Метод волновой диагностики системы «Грунт-здание», некоторые закономерности распространения сейсмических импульсов по конструкциям и сплошным средам в вертикальной плоскости

Civil Securitiy Technology, Vol. 7, 2010, No. 3

УДК 614.8

Метод волновой диагностики системы «грунт-здание», некоторые закономерности распространения сейсмических импульсов по конструкциям и сплошным средам в вертикальной плоскости

Г.М. Нигметов

Аннотация

В статье рассматриваются закономерности распространения динамических импульсов по зданиям при установке источника импульсов снизу или сверху здания.

Ключевые слова: система «грунт-сооружение», колебательный подход, сейсмические волны.

Method of Wave Diagnostics "Ground-Building" System, Some Regularities of Seismic Impulse Distribution Within Construction and Continuum in Vertical Plain

G. Nigmetov Abstract

Article describes regularities of dynamic impulses distribution within the buildings providing the source of impulse is set up or down.

Key words: "ground-building" system, vibration approach, seismic waves

Получивший в последнее время все большее распространение метод динамических испытаний системы «грунт—сооружение» основывается на колебательном подходе и в первую очередь предполагает определение периодов собственных колебаний грунтового массива в основании здания и самого сооружения.

Однако в условиях сильной вибрационной зашумленности оказывается не всегда возможным выделение явно выраженных «горбов» в спектрах колебаний системы «грунт—сооружение».

Выделение периодов собственных колебаний требует либо отсутствия вибрационных помех, либо применения дополнительных динамических источников, которые смогли бы задавить помехи и заставить систему колебаться с собственной частотой. Поэтому применение колебательного подхода на основе данных о перио-

дах собственных колебаний не всегда бывает возможным. С другой стороны, применение метода спектрального анализа основывается на разложении реального нестационарного сигнала на сумму стационарных гармоник, из которых выделяются 1—6, иногда более главных тонов. Такое допущение не может точно отражать реальные динамические процессы, происходящие в системе «грунт—сооружение».

Предлагается для диагностики системы «грунт-сооружение» применять прямой волновой метод, основанный на регистрации времени прохождения сейсмического импульса и его формы на заданных участках.

Метод позволяет выявить участки с пониженными скоростями сейсмических волн, а значит, с пониженной прочностью материалов.

Технологии гражданской безопасности, том 7, 2010, № 3

/63

Датчик 1

Датчик 2

2 1 0 -1 -2

И Ад жА.

10,8 10,82 10,84 10,86 10,88 10,9 10,92 10,94 10,96 10,98 11 11,02 11,04 11,06 11,08 11,1 11,12 11,14

Датчик 3

Датчик 4

Рис. 1. Распространение импульса по конструкциям здания «снизу — вверх»

Датчик 1

0,2 0,1 ;

1 \

/1

0 0,1 0,2 .

; ;

11,5 11,52 11,54 11,56 11,58 11,6 11,62 11,64 11,66 11,68 11,7 11,72 11,74 11,76 11,78 11,8 11,82 11,84 11,86 11,88 11,9 11,92 11,94 11,96 11,98 12

Датчик 2

_АЦ

0

11,5 11,52 11,54 11,56 11,58 11,6 11,62 11,64 11,66 11,68 11,7 11,72 11,74 11,76 11,78 11,8 11,82 11,84 11,86 11,88 11,9 11,92 11,94 11,96 11,98 12

Датчик 3

Датчик 4

О ю о ю 1

11

ь

11,5 11,52 11,54 11,56 11,58 11,6 11,62 11,64 11 66 11,68 11,7 11,72 11,74 11,76 11,78 11,8 11,82 11,84 11,86 11,88 11,9 11,92 11,94 11,96 11,98 12

Рис. 2. Распространение импульса по конструкциям здания «сверху — вниз»

См! БесигШу Тес1ппо!оду, Уо!. 7, 2010, N0. 3

Импульсы, возбуждаемые в системе «грунт-сооружение», обладают достаточной мощностью и задавли-вают помехи. Таким образом, волновой метод является помехозащищенным и может применяться в любых условиях, достаточно будет изменять мощность импульсного воздействия. Примеры использования волнового метода показали возможность легко выделять время вступления сигнала и таким образом получать времена пробегов импульса по контролируемым участкам. Для регистации времен пробегания импульсов на контролируемых участках применялся многоканальный измерительный комплекс «Струна-ЗМ», состоящий из 4 трехкомпонентных пьезокерамических датчиков ускорений, аналогово-цифрового преобразователя и компьютера. Возбуждение импульса производилось прорезиненной кувалдой весом до 5 кг.

При применении метода для оценки времен пробега в вертикальной плоскости позволили обнаружить специфику распространения импульса при возбуждении «снизу — вверх» и возбуждении импульса «сверху — вниз». Времена пробегания импульсов оказались разными.

По результатам опытов, проведенных в железобетонном каркасном здании ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), когда датчики были расположены по вертикали с нижнего до верхнего этажей в одном створе на лестничной площадке, было установлено такое расхождение во временах пробега. При равном расстоянии от 1-го нижнего до 4-го верхнего датчика было обнаружено, что среднее время пробе-гания импульса от 4-го нижнего до 1-го верхнего датчика составляет 0,01 сек, а от верхнего 1-го до нижнего 4-го датчика 0,015 сек. Из рисунков 1 и 2 видно, что импульс «снизу — вверх» имеет более растянутый вид, тогда как «сверху — вниз» импульс более короткий и затухающий.

При регистрации времени прохождения ультразвуковых импульсов на более короткой базе через сплошную среду эталона из оргстекла прибором УК1401М также был обнаружен эффект разности прохождения импульса «снизу — вверх» и «сверху — вниз». Средняя скорость «снизу — вверх» составляла 2700 м/сек, «сверху — вниз» 2130 м/сек.

Опыты многократно повторялись и однозначно получались разные величины по скорости прохождения импульса «снизу — вверх» и «сверху — вниз». Предлагается продолжить опыты для разных материалов и различных конструктивных систем. Подтверждение результатов в новых опытах позволит рассмотреть возможность практического применения обнаруженного эффекта.

Практическое применение такого эффекта, очевидно, возможно для высокоточного измерения силы тяжести, а значит, для различных практических задач, где необходимо точно знать величину силы тяжести.

Литература

1. Овчинников И.К. Теория поля. М.: Недра, 1979.

2. Сейсморазведка. Справочник геофизика / Под ред. В.П. Номоконова, в 2 кн. М.: Недра, 1990.

Сведения об авторе:

Нигметов Геннадий Максимович, к.т.н., ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), вед. н.с., 121352, г. Москва, ул. Давыдковская, 7.

Разработки ФГУ ВНИИ ГОЧС

/65

УДК 351.861

ББК 68.9

O-93

Р. Х. Цаликов, В. А. Акимов, К. А. Козлов. МЧС

России. Оценка природной, техногенной и экологической безопасности России. — М.: ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2009. — 464 стр.

ISBN 978-5-93970-040-5

В монографии впервые в отечественной литературе системно изложены проблемы оценки природной, техногенной и экологической безопасности России.

При разработке монографии авторы руководствовались принципом «предвидеть и предупредить», в соответствии с которым методология анализа риска возникновения чрезвычайных ситуаций направлена на оценку уровня опасности для населения и территорий.

В монографии представлены фактические материалы по анализу основных опасностей и угроз кризисного характера, изложены новые подходы к прогнозированию возникновения чрезвычайных ситуаций на территориях субъектов и регионов Российской Федерации.

При этом использован обширный статистический материал по чрезвычайным ситуациям за последние 10 лет. Большое внимание уделено оценке опасностей в техносфере и экологическим последствиям.

На основе экспертно-прогностической оценки потенциально опасных источников ЧС, с учетом статистического анализа за последние 10 лет, определена степень риска возникновения ЧС на территории всех 83 субъектов РФ.

Материалы монографии могут быть полезны широкому кругу читателей, интересующихся проблемами защиты населения и территорий от ЧС. Она может представлять большой интерес для специалистов и сотрудников администраций субъектов Российской Федерации и органов местного самоуправления, а также для инвесторов, предпринимателей и руководителей страховых компаний в процессе их профессиональной деятельности на территории России.

© МЧС России, 2009

© ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2009

© Оформление ИПП «Куна», 2009

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Опасности возникновения чрезвычайных ситуаций

1.1. Виды опасностей возникновения чрезвычайных ситуаций

1.2. Оценка опасностей в техносфере

1.3. Природные опасности

1.4. Оценка экологической обстановки

1.5. Степень риска чрезвычайных ситуаций

2. Северо-Западный регион

3. Центральный регион

4. Южный регион

5. Приволжский регион

6. Уральский регион

7. Сибирский регион

8. Дальневосточный регион

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

Настоящий труд включает в себя восемь глав и содержит уникальные по своей значимости информационно-справочные материалы с прогностическими оценками степени опасности по 7 регионам России и 83 субъектам Российской Федерации (в работе учтены все объединения в регионах по состоянию на 1 марта 2008 г.).

В первой главе рассматриваются потенциальные источники опасности в природе и техносфере. Определены прогностические оценки степени потенциальной опасности возникновения чрезвычайных ситуаций на территории субъектов (регионов) Российской Федерации.

Главы вторая — восьмая посвящены оценке безопасности субъектов РФ в разрезе федеральных округов. Все главы структурно идентичны. В каждой из них дается краткая характеристика региона, которая сопровождается схемами районирования территории субъектов. Раскрываются общие данные, природные условия, экономика, потенциальные источники ЧС. Дается оценка экологической безопасности. Приводятся результаты расчетов сравнительной оценки природных и техногенных опасностей субъектов Российской Федерации по федеральным округам.

Электронная версия книги в формате PDF

http://elibrary.ru/item.asp?id=15017860