СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ Российский патент 1994 года по МПК G01M7/00 

Изобретение относится к испытанию строительных сооружений, в частности к исследованию динамической прочности конструкций и колебаний сложных крупномасштабных систем, и может быть использовано при определении сейсмостойкости натурных зданий и промышленных сооружений, а также для оценки качества строительных работ на возводимых объектах непосредственно на строительных площадках.

Известен способ динамических испытаний зданий и сооружений, по которому возбуждают колебания испытуемого объекта с помощью дебалансных вибровозбудителей, устанавливаемых на объекте [1] .

Наиболее близким к изобретению по техническому существу является способ динамических испытаний зданий и сооружений, по которому возбуждают колебания испытуемого объекта на собственных частотах воздействием на него последовательности ударных импульсов, генерируемых путем подземного подрыва групп зарядов ВВ, устанавливаемых на разных уровнях, с помощью устанавливаемых на разных уровнях объекта датчиков регистрируют его отклик и по измеренным параметрам колебаний судят о динамических характеристиках объекта [2] .

Известный способ используется при исследовании опытных образцов сооружений на специальных взрывных полигонах, но не может быть применен в условиях существующей окружающей застройки из-за нежелательного воздействия волн, распространяющихся в грунте, на соседние с испытуемым объектом здания или сооружения. Кроме того, осуществление известного способа требует значительных затрат, обусловленных необходимостью бурения шурфов для размещения в них зарядов ВВ.

Цель изобретения - расширение возможностей использования способа и повышение экономичности испытаний.

Это достигается тем, что в способе динамических испытаний зданий и сооружений, по которому возбуждают колебания испытуемого объекта на его собственных частотах воздействием на него последовательности ударных импульсов, генерируемых путем подрыва групп зарядов ВВ, устанавливаемых на разных уровнях, с помощью устанавливаемых на разных уровнях объекта датчиков регистрируют его отклик и по измеренным параметрам колебаний судят о динамических характеристиках объекта, возбуждающие импульсы прикладывают к одной или противоположным стенам с помощью размещенных на них групп ударников, на которые нанесены заряды ВВ, датчики отклика устанавливают на противоположной от соответствующей группы ударников стене, при этом интервалы времени между импульсами задают в соответствии с фактическими периодами собственных колебаний объекта, используя для подрыва каждой последующей группы зарядов сигнал датчика отклика.

На чертеже изображен импульсный силовозбудитель, применяемый для осуществления описываемого способа.

Испытания здания или сооружения по описываемому способу осуществляют следующим образом.

На одной или противоположных стенах испытуемого объекта на различных уровнях размещают группы ударников с нанесенными на них зарядами ВВ, а на противоположной от соответствующей группы ударников стене - датчики (вибродатчики). Производя подрыв группы зарядов, прикладывают к испытуемому объекту ударникам начальный калиброванный ударный импульс, возбуждающий колебания объекта на его собственных частотах. С помощью системы автоматического измерения и управления по сигналам датчиков определяются фактические значения периодов собственных колебаний объекта и в соответствии с ними последовательно производится подрыв последующих групп зарядов ВВ в моменты времени, соответствующие началу выхода объекта из положения максимального отклонения от положения равновесия, в результате чего испытуемый объект подвергается воздействию последовательности ударных импульсов, возбуждающих его резонансные колебания. По измеренным параметрам колебаний судят о динамических характеристиках объекта.

Использовались импульсные силовозбудители, содержащие крешер 1 и ударник 2 с зарядом 3 ВВ на его торцовой поверхности. Для гашения воздушных ударных волн ВВ окружается слоем газожидкостной пены 4. Применение "подпора" 5 (вода, песок, твердые тела) со стороны ВВ снижает количество ВВ, необходимое для создания заданного ударного импульса. В качестве материала крешера применяется полистирол ПС-8 или его аналог. Заряд ВВ - листовой, с критическим диаметром 0,5 мм и жестко регламентируемой скоростью детонации. Для инициирования используются безопасные электродетонаторы типа АТЭД-15 на основе бризантных веществ со временем срабатывания 2˙10^-6 с. Подрыв электродетонатора производится от малогабаритного генератора импульсов типа ТБГИ-112, подающего на мостик электродетонатора импульс 10 кВ за время 1˙ 10^-6 с. Использование крешера из низкомодульных материалов типа ПС-8 обеспечивает нагружение зданий АЭС и других промышленных и гражданских сооружений пульсами с амплитудой давления до 100 т/м² и более при длительности переднего фронта 0,01-0,5 с по заданной программе с временным разрешением на уровне 10^-5 с. Может быть реализована многократная последовательность импульсов в нескольких точках испытуемого объекта в интервале времени от одной секунды до нескольких десятков секунд.

Подбор параметров силовозбудителей производится по исходным данным, установленным при проектировании здания (сооружения): ожидаемый период собственных колебаний τ_о, допускаемые давления в местах нагружения σ_о. По этим данным определяются максимальное усилие Р в точке приложения импульса и длительность τ_и импульса. Вследствие неопределенности реальных свойств грунта и исследуемого объекта его период собственных колебаний устанавливается в некотором диапазоне τ_min < τ_о < τ_max. Для эффективного использования энергии нагружения задается τ_и < <τ_min/4. По заданным Р и τ_и определяется величина ударного импульса I = β˙ P ˙τ_и, где β- коэффициент формы импульса. Полная энергия нагружения определяется по соотношению Е_о = I²/2m_у + α˙Е_о, где m_у - масса ударника; α- коэффициент, учитывающий потерю энергии на деформацию крешера. Выбирая массу ударника, определяют его начальную v_o и среднюю v_ср скорости: v_o = I/m_у и v_ср = v_o/2. Затем находят параметры крешера и необходимую массу заряда ВВ. Начальную высоту l_o крешера вычисляют по формуле l_o = v_cp˙ τ_и/ε , где ε - деформация крешера до начала резкого упрочнения. Необходимая площадь поперечного сечения крешера F = P/ σ_o. Необходимая масса заряда ВВ m_BB = I/I_o, где I_o - удельный импульс ВВ.

П р и м е р. Р = 5000 кг, τ_и = 0,1 с, при линейном законе нарастания силы: I = 250 кг˙ с l_o = 1,2 м, F = 0,25 м², G_у (вес ударника) = 200 кг. m_ВВ равна 1000 г при разгрузке в воздух, 330 г при "подпоре" слоем воды толщиной 5 см, 100 г при "подпоре" стальной или бетонной пластиной. (56) 1. Испытательные приборы и стенды. Экспресс-информация. М. : ВИНИТИ, 1973, N 47, реф. 277, с. 35-42.

2. Негматуллаев С. Х. и др. Предварительные результаты испытания опытного образца каркасно-капельного здания сейсмовзрывным воздействием: Сборник советско-американских работ по прогнозу землетрясений. Душанбе: Донши, 1979, кн. 2, т. 2, с. 102-120.

Использование: определение динамических характеристик и сейсмостойкости возводимых зданий и сооружений непосредственно на стройплощадках. Сущность: 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 ВВ. 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. 1 ил.

СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, по которому возбуждают колебания испытуемого объекта на собственных частотах воздействием на него последовательности ударных импульсов, генерируемых путем подрыва групп зарядов ВВ, устанавливаемых на разных уровнях, с помощью устанавливаемых на разных уровнях объекта датчиков регистрируют его отклик и по измеренным параметрам колебаний судят о динамических характеристиках объекта, отличающийся тем, что возбуждающие импульсы прикладывают к одной или противоположным стенам с помощью размещенных на них групп ударников, на которые нанесены заряды ВВ, датчики отклика устанавливают на противоположной от соответствующей группы ударников стене, при этом интервалы времени между импульсами задают в соответствии с фактическими периодами собственных колебаний объекта, используя для подрыва каждой последующей группы зарядов сигнал датчика отклика.