси Z модели без дефекта;8. Block for calculating the spectrum of oscillations along the Z axis of the model without a defect;

9. Блок вычисления суммы поэлементного квадрата произведения амплитуды и частоты в соответствии со следующей зависимостью: S 0 m j = i n A i m 2 w i m 2

Figure 00000015
, где n - количество точек (частот) в спектре, j=z, m - номер точки измерения;9. The unit for calculating the sum of the element-wise square of the product of the amplitude and frequency in accordance with the following dependence: S 0 m j = i n A i m 2 w i m 2
Figure 00000015
where n is the number of points (frequencies) in the spectrum, j = z, m is the number of the measurement point;

10. Блок формирования энергетических параметров S0m поэлементным суммированием S0mx, S0my и S0mz, где m - номер точки измерения;10. Block for generating energy parameters S 0m by element-wise summation of S 0mx , S 0my and S 0mz , where m is the number of the measurement point;

11. Блок регистрации ускорений колебаний по оси X модели с дефектом;11. The unit for recording acceleration of oscillations along the X axis of the defective model;

12. Блок вычисления спектра колебаний по оси X модели с дефектом;12. Block for calculating the spectrum of oscillations along the X axis of the defective model;

13. Блок вычисления суммы поэлементного квадрата произведения амплитуды и частоты для модели с дефектом в соответствии со следующей зависимостью: S t m j = i n A i m 2 w i m 2

Figure 00000016
, где n - количество точек (частот) в спектре, j=х, m - номер точки измерения;13. The unit for calculating the sum of the element-wise square of the product of the amplitude and frequency for a model with a defect in accordance with the following dependence: S t m j = i n A i m 2 w i m 2
Figure 00000016
where n is the number of points (frequencies) in the spectrum, j = x, m is the number of the measurement point;

14. Блок регистрации ускорений колебаний по оси Y модели с дефектом;14. The unit for recording acceleration of oscillations along the Y axis of the defective model;

15. Блок вычисления спектра колебаний по оси Y модели с дефектом;15. The unit for calculating the spectrum of oscillations along the Y axis of the defective model;

16. Блок вычисления суммы поэлементного квадрата произведения амплитуды и частоты для модели с дефектом в соответствии со следующей зависимостью: S t m j = i n A i m 2 w i m 2

Figure 00000017
, где n - количество точек (частот) в спектре, j=у, m - номер точки измерения;16. The unit for calculating the sum of the element-wise square of the product of the amplitude and frequency for a model with a defect in accordance with the following dependence: S t m j = i n A i m 2 w i m 2
Figure 00000017
where n is the number of points (frequencies) in the spectrum, j = y, m is the number of the measurement point;

17. Блок регистрации ускорений колебаний по оси Z модели с дефектом;17. A unit for recording acceleration of oscillations along the Z axis of a defective model;

18. Блок вычисления спектра колебаний по оси Z модели с дефектом;18. The unit for calculating the spectrum of oscillations along the Z axis of the defective model;

19. Блок вычисления суммы поэлементного квадрата произведения амплитуды и частоты для модели с дефектом в соответствии со следующей зависимостью: S t m j = i n A i m 2 w i m 2

Figure 00000017
, где n - количество точек (частот) в спектре, j=z, m - номер точки измерения;19. The unit for calculating the sum of the element-wise square of the product of the amplitude and frequency for a model with a defect in accordance with the following dependence: S t m j = i n A i m 2 w i m 2
Figure 00000017
where n is the number of points (frequencies) in the spectrum, j = z, m is the number of the measurement point;

20. Блок формирования энергетических параметров Stm поэлементным суммированием параметров Stmx, Stmy и Stmz, полученных соответственно в блоках 13, 16 и 19 для модели с дефектом, где m - номер точки измерения;20. The unit for generating energy parameters S tm by elementwise summation of the parameters S tmx , S tmy and S tmz obtained in blocks 13, 16 and 19, respectively, for a model with a defect, where m is the number of the measurement point;

21. Блок вычисления изменения энергетического параметра Km в соответствии со следующей зависимостью: K m = S t m S 0 m

Figure 00000018
.21. The unit for calculating the change in the energy parameter K m in accordance with the following dependence: K m = S t m S 0 m
Figure 00000018
.

22. Блок вычисления максимальных отклонений значений K от 1 в соответствии с заданным пороговым значением.22. The unit for calculating the maximum deviations of the values of K from 1 in accordance with a predetermined threshold value.

Работа алгоритма была проверена для трех вариантов расположения дефектов: на 20-м этаже, на 22-м этаже, на 25-м этаже. Для вычисления энергетического критерия Ktm в каждом варианте по вышеприведенному алгоритму рассчитывались энергетические параметры для каждой точки измерения Stm, значения которых делились на соответствующие энергетические параметры точек измерения S0m модели без дефекта.The algorithm was tested for three options for the location of defects: on the 20th floor, on the 22nd floor, on the 25th floor. To calculate the energy criterion Ktm in each variant according to the above algorithm, the energy parameters for each measurement point Stm were calculated, the values of which were divided by the corresponding energy parameters of the measurement points S 0m of the model without a defect.

Результаты расчета критерия K по вышеприведенному алгоритму для модели с дефектом на 20-м этаже представлены на фиг. 7, с дефектом на 22-м этаже - на фиг. 8, с дефектом на 25-м этаже - на фиг. 9.The results of calculating the criterion K according to the above algorithm for a model with a defect on the 20th floor are presented in FIG. 7, with a defect on the 22nd floor - in FIG. 8, with a defect on the 25th floor - in FIG. 9.

Приведенные графические материалы показывают, что в точках, где K имеет наибольшие отклонения от 1, имеют место наибольшие изменения напряженно-деформированного состояния конструкций. Соответственно по значению изменения энергетического параметра, полученного делением его значения в текущий момент времени на значение в предшествующий момент времени, можно судить как о возникновении деформационно-напряженных состояний конструкций зданий/сооружений, так и о месте, в котором такие состояния возникли.The given graphic materials show that at the points where K has the greatest deviations from 1, the greatest changes in the stress-strain state of structures take place. Accordingly, by the value of the change in the energy parameter obtained by dividing its value at the current time by the value at the previous time, we can judge both the occurrence of strain-strain states of structures of buildings / structures and the place in which such states arose.

При регистрации установленными на здании/сооружении датчиками скоростей, ускорений, линейных перемещений и т.п., параметров непрерывно или с неким дискретам, анализируя значения энергетических спектров во времени, можно получить полную картину того, когда и в каком месте здания/сооружения возникло деформационно-напряженное состояние здания/сооружения и как оно развивалось.When registering with the sensors of speeds, accelerations, linear displacements, etc., installed continuously on the building / structure, or with certain discrete parameters, analyzing the values of the energy spectra over time, you can get a complete picture of when and in what place of the building / structure the deformation -stress state of the building / structure and how it developed.

Выбор количества и мест точек регистрации колебаний производится из следующих соображений. С одной стороны, чем больше количество точек регистрации, тем с большей точностью можно определить место изменения напряженно-деформированного состояния конструкций. Но с другой стороны, экономические соображения, объем вычислений и т.п. ограничивают количество точек регистрации. Минимум таких точек, при котором обеспечивается необходимая точность определения деформационных напряжений, их локализации, зависит от конструкции здания, сооружения. Например, в высотных зданиях точки регистрации могут располагаться через один или несколько этажей, таким образом, можно локализовать возникновение дефектов соответственно до одного или нескольких этажей, для протяженных объектов точки регистрации могут располагаться на каждом отдельном пролете, опирающемся на опоры, таким образом, локализация будет обеспечена с точностью до пролета.The choice of the number and places of the points of registration of fluctuations is made from the following considerations. On the one hand, the larger the number of registration points, the more accurately you can determine the place of change in the stress-strain state of structures. But on the other hand, economic considerations, the amount of computing, etc. limit the number of registration points. The minimum of such points, at which the necessary accuracy of determination of deformation stresses, their localization is ensured, depends on the building structure. For example, in high-rise buildings, registration points can be located over one or several floors, thus, it is possible to localize the occurrence of defects to one or several floors, for extended objects, registration points can be located on each individual span, supported by supports, thus, localization will be it is provided with accuracy to flight.

В выбранных, исходя из указанных соображений, точках здания/сооружения производится установка датчиков ускорений (скорости, смещения), необходимого регистрирующего оборудования и материалов (кабельные сети, аналого-цифровые преобразователи, коммутаторы).Acceleration sensors (speed, displacement), necessary recording equipment and materials (cable networks, analog-to-digital converters, switches) are installed at selected points of the building / structure based on the indicated considerations.

На основании измеренных параметров колебаний производится расчет спектральных характеристик колебаний в каждой точке регистрации в соответствии со схемой, приведенной на фиг. 6.Based on the measured vibration parameters, the spectral characteristics of the vibrations are calculated at each recording point in accordance with the circuit shown in FIG. 6.

Вычисляется энергетический параметр S в каждой точке по каждой оси (X, Y, Z) в виде суммы квадрата произведений амплитуд на соответствующие частоты - S j = i n A i 2 w i 2

Figure 00000019
, где n - количество точек (частот) в спектре, j - направление (x, y, z).The energy parameter S is calculated at each point along each axis (X, Y, Z) in the form of the sum of the square of the products of amplitudes at the corresponding frequencies - S j = i n A i 2 w i 2
Figure 00000019
, where n is the number of points (frequencies) in the spectrum, j is the direction (x, y, z).

Вычисляется суммарный энергетический параметр в каждой точке S=Sx+Sy+Sz.The total energy parameter at each point S = S x + S y + S z is calculated.

Вычисляется изменение критерия K с течением времени как отношение энергетических параметров S в текущий момент времени к энергетическим параметрам S в предшествующий момент времени для каждой точки регистрации - K = S t S o

Figure 00000020
, где K - изменение энергетического параметра So, St - значение энергетического параметра в момент времени t, So - значение энергетического параметра в предшествующий момент.The change in the K criterion over time is calculated as the ratio of the energy parameters S at the current time to the energy parameters S at the previous time for each registration point - K = S t S o
Figure 00000020
where K is the change in the energy parameter S o , S t is the value of the energy parameter at time t, S o is the value of the energy parameter at the previous moment.

Производится сравнение текущих значений K, полученных для каждой точки регистрации, с единичным значением. При текущих значениях K, отличающихся от единичного значения на заданное пороговое значение, выносится суждение об отсутствии в соответствующих точках регистрации напряженно-деформированных состояний контролируемого здания/сооружения. При превышении текущим значением К заданного порога и последующем непрерывном росте его значения по данным нескольких измерений подряд для одной и той же регистрационной точки делается вывод о наличии напряженно-деформированных состояний контролируемого объекта в такой точке.The current values of K obtained for each registration point are compared with a single value. At current values of K that differ from a single value by a predetermined threshold value, a judgment is made about the absence of stress-strain states of the building / structure being monitored at the corresponding registration points. If the current value K exceeds a predetermined threshold and the subsequent continuous growth of its value according to several measurements in a row for the same registration point, it is concluded that there are stress-strain states of the controlled object at that point.

Конкретная величина порогового значения K определяется для каждого здания, сооружения в зависимости от проектных решений и конструктивных особенностей, от заданной точности контроля изменения напряженно-деформированного состояния конструкций, от допустимого диапазона изменения напряженно-деформированного состояния конструкций, который задается конструкторами зданий, сооружений.The specific value of the threshold value K is determined for each building, structure depending on design decisions and design features, on the given accuracy of control of changes in the stress-strain state of structures, on the allowable range of changes in the stress-strain state of structures, which is set by the designers of buildings and structures.

Анализ энергетического параметра S с дальнейшим расчетом критерия K по приведенной выше формуле отдельно но направлениям X, Y, Z, позволяет определить направление, по которому в точке регистрации образовалось изменение напряженно-деформированного состояния.An analysis of the energy parameter S with further calculation of the K criterion using the above formula separately but for the X, Y, Z directions allows us to determine the direction in which a change in the stress-strain state was formed at the registration point.

Изменяя предшествующий момент времени (относительного которого определяется изменение напряженно-деформированного состояния), можно определить, в какой момент времени и где произошел дефект.By changing the previous moment of time (relative to which the change in the stress-strain state is determined), it is possible to determine at what point in time and where the defect occurred.

Claims (5)

1. Способ определения признаков и локализации места изменения напряженно-деформированного состояния зданий, сооружений, включающий построение математической модели здания, сооружения, установление адекватности построенной модели реальному зданию, сооружению путем сравнения значений параметров колебаний реального здания, сооружения и его модели, для одних и тех же точек, определение для каждого этажа математической модели здания, пролета сооружения энергетического параметра S как функции произведений квадратов амплитуд А и частот ω спектра колебаний по каждой из осей, связанных со зданием, сооружением, определение энергетического параметра в точке суммированием его составляющих, полученных для каждой оси, определение изменения К энергетического параметра здания, сооружения из следующей зависимости
Figure 00000021
, где
K - изменение энергетического параметра,
St - значение энергетического параметра в момент времени t,
So - значение энергетического параметра в предшествующий момент,
сравнение значения K с единичным значением и для значений K, отличающихся от единичного значения на величину, не превышающую заданное пороговое значение, вынесение суждения об отсутствии в соответствующих точках регистрации напряженно-деформированных состояний контролируемых здания, сооружения, при превышении текущим значением K заданного порога и последующем непрерывном росте его значения по данным нескольких измерений подряд для одной и той же регистрационной точки, выносится суждение о наличии напряженно-деформированных состояний контролируемого объекта в такой точке.
1. A method for determining the signs and localization of the place of change of the stress-strain state of buildings, structures, including building a mathematical model of the building, structure, establishing the adequacy of the constructed model for a real building, building by comparing the values of the vibration parameters of the real building, building and its model, for the same the same points, the definition for each floor of the mathematical model of the building, the span of the construction of the energy parameter S as a function of the products of the squares of the amplitudes A and frequencies ω s oscillation spectrum for each axis associated with the building, structure, determining the energy parameter at a point by summing its components obtained for each axis, determining the change in the energy parameter of the building, structure from the following relationship
Figure 00000021
where
K is the change in the energy parameter,
S t is the value of the energy parameter at time t,
S o - the value of the energy parameter at the previous moment,
comparing the value of K with a unit value and for values of K differing from a unit value by an amount not exceeding a predetermined threshold value, making a judgment on the absence of stress-strain states of the monitored building, structure at the corresponding registration points, when the current K value exceeds a predetermined threshold and the subsequent continuous growth of its value according to several measurements in a row for the same registration point, a judgment is made on the presence of stress-strain states controlled object at that point.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что амплитуды и частоты колебаний определяют на основе смещения, скорости или ускорения колебаний.2. The method according to claim 1, characterized in that the amplitudes and frequencies of the oscillations are determined based on the displacement, speed or acceleration of the oscillations. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемещения, скорости или ускорения колебаний измеряют в точках, которые в высотных зданиях располагают через один или несколько этажей, а в протяженных сооружениях - на каждом отдельном пролете, опирающемся на опоры.3. The method according to claim 1, characterized in that the displacement, velocity or acceleration of oscillations is measured at points that are located in one or several floors in high-rise buildings, and in long structures — on each individual span, based on supports. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что локализацию направления, в котором происходит изменение напряженно-деформированного состояния здания, сооружения, определяют путем сравнения значения энергетического параметра S в текущий момент времени по выбранному направлению X, Y или Z со значением того же параметра по тому же направлению, определенному для той же точки регистрации для предшествующего момента времени.4. The method according to claim 1, characterized in that the localization of the direction in which the stress-strain state of the building, structure is changed, is determined by comparing the value of the energy parameter S at the current time in the selected direction X, Y or Z with the value of the same parameter in the same direction defined for the same registration point for the previous point in time. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для определения развития напряженно-деформированного состояния здания, сооружения во времени в качестве предшествующих моментов времени выбирают несколько моментов времени, отделяющих текущий момент времени от момента времени, на который у здания, сооружения отсутствовали напряженно-деформированные состояния в точке или направлении, для которых определяется изменение напряженно-деформированного состояния во времени, и для каждого из них определяют изменение энергетического параметра K. 5. The method according to claim 1, characterized in that in order to determine the development of the stress-strain state of the building, structure in time, several points in time are selected as the previous points in time, separating the current time from the point in time at which the building, structures were absent -deformed states in a point or direction, for which the change in the stress-strain state in time is determined, and for each of them determine the change in the energy parameter K.
RU2014112749/28A 2014-04-02 2014-04-02 Method of determining signs and location of place of change of stressed-deformed state of buildings, structures RU2557343C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014112749/28A RU2557343C1 (en) 2014-04-02 2014-04-02 Method of determining signs and location of place of change of stressed-deformed state of buildings, structures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014112749/28A RU2557343C1 (en) 2014-04-02 2014-04-02 Method of determining signs and location of place of change of stressed-deformed state of buildings, structures

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2557343C1 true RU2557343C1 (en) 2015-07-20

Family

ID=53611789

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014112749/28A RU2557343C1 (en) 2014-04-02 2014-04-02 Method of determining signs and location of place of change of stressed-deformed state of buildings, structures

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2557343C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2645039C1 (en) * 2017-01-10 2018-02-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ТГАСУ) Method of testing a construction structure under super-promotional shock impact
RU2683369C2 (en) * 2017-06-20 2019-03-28 Алексей Владимирович Молчанов Method and system for monitoring structure conditions
RU2683871C2 (en) * 2016-02-25 2019-04-02 Алексей Владимирович Молчанов Method and system of non-destructive monitoring constructions of structures and method and system for monitoring the location of structures based on such a method
RU190750U1 (en) * 2018-05-08 2019-07-11 Андрей Александрович Якшин MODULE OF REMOVING INFORMATION ON THE POSITION OF THE ELEMENT OF THE DESIGN FOR THE SYSTEM OF MONITORING THE CONDITION OF THE ELEMENTS OF THE CONSTRUCTION

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2097727C1 (en) * 1993-12-28 1997-11-27 Ставропольский государственный технический университет Method of nondestructive test of quality of ready reinforced concrete articles
RU2140625C1 (en) * 1998-02-17 1999-10-27 Селезнев Виктор Сергеевич Method determining physical condition of buildings and structures
RU2162218C1 (en) * 1999-04-27 2001-01-20 Орловский государственный технический университет Procedure testing integral parameters of quality of reinforced concrete structures in the form of flat and ribbed beam slabs
RU2361199C2 (en) * 2007-04-02 2009-07-10 Сибирский государственный университет путей сообщения (СГУПС) Device for predicting residual life of metal objects

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2097727C1 (en) * 1993-12-28 1997-11-27 Ставропольский государственный технический университет Method of nondestructive test of quality of ready reinforced concrete articles
RU2140625C1 (en) * 1998-02-17 1999-10-27 Селезнев Виктор Сергеевич Method determining physical condition of buildings and structures
RU2162218C1 (en) * 1999-04-27 2001-01-20 Орловский государственный технический университет Procedure testing integral parameters of quality of reinforced concrete structures in the form of flat and ribbed beam slabs
RU2361199C2 (en) * 2007-04-02 2009-07-10 Сибирский государственный университет путей сообщения (СГУПС) Device for predicting residual life of metal objects

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2683871C2 (en) * 2016-02-25 2019-04-02 Алексей Владимирович Молчанов Method and system of non-destructive monitoring constructions of structures and method and system for monitoring the location of structures based on such a method
RU2645039C1 (en) * 2017-01-10 2018-02-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ТГАСУ) Method of testing a construction structure under super-promotional shock impact
RU2683369C2 (en) * 2017-06-20 2019-03-28 Алексей Владимирович Молчанов Method and system for monitoring structure conditions
RU190750U1 (en) * 2018-05-08 2019-07-11 Андрей Александрович Якшин MODULE OF REMOVING INFORMATION ON THE POSITION OF THE ELEMENT OF THE DESIGN FOR THE SYSTEM OF MONITORING THE CONDITION OF THE ELEMENTS OF THE CONSTRUCTION

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Owolabi et al. Crack detection in beams using changes in frequencies and amplitudes of frequency response functions
RU2650812C1 (en) Method of monitoring the technical condition of bridge structures in the process of their operation (variants)
RU2557343C1 (en) Method of determining signs and location of place of change of stressed-deformed state of buildings, structures
Benedettini et al. Vibration analysis and structural identification of a curved multi-span viaduct
Farrar et al. Lessons learned from applications of vibration based damage identification methods to large bridge structure
Koto et al. Monitoring local damage due to fatigue in plate girder bridge
Morsy et al. Use of the random decrement technique for nondestructive detection of damage to beams
Beskopylny et al. Complex method of defects diagnostics in underground structures
Meng et al. Analytical and experimental study of a skew bridge model
Smirnova et al. Predicting the service life of buildings and facilities to minimize the risk of losses in the conditions of natural and technogenic emergency situations
Tatar et al. Damage detection in existing reinforced concrete building using forced vibration test based on mode shape data
Berkowski et al. Analysis of failure conditions for a dynamically loaded composite floor system of an industrial building
RU2140625C1 (en) Method determining physical condition of buildings and structures
Foti et al. Dynamic identification of a strategic building of the sixties with a mixed structure
Güner et al. Dynamic identification of lightweight civil engineering structures using a portable shaker
RU2701476C1 (en) Method for non-destructive testing of carrying capacity of structural systems of buildings and structures
RU2392403C1 (en) Method for detection of changes in deflected mode of building or structure components
Flamand et al. Improving the modelling of tall timber buildings
Pradelok Dynamic tests of certain lattice girder railway bridge type nodes
Liu et al. Horizontal resonance of a 13 story building under external machine vibrations
Hameed et al. Multi-shaker modal testing and modal identification of hollow-core floor system
Ramos et al. Damage identification in masonry structures with vibration measurements
Quintana et al. Damage detection on a cable stayed bridge using wave propagation analysis
Sadeghi et al. Grillage analogy applications in analysis of bridge decks
Brigante et al. Vibration-Based Procedure for the Structural Assessment of Heritage Structures