ШАХРАМАНЬЯН Андрей Михайлович (ул. Осенний бульвар, 8 к. 2, кв. 126, Москв, 9 Moscow, RU)
SHAKHRAMANYAN, Arsen Mikhailovich (ul. Osenny bulvar, 8-2-126 Moscow, 9, 12160, RU)
ШАХРАМАНЬЯН Арсен Михайлович (ул. Осенний бульвар, 8 к. 2, кв. 126, Москв, 9 Moscow, RU)
ШАХРАМАНЬЯН Андрей Михайлович (ул. Осенний бульвар, 8 к. 2, кв. 126, Москв, 9 Moscow, RU)
SHAKHRAMANYAN, Arsen Mikhailovich (ul. Osenny bulvar, 8-2-126 Moscow, 9, 12160, RU)
ШАХРАМАНЬЯН Арсен Михайлович (ул. Осенний бульвар, 8 к. 2, кв. 126, Москв, 9 Moscow, RU)
| формула изобретения
1. способ определения устойчивости конструкций, включающим возбуждение колебаний испытуемого объекта на собственных частотах воздействием на него последовательности ударных импульсов малой амплитуды, измерение колебаний с помощью установленных на объекте датчиков, суммирование колебаний по амплитуде и определение характеристик объекта по измеренным параметрам суммарных колебаний, отличающийся тем, что вычисляют спектр колебаний от датчиков, определяют частоты колебаний f гp. , лежащих в пределах полосы пропускания датчиков и являющихся границами между высокочастотной и низкочастотной частями спектра частот колебаний, определяют для этих частот f гp отношение площадей высокочастотной части спектра к низкочастотной части спектра (S в /S н )o 5 по истечение регламентного промежутка времени повторяют определение отношения площадей высокочастотной части спектра к низкочастотной части спектра (S в /S н )i для этих же частот f гp , сравнивают величины (S в /S н )i и (S в /S н )o для этих же частот f гp и по величине разницы этих отношений судят о появлении дефектов в объекте за истекший промежуток времени.
2. способ по п.l, отличающийся тем, что частотами f гp являются частоты тонов спектра частот колебаний объекта.
3. способ по п.l или п.2, отличающийся тем, что полученные экспериментальные значения являются входными данными для машинного расчета устойчивости конструкций. 4. способ по п.з, отличающийся тем, что полученные экспериментальные значения являются входными данными для
заменяющий лист (правило 26) сочетания методов экспертных оценок и машинного расчета для определения устойчивости конструкций.
5. способ по п.4 отличающийся тем, что местом возбуждения колебаний служит любая точка на объекте или/и вне его. 6. способ по п.5 , отличающийся тем, что ударное воздействие на объект осуществляется воздействием микросейсмического фона природного или/и техногенного характера.
7. система для определения устойчивости конструкций, содержащая блок ударного устройства, блок формирования электрического синхроимпульса, блок преобразования колебаний в электрический сигнал, блок аналого-цифрового преобразования электрического сигнала, блок цифрового запоминающего устройства, блок управления цифровым запоминающим устройством и блок вывода данных, отличающаяся тем, что в нее дополнительно включен блок вычисления отношений площадей различных участков спектра колебаний, при этом все вышеупомянутые блоки соединены между собой каналами связи. 8.. система по п.7 , отличающаяся тем, что блок ударного устройства представляет собой механическое устройство или/и электрическое устройство или/и электромеханическое устройство или/и магнитное устройство или/и электромагнитное устройство или/и гидравлическое устройство или/и взрывное устройство, или/и устройство возбуждения гармонических или/и специальных колебаний. 9. система по п.7 или п.8 , отличающаяся тем, что все функциональные блоки системы или их часть связаны между собой беспроводным каналом связи.
заменяющий лист (правило 26)
10. система по п.9 , отличающаяся тем, что в системе отсутствует блок ударного устройства, а его функцию выполняет микросейсмический фон природного или/и техногенного характера.
11. система по п.10 , отличающаяся тем, что все функциональные блоки системы или их часть размещены на стационарном пункте.
12. система по п.11 , отличающаяся тем, что все функциональные блоки системы или их часть размещены на мобильном пункте. 13. система по п.12 или п.11 , отличающаяся тем, что система является комбинацией стационарного и мобильного пунктов. 14. система по п.13 , отличающаяся тем, что блок вывода данных системы выполнен в виде блока визуального отображения или/и блока акустического отображения или/и блока печати. 15. система по п.14 , отличающаяся тем, что блок вывода данных системы выполнен с возможностью отображения, по меньшей мере, одномерного изображения или/ и голографического изображения.
заменяющий лист (правило 26) |
способ и система для определения устойчивости конструкций
область использования
изобретение относится к области определения прочности конструкций в виде зданий, сооружений, прочих строительных конструкций и технологических систем, в том числе и их динамической прочности и может быть использовано для определения их устойчивости при возникновении природных или/и техногенных опасностей и выработки комплекса мероприятий по устранению выявленных изъянов и недостатков конструкций и материалов
предшествующий уровень техники известен способ определения динамической прочности конструкций по патенту RU 2011174 от 15.04.94, согласно которому возбуждают колебания испытуемого объекта на собственных частотах воздействием на него последовательности ударных импульсов, с помощью устанавливаемых на объекте датчиков регистрируют их отклики, по измеренным параметрам колебаний судят о динамических характеристиках объекта и его динамической прочности. возбуждение колебаний при этом осуществляют с помощью подрыва взрывчатых веществ.
известно также устройство для осуществления способа динамических испытаний зданий и сооружений ( назин в. в. « новейшие сейсмостойкие конструкции и железобетонные механизмы сейсмоизоляции зданий и сооружений » -M.: стройиздат, 1993, с.95- 96 ), содержащее устройство возбуждения колебаний испытуемого объекта и установленный на объекте, по крайней мере, один блок
заменяющий лист (правило 26)
преобразования вибрации в электрический сигнал, последовательно соединенный с регистратором электрического сигнала. в данном устройстве возбуждение колебаний испытуемого объекта осуществляется посредством громоздкого гидродомкрата, оснащенного специальной системой мгновенного освобождения от горизонтального усилия.
в перечисленных технических решениях для достижения требуемой точности измерений амплитуда колебаний должна быть значительной. недостатками этих решений являются :
1) несовершенство способов возбуждение колебаний испытуемого объекта, обусловленное либо требованием к обслуживающему персоналу специальной квалификации и соблюдение особых мер безопасности при обращении с взрывчатыми веществами, либо громоздкостью и сложностью использования гидродомкратов;
2) низкая точность в определении устойчивости зданий и сооружений, поскольку не определяется наличие дефектов (трещины , пустоты), возникшие внутри материала конструкций за определенный промежуток времени ( эти дефекты определяются методами неразрушающего контроля : ультразвуковой, электромагнитный, рентгеновский и др, однако они требуют больших временных и финансовых затрат, что ограничивает их массовое распространение и делает практически невозможным их применение при экспресс-обследованиях ) .
от первого недостатка свободен наиболее близкий по технической сущности к настоящему изобретению и принятый за прототип способ динамических испытаний зданий и сооружений и устройство для его осуществления по патенту RU 21411635 от
заменяющий лист (правило 26)
30.03.1999, согласно которому возбуждение колебаний испытуемого объекта осуществляют ударными импульсами малой амплитуды, измеренные в интервалах времени между ударными импульсами колебания суммируют по амплитуде, а динамические характеристики объекта определяют по измеренным параметрам суммарных колебаний, при этом также существует патент RU
2245531 от 02.04.2003, согласно которому сравнивают периоды собственных колебаний от соседних датчиков и при наличии разности в значениях от них экспериментально исследуют участок между этими датчиками на наличие дефектов, что естественно требует больших временных затрат и наличия большого количества датчиков, т.е. финансовых затрат.
однако способ и устройство для его осуществления, принятые за прототип не свободны от второго недостатка и не позволяют оперативно с достаточной степенью точности определять наличие дефектов, возникшие по истечение определенного промежутка времени, т.е динамическую устойчивость - наиболее информативный параметр при обследованиях конструкций.
раскрытие изобретения настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по устранению вышеуказанных недостатков и созданию такого способа и системы для определения устойчивости конструкций, которые позволили оперативно и с высокой степенью точности определять устойчивость конструкций за счет учета появления в них дефектов за определенный промежуток времени.
указанный технический результат достигается тем, что в способе определения устойчивости зданий и сооружений, включающим возбуждение колебаний испытуемого объекта на собственных частотах воздействием на него последовательности
заменяющий лист (правило 26)
ударных импульсов малой амплитуды, измерение колебаний с помощью установленных на объекте датчиков, суммирование колебаний по амплитуде и определение характеристик объекта по измеренным параметрам суммарных колебаний, вычисляют спектр колебаний от датчиков, определяют частоты колебаний f гp . , лежащих в пределах полосы пропускания датчиков и являющихся границами между высокочастотной и низкочастотной частями спектра частот колебаний, определяют для этих частот f гp отношение площадей высокочастотной части спектра к низкочастотной части спектра (S в /S н )o, по истечение регламентного промежутка времени повторяют определение отношения площадей высокочастотной части спектра к низкочастотной части спектра (S в /S н )i для этих же частот f гp , сравнивают величины (S в /S н )i и (S в /S н )o этих же частот f гp и по величине разницы этих отношений судят о появлении дефектов в объекте за истекший промежуток времени.
сущность изобретения, обеспечивающая заявленный технический результат, основывается не на математической обработке сигналов, а на новом техническом решении, основаным на физическом принципе, при котором спектральные характеристики записи колебаний меняются при прохождении колебаний объекта, содержащим дефекты в виде трещин, пустот, инородных включений. например, при появлении множества трещин в объекте, энергия (площадь спектра) смещается в высокочастотную область, что позволяет определить появление дефектов. таким образом, вычисление отношений между различными частями спектра дает информацию о месторасположении дефектов.
данное утверждение подтверждает эксперимент, проведенный с двумя объектами : объект без дефектов, именуемый в дальнейшем «K-1» и объект с дефектами, именуемый в дальнейшем «K-2».
заменяющий лист (правило 26)
«K-1» : параметры объекта приведены в табл. I 3 в качестве материала объекта использовался бетон, свойства которого приведены в табл.2.
по условию эксперимента левому верхнему углу придавалась начальная скорость Vo=I м/с.
в точках 1,2,3 объекта ( см. фиг.l ) устанавливались датчики колебаний.
записи колебания объекта в течение 1 секунды в точках 1, 2, 3, вызванные начальной скоростью приведены на фиг.2, фиг.з и фиг.4 соответственно, а спектры полученных записей в точках 1, 2, 3, приведены на фиг.5, фиг.6 и фиг.7 соответственно. из спектров видно, что частота первого тона колебания объекта - 11 гц.
«K-2» : объект содержит дефекты, представляющие собой участки материала бетона с пониженным модулем упругости. схема расположения датчиков в точках регистрации 1,2 и 3 и схема расположения дефектов представлены на фиг. 8, при этом черные квадраты идентифицируют «дeфeктный бетон 1», а белые квадраты -
-«дeфeктный бетон 2» по данным тaбл.2. по условию эксперимента левому верхнему углу объекта аналогично придавалась начальная скорость V 0 =I м/с.
записи колебания по оси X в точках 1, 2, 3 объекта с дефектами в течение 1 секунды, приведены на фиг. 9, фиг.10 и фиг.11 соответственно. спектры колебаний в точках 1, 2, 3 приведены на фиг.12, фиг.13 и фиг.14 соответственно, из которых видно, что частота первого тона колебания объекта с дефектами составляет 8 гц.
возьмем за границу между высокочастотной и низкочастотной частями полученных спектров частоту первого тона колебаний, т.е
V= 8 г ц -
заменяющий лист (правило 26)
результаты расчетов для испытуемых объектов представлены в табл.з.
разница отношений площадей R = S в /S н для объекта без дефекта («K-1») и объекта с дефектами («K-2») для точек регистрации 1 ,2 и 3 составит : точка 1 - CiR 1 = 7.16; точка 2 - dR 2 = -0.04; точка 3 - ClR 3 = 0.16; приведенные результаты свидетельствуют о том, что существенные изменения в отношении площадей R = S в /S н имеют место для точке регистрации 1 ( значительная часть энергии перешла в высокочастотную область ), что и подтверждается схемой расположением дефектов на фиг.8. аналогичные результаты показали измерения и для второго и последующих тонов спектра колебаний, т.е когда f гp равнялась частоте второго, третьего и т.д тонов колебаний.
аналогичные результаты показали измерения, когда f гp равнялась частотам, лежащим в пределах между тонами колебаний. таким образом, сравнение отношений площадей различных частей спектра колебаний при фиксированных f гp дает информацию о появлении дефектов с течением времени..
при динамическом обследовании : первоначальном измерение
- (S в /S н )o ; по истечении регламентного промежутка времени, характерного для данного вида объекта обследования - (S в /S н )i и сравнение этих величин при определенной f гp дает информацию о появлении дефектов за истекший промежуток времени.
заменяющий лист (правило 26)
в частном случае исполнения настоящего изобретения частотами f гp могут являются частоты тонов спектра частот колебаний объекта. указанный технический результат в изобретении - системе для определения устойчивости конструкций - достигается тем, что в системе, содержащей блок ударного устройства, блок формирования электрического синхроимпульса, блок преобразования колебаний в электрический сигнал, блок аналого-цифрового преобразования электрического сигнала, блок цифрового запоминающего устройства , блок управления цифровым запоминающим устройством и блок вывода данных, в нее дополнительно включен блок вычисления отношений площадей различных участков спектра колебаний, связанные между собой каналами связи.
система работает следующим образом. блок ударного устройства возбуждает колебания в обследуемом объекте. колебания распространяются по объекту как по каналу связи и регистрируются блоком преобразования колебаний в электрический сигнал, при этом блок формирования электрического синхроимпульса, соединенный с блоком ударного устройства и блоком преобразования колебаний в электрический сигнал линиями связи, задает реперные точки на записи колебаний. сигнал с блока преобразования колебаний в электрический сигнал поступает по линии связи на блок аналого- цифрового преобразования электрического сигнала и далее на блок цифрового запоминающего устройства, к которому в свою очередь подключены по линиям связи блок управления цифровым запоминающим устройством и блок вычисления отношений площадей различных участков спектра колебаний. сигнал обрабатывается, запоминается в блоке цифрового запоминающего устройства и поступает на блок вывода данных, откуда
заменяющий лист (правило 26)
поступает информация, позволяющая судить об устойчивости зданий и сооружений.
указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
в частном случае исполнения настоящего изобретения все полученные экспериментальные значения можно считать также входными данными для машинного расчета устойчивости конструкций.
в частном случае исполнения настоящего изобретения также возможно сочетание методов экспертных оценок и машинного расчета для определения устойчивости зданий и сооружений.
в частном случае исполнения настоящего изобретения блок ударного устройства может представлять собой механическое устройство или/и электрическое устройство или/и электромеханическое устройство или/и магнитное устройство или/и электромагнитное устройство или/и гидравлическое устройство или/и взрывное устройство, или/и устройство возбуждения гармонических или/и специальных колебаний. альтернатива в этом случае в виде союзов «или/и» означает, что возможно исполнение блока ударных устройств как в виде механического устройства, электрического устройства, электромеханического устройства, магнитного устройства, электромагнитного устройства, гидравлическго устройства, взрывного устройства, устройства возбуждения гармонических, устройства возбуждения специальных колебаний по отдельности, так и всевозможных их сочетаний между собой.
в частном случае исполнения настоящего изобретения местом возбуждения колебаний может быть любая точка на объекте или/и
заменяющий лист (правило 26)
вне его. альтернатива в этом случае в виде союзов «или/и» означает, что местом возбуждения колебаний может быть любая точка как на объекте, так и вне объекта, также одновременно и на объекте и вне объекта. в частном случае исполнения настоящего изобретения ударное воздействие на объект может осуществляться воздействием микросейсмического фона природного или/и техногенного характера. альтернатива в этом случае в виде союзов «или/и» означает, что указанное воздействие может осуществляться воздействием микросейсмического фона природного характера, техногенного характера как по отдельности, так и совместно.
в частном случае исполнения настоящего изобретения все функциональные блоки системы или их часть могут быть связаны между собой беспроводным каналом связи. в частном случае исполнения настоящего изобретения в системе может отсутствовать блок ударного устройства, а его функцию выполняет микросейсмический фон природного или/и техногенного характера. альтернатива в этом случае в виде союзов «или/и» означает, что функцию блока ударного устройства может выполнять микросейсмический фон природного характера, техногенного характера как по отдельности, так и совместно.
в частном случае исполнения настоящего изобретения все функциональные блоки системы или их часть могут быть размещены на стационарном пункте. в частном случае исполнения настоящего изобретения все функциональные блоки системы или их часть могут быть размещены на мобильном пункте.
в частном случае исполнения настоящего изобретения система может являться комбинацией стационарного и мобильного пунктов.
заменяющий лист (правило 26)
в частном случае исполнения настоящего изобретения блок вывода системы может быть выполнен в виде блока визуального отображения и/ или блока акустического отображения и/или блока печати. альтернатива в этом случае в виде союзов «или/и» означает, что блок вывода данных системы может быть выполнен в виде , блока визуального отображения, блока акустического отображения, блока печати как по отдельности и в виде всевозможных сочетаний этих блоков.
в частном случае исполнения настоящего изобретения блок вывода данных может быть выполнен с возможностью отображения, по меньшей мере, одномерного изображения ( то есть одномерного, двумерного, трехмерного, четырехмерного и т.д. изображений ) или/ и голографического изображения. альтернатива в этом случае в виде союзов «или/и» означает, что блок воспроизведения системы может быть выполнен с возможностью отображения, по меньшей мере, одномерного изображения, голографического изображения как по отдельности, так и совместно.
краткое описание чертежей
изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображено : фиг.l - объект без дефекта («K-1») со схемой расположения датчиков в точках 1 ,2 и 3
фиг. 2 - колебания объекта без дефекта («K-1») по оси X в точке 1 фиг. 3 - колебания объекта без дефекта («K-1») по оси X в точке 2 фиг. 4 - колебания объекта без дефекта («K-1») по оси X в точке 3 фиг. 5 - спектр колебания объекта без дефекта («K-1») по оси X в точке 1
фиг. 6 - спектр колебания объекта без дефекта («K-1») по оси X в точке 2
заменяющий лист (правило 26)
фиг. 7 - спектр колебания объекта без дефекта («K-1») по оси X в точке 3
фиг. 8 - объект с дефектами («K-2») со схемами расположения дефектов и точек регистрации 1,2 и 3
фиг.9 - колебание объекта с дефектами («K-2») по оси X в точке 1 фиг.10 - колебание объекта с дефектами («K-2») по оси X в точке 2 фиг. 11- колебание объекта с дефектами («K-2») по оси X в точке 3 фиг. 12- спектр колебания объекта с дефектами («K-2») по оси X в точке 1
фиг. 13- спектр колебания объекта с дефектами («K-2») по оси X в точке 2
фиг. 14- спектр колебания объекта с дефектами («K-2») по оси X в точке 3 промышленная применимость
настоящее изобретение промышленно применимо, так как строится не на использовании новых программно-аппаратных средств, обеспечивающих реализацию функции определения устойчивости конструкций, а на новом, комплексном подходе к реализации этой функции, учитывающем месторасположение дефектов внутри обследуемых объектов, что повышает точность обследования и служит основой для построения новых способов и систем, реализующих ту же целевую функцию по мере появления нового программного обеспечения и моделей, включая 4D - модели объектов..
заменяющий лист (правило 26)
табл.1 па амет ы модели JV»1
табл.1,2
заменяющий лист (правило 26)
табл.з
заменяющий лист (правило 26)