СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ФИЗИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
METHOD FOR NON-DESTRUCTIVE TESTING OF PHYSICAL CONDITION OF BUILDINGS AND STRUCTURES

Изобретение относится к испытанию строительных сооружений, жилых и промышленных зданий, на вибрацию, а более конкретно к методам неразрушающего контроля физического состояния здания или сооружения посредством измерения колебаний объекта под воздействием регулируемого вибрационного источника, и может найти применение для определения динамических характеристик и сейсмостойкости зданий и сооружений.
Известен способ динамических испытаний зданий и сооружений (патент РФ на изобретение №2011174, МПК G01M 7/00, опубл. 15.04.1994) с использованием зарядов взрывчатых веществ. К одной или противоположным стенам испытуемого объекта прикладывают последовательность ударных импульсов, возбуждающих его резонансные колебания. Импульсы прикладываются с помощью устанавливаемых на разных уровнях групп ударников, на которые нанесены заряды взрывчатых веществ. Интервалы времени между импульсами задают в соответствии с фактическими периодами собственных колебаний объекта, для чего подрыв каждой последующей группы зарядов производят, используя сигнал датчика отклика объекта на ударное возбуждение. Датчики устанавливают на разных уровнях на противоположной от соответствующей группы ударников стене. Недостатком способа является сложность и опасность проведения подобных работ.
В другом известном способе определения вибрации здания (а.с. СССР №1777018, МПК G01М 7/00, опубл. 23.11.1992) уровни вибраций регистрируют непосредственно на грунте вблизи здания, в его нижней части здания и на различных этажах. Это позволяет определить коэффициенты передачи вибраций от грунта до отдельных частей здания с учетом техногенного фона, что позволяет прогнозировать уровень вибраций.
Известен способ динамических испытаний зданий и сооружений и устройство для его осуществления (патент РФ на изобретение №2141635, МПК G01M 7/00 опубл. 20.11.1999), в котором в качестве ударного устройства для возбуждения колебаний применяют подвешенный груз на стене здания массой 40 кг. На испытуемый объект воздействуют последовательно через заданные интервалы времени. В интервалы времени между ударными импульсами измеряют амплитуды колебаний, которые суммируют и по суммарным колебаниям определяют динамические характеристики испытуемого объекта.
Основным недостатком вышеперечисленных способов является то, что заранее заданный силовой импульс не воздействует непосредственно на грунт и не учитывает изменение частоты вибраций, что не позволяет моделировать сейсмическую нагрузку, по которой можно судить о физическом состоянии здания или сооружения.
Наиболее близким к заявленному способу по созданию виброимпульсного воздействия на грунт является способ импульсного воздействия на грунт с помощью виброимпульсного источника (патент РФ на изобретение №2324954, МПК G01V 1/155 опубл. 20.05.2008).
Согласно прототипу опорную плиту с подвижной массой, упругими трубчатыми оболочками и прижимами устанавливают на поверхности грунта. В упругие трубчатые оболочки подают рабочую жидкость от гидрообъемного генератора. Включают систему питания, которая приводит в движение вал гидрообъемного генератора. Последний возбуждает знакопеременный объем в упругих трубчатых оболочках, при этом в упругих трубчатых оболочках изменяется давление относительно среднего давления в системе. Виброимпульсный источник работает в виброимпульсном режиме.
Виброимпульсное воздействие на поверхность грунта обеспечивают путем ударного воздействия подвижной массы через опорную плиту.
В фиксированный момент времени, когда подвижная масса находится в верхнем положении, от устройства управления подается сигнал на электромагнит, который через пружину и фиксатор освобождает плунжерный золотник. При этом подвижная масса выдавливает рабочую жидкость из нижней полости трубчатой оболочки в плунжерный золотник, который, смещаясь, вытесняемый объем рабочей жидкости выдавливает в верхнюю полость упругой трубчатой оболочки. Подвижная масса возбуждает импульс на опорной плите. Затем весь цикл повторяется вновь. Частоту колебаний (вибраций) меняют путем изменения давления в нижних и верхних упругих оболочках за счет изменения объема рабочей жидкости. Таким образом, обеспечивается эффективное виброимпульсное воздействие (переменные нагрузки) на грунт за счет создания ударного воздействия подвижной массы на опорную плиту и деформации упругих оболочек. Однако таким способом невозможно смоделировать сейсмические и иные вибрационные колебания, возникающие под зданием или сооружением, и достоверно оценить безопасность их дальнейшей эксплуатации.
Задача изобретения - осуществить регистрацию колебаний частей объекта и определить комплекс параметров динамических характеристик зданий и сооружений, оценить безопасность дальнейшей его эксплуатации, возможность ремонта, реконструкции или необходимости сноса объекта.
Технический результат заключается в повышении точности определения физического состояния зданий и сооружений при виброимпульсном воздействии на грунт путем изменения давления рабочей жидкости внутри упругой трубчатой оболочки.
Задача и технический результат достигаются следующим образом.
Способ неразрушающего контроля физического состояния зданий и сооружений имеет общее с прототипом то, что на грунт оказывают управляемое виброимпульсное воздействие путем изменения давления рабочей жидкости внутри упругой трубчатой оболочки, а рабочую жидкость подают из гидрообъемного генератора.
В отличие от прототипа согласно изобретению в качестве упругой трубчатой оболочки используют рукав высокого давления, который заглушенным концом плотно устанавливают в пробуренную наклонную или вертикальную скважину вблизи здания или сооружения или под ними. Виброимпульсное воздействие по заявляемому способу оказывают непосредственно на грунт через стенки рукава высокого давления. Кроме этого вблизи здания или сооружения и/или внутри них дополнительно размещают трехкомпонентные вибродатчики, с помощью которых регистрируют динамические характеристики здания или сооружения до и после виброимпульсного воздействия. Полученные динамические характеристики сравнивают и делают заключение о физическом состоянии контролируемого здания или сооружения.
Заданную частоту виброимпульсного воздействия на грунт можно обеспечить за счет установки соответствующей частоты вращения вала гидрообъемного генератора. Подачу рабочей жидкости в рукав высокого давления в частном случае производят от гидрообъемного генератора с эксцентриком на валу, а для изменения объемов подаваемой рабочей жидкости меняют величину эксцентриситета эксцентрика.
Согласно изобретению упругие элементы передают заданные импульсы энергии непосредственно грунту, находящемуся рядом с объектом, позволяя моделировать сейсмическую нагрузку.
Анализ технических решений по неразрушающим способам контроля зданий и сооружений на сейсмостойкость и виброустойчивость показал, что ни один из известных способов не позволяет осуществить неразрушающий контроль физического состояния реального объекта под воздействием управляемого вибрационного источника через рукав высокого давления, размещенный в скважине под объектом или вблизи него. Большинство методов определения сейсмостойкости зданий основано на сложных расчетах и ограничено имеющейся экспериментальной информацией при землетрясениях.
Это подтверждает наличие изобретательского уровня у заявленного способа.
Способ поясняется чертежом, на котором изображено испытуемое здание 1, рукав высокого давления 2, виброимпульсный источник 3 (гидрообъемный генератор). Рукав высокого давления 2 плотно размещен в пробуренной наклонной скважине под испытуемым объектом с тем, чтобы передавать объекту импульсное воздействие от виброимпульсного источника 3, который имеет возможность менять как частоту воздействия, так и величину импульса за счет использования, например, плунжерной пары и эксцентрика.
Таким образом, создается возможность подвергать испытуемый объект вибрациям, подобно возникающим при землетрясениях или промышленным вибрациям.
Способ осуществляют следующим образом.
Под зданием или сооружением бурят наклонную или вертикальную скважину, в которую размещают плотно рукав высокого давления 2, который с одной стороны заглушен, а с другой соединен с виброимпульсным источником 3, установленным вблизи здания или сооружения и имеющим возможность менять как частоту воздействия, так и величину импульса. Вблизи здания (сооружения) или внутри них устанавливают трехкомпонентные вибродатчики и регистрируют частоту и амплитуду колебаний обследуемого объекта. Под воздействием микросейсмического фона объект совершает вынужденные колебания с индивидуальными динамическими характеристиками. С помощью вибродатчиков регистрируют частоту и амплитуду указанных колебаний обследуемого объекта.
Динамические нагрузки на испытуемый объект осуществляют за счет виброимпульсов, создаваемых за счет упругой деформации рукава высокого давления 2 при подаче в рукав рабочей жидкости с переменным давлением от гидрообъемного генератора 3. Вибродатчиками регистрируют частоту и колебания здания или сооружения после виброимпульсного воздействия. Сравнивая полученные характеристики с динамическими характеристиками контролируемого объекта до и после заданных виброимпульсных воздействий, судят о его физическом состоянии.