Способ оценки технического состояния инженерного сооружения
METHOD FOR EVALUATING TECHNICAL CONDITION OF ENGINEERING STRUCTURE

Изобретение относится к области обеспечения безопасности инженерных сооружений, работающих в условиях динамического нагружения, что связано с контролем и оценкой ресурса надежности и безопасной эксплуатации.
В процессе эксплуатации инженерных сооружений, в том числе мостов, транспортных переходов, тоннелей, необходимо оценивать их техническое состояние, определяется динамическими свойствами конструкции. Для проведения динамических испытаний предлагается способ, основанный на использовании передвижного возбуждающего механизма с возможностью изменения силы воздействия и ее направленности, что позволяет вызвать вынужденные колебания в определенных точках конструкции для последующей фиксации и сравнительного анализа изменений, вызванных нагрузками и условиями интенсивной эксплуатации. При проведении патентного поиска выявлены следующие аналоги.
В патенте на изобретение (№2489696, МПК G01M 7/00, опубл. 10.08.2013) предложен способ, включающий возбуждение вынужденных колебаний исследуемой конструкции гармоническими силами с постоянными амплитудами и пошагово изменяемой частотой, измерение кинематических параметров перемещения, скорости или ускорения в точках возбуждения и амплитуды вынуждающих сил, построение амплитудных и фазовых частотных характеристик или синфазных и квадратурных составляющих кинематических параметров, определение резонансных частот и соответствующих им высот резонансных пиков. При этом перемещения одной из точек возбуждения на резонансных частотах принимаются за обобщенные координаты; в этих координатах определяются обобщенные массы системы, состоящей из испытуемого объекта, вибровозбудителя и переходных приспособлений, определяют «вклад» посторонних движущихся масс и находят собственные частоты и обобщенные массы испытуемого объекта. Технический результат заключается в повышении точности измерений при экспериментальном определении собственных частот и обобщенных масс колеблющихся конструкций испытываемого объекта.
Недостатком данного изобретения является отсутствие возможности проведения интегральных оценок изменения частот собственных колебаний в зависимости от времени и условий эксплуатации, а также отсутствие измерения динамической жесткости инженерных конструкций.
Известен также способ №2279653, МПК G01M 7/00, опубл. 10.07.2006. Сущность данного способа заключается в том, что тарированное ударное воздействие рассматривается в качестве источника волнового поля с известными амплитудно-временной и амплитудно-частотной характеристиками. Измерение реакции дорожной конструкции производится пьезокерамическими виброакселерометрами в контрольных точках на различном расстоянии от центра области контакта с поверхностью покрытия в направлении, параллельном оси автомобильной дороги. На основании данных амплитудно-временных зависимостей вертикальной составляющей ускорений производится вычисление амплитудно-временных зависимостей перемещений, спектральных и количественных характеристик волнового поля. Состояние отдельных элементов дорожной конструкции (слоев покрытия, основания и земляного полотна) оценивается при сопоставлении зависимостей комплекса предложенных параметров в различных контрольных точках, исходя из характера изменения экстремумов спектральных характеристик, продолжительностей сигналов откликов, коэффициентов затухания по значениям амплитуд ускорений и перемещений, а также предложенных количественных показателей. Технический результат заключается в усовершенствовании способа оценки состояния дорожных конструкций.
Недостатком данного изобретения является то, что не используется непрерывное динамическое воздействие и не определяется динамическая жесткость, изменения которой могли бы служить индикатором дефекта конструкции в данной оценочной позиции.
За прототип взят способ (патент на изобретение №2498255, МПК G01M 7/00, опубл. 10.11.2013), сущность которого заключается в том, что измерения частоты свободных колебаний пролета моста производятся около положения, в котором действие сил на него уравнивается с применением тестового сигнала типа белый шум. В этом случае величина частоты собственных колебаний может быть измерена с любой наперед заданной точностью как максимум спектра сигнала от реакции мостового сооружения на белый шум. При этом в качестве эталонного сигнала, близкого к белому шуму, предлагается использовать поток транспортных средств или движение железнодорожного эшелона через мост. Технический результат заключается в повышении точности и достоверности мониторинга жесткости и прочности конструкции.
Вместе с тем, недостатком данного способа является то, что в узлах конструкции сооружений происходит затухание внешних воздействий, особенно в области высоких частот, что снижает точность оценки технического состояния сооружения как по частотному спектру, так и по амплитудам.
Цель предлагаемого изобретения заключается в том, что с определенной периодичностью проводятся замеры в локальных местах конструкции с возможностями при проведении экспериментов соблюдения условий эквивалентности возмущения и частотного состава возбуждающего сигнала с последующим созданием электронной базы данных, позволяющей отслеживать изменения параметров в течение всего срока эксплуатации объекта.
Способ оценки технического состояния инженерного сооружения, включающий создание динамической нагрузки в выбранных точках сооружения, регистрацию динамических показателей и оценку технического состояния сооружения, отличающийся тем, что после возбуждения колебаний в определенных местах сооружения оценивают техническое состояние по сопоставлению коэффициентов жесткости с предыдущими замерами, причем коэффициент динамической жесткости представляет собой отношение максимальной динамической силы в выбранной точке замера к максимальному упругому смещению рассматриваемой точки.
Способ заключается в использовании специального рабочего органа (вибровозбудителя) и создании в выбранной точке усилия с гармонической составляющей определенной регулируемой амплитуды и частоты.
Вибровозбудитель представляет передвижную вибрационную машину, снабженную домкратами, с регулируемым эксцентриситетом, позволяющим регулировать частоту, амплитуду и вектор приложения вибрационного возмущения. Машина снабжена «пятой» (инструментом для генерации вибрационного воздействия) из свинцовистой резины, через которую обследуемому объекту сообщается требуемое усилие. Пята связана с рабочим органом сферическим шарниром.
Под динамической жесткостью понимается отношение максимальной возмущающей силы к максимальному упругому смещению в выбранной точке и определяется по формуле
.
Динамическая жесткость определяется расчетным путем, для чего необходимы фиксация усилий в точках контакта рабочего органа вибровозбудителя и объекта, а также использование данных измерительной аппаратуры, то есть учет скоростей, ускорений, динамических усилий, сообщаемых рабочим органом.
Для различных конструкций выбирается в соответствии с технической документацией система локальных точек для установки на них испытательного оборудования. Для последующего эффективного анализа информации устанавливается алгоритм перехода между выбранными точками, расстояние между которыми зависит от размеров инженерного сооружения. Время работы вибровозбудителя составляет 1,5-2 минуты, что определяет объем фиксируемых показаний. Информация, получаемая измерительной аппаратурой на каждой из точек, передается по спутниковому каналу в центр контроля и оценки технического состояния, где хранится общая электронная база по исследуемому объекту.
Предлагаемый способ использован при проведении технической диагностики конструкции моста и показал наличие возможностей более точной оценки ресурса различных частей сооружения, определения критических мест конструкции, а также общего ресурса инженерного сооружения.