СПОСОБ ОРГАНИЗАЦИИ НЕПРЕРЫВНОГО СЕЙСМОМЕТРИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК G01M7/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано на инженерных сооружениях, оснащаемых системами непрерывного сейсмометрического мониторинга.

Инженерные сооружения по своей конструкции являются замкнутым объемом с жесткими отражающими границами, и распространение сейсмических колебаний в них всегда приводит к формированию набора стоячих волн. Эти волны являются субгармоническими колебаниями, частоты которых кратны отношению расстояния между отражающими поверхностями к длине волны. Частоты стоячих волн называются собственными частотами инженерного сооружения, а сами колебания - формами собственных колебаний. В зависимости от числа длин волн, которые укладываются в расстояние между отражающими поверхностями, различают первую форму, вторую форму и т.д. Известным является факт, что на частотах форм собственных колебаний происходит резонансное усиление колебаний. Каждая форма собственных колебаний характеризуются распределением в пространстве максимумов (пучностей) и минимумов (узлов) амплитуды. Следовательно, показания датчиков системы сейсмометрического мониторинга, которые регистрируют амплитуду колебаний, будут зависеть от того, где на инженерном сооружении установлены датчики. Если датчики установлены вблизи узла какой-либо из форм собственных колебаний, то измеренные амплитуды колебаний с частотой этой формы будут минимальные, если на участке пучности - максимальные. По действующим нормам и правилам, оценка сейсмических воздействий на инженерные сооружения делается на основании измерения амплитуд колебаний. Следовательно, для того чтобы данная оценка не оказалась заниженной, необходимо размещать датчики сейсмометрической системы таким образом, чтобы они оказались в местах пучностей.

Известно техническое решение непрерывного мониторинга физического состояния зданий и/или сооружений, в котором трехкомпонентные сейсмические датчики размещаются в местах, выбранных на основании сейсмо-инженерного исследования здания и/или сооружения (Патент РФ 2461847 С2, МПК G01V 1/28, G01M 7/02). Недостатком известного технического решения является низкая достоверность показаний системы сейсмометрического мониторинга из-за того, что в результате сейсмо-инженерного исследования сооружения не учитываются формы собственных колебаний сооружения и на сооружении не определяются места узлов и пучностей.

Известно техническое решение мониторинга безопасности несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений (Патент РФ 2413193 С2, МПК G01M 7/00, опубл. 10.10.2010). Недостатком известного технического решения является недостаточная достоверность показаний системы сейсмометрического мониторинга, обусловленная тем, что места установки датчиков сейсмометрической системы выбираются исходя из данных расчетной модели, в которой формы собственных колебаний инженерного сооружения часто отличаются от реальных. Поэтому возможна ситуация, когда датчики будут установлены преимущественно в узлах реальных форм собственных колебаний, и тогда амплитуды колебаний, измеренные этими датчиками, будут занижены. Указанное обстоятельство является основным недостатком данного технического решения.

Известно техническое решение, позволяющее по экспериментальным данным поля микросейсмических колебаний выделять стоячие волны на инженерных сооружениях и определять их характеристики, основными из которых являются собственные частоты и формы собственных колебаний (Еманов А.Ф., Селезнев B.C., Бах А.А., Гриценко С.А., Данилов И.А., Кузьменко А.П., Сабуров B.C., Татьков Г.И. Пересчет стоячих волн при детальных инженерно-сейсмологических исследованиях // Геология и геофизика, №2, 2002, с. 192-207). Недостатком данного решения является то, что оно не позволяет проводить непрерывный сейсмометрический мониторинг инженерных сооружений.

Известно техническое решение, взятое в качестве прототипа, позволяющее в результате предварительного обследования плотины ГЭС по экспериментальным данным микросейсмических шумов, зарегистрированных трехкомпонентными сейсмическими датчиками, выделять собственные колебания и определять по ним места узлов и пучностей (Золотухин Е.П., Кузьменко А.П. Система контроля динамических характеристик плотин гидроэлектростанций по микросейсмическим колебаниям // Проблемы информатики, №4, 2009, с. 24-33). Следующим этапом на плотине ГЭС устанавливается система непрерывного сейсмометрического мониторинга, при

этом места установки сейсмических датчиков не должны попадать в узлы собственных колебаний плотины. Существенным недостатком данного технического решения является то, что если сейсмические датчики системы устанавливать не в узлах, то в общем случае они окажутся в точках, промежуточных между узлами и пучностями. А это означает, что амплитуды сейсмических колебаний, измеренные в этих точках будут принимать промежуточные значения между максимальными и минимальными, и оценка сейсмических воздействий на плотину окажется заниженной. Другим недостатком известного решения является то, что его предлагается использовать в плотинах ГЭС. Вместе с тем, исследования показывают, что практически любое инженерное сооружение характеризуется набором собственных колебаний, поэтому область применения данного способа можно существенно расширить.

Задача настоящего изобретения разработать простой и дешевый способ организации непрерывного сейсмометрического мониторинга инженерных сооружений и устройство для его осуществления, позволяющие учесть формы собственных колебаний инженерных сооружений и обладающие высокой достоверностью определения параметров сейсмических воздействий на инженерное сооружение.

Задача решается тем, что в способе организации непрерывного сейсмометрического мониторинга инженерных сооружений, включающем использование трехкомпонентных сейсмических датчиков, предварительное обследование инженерного сооружения методом стоячих волн, определение форм собственных колебаний инженерного сооружения, выделение узлов и пучностей форм собственных колебаний инженерного сооружения, установку трехкомпонентных сейсмических датчиков, выполнение непрерывного сейсмометрического мониторинга инженерного сооружения, установку трехкомпонентных сейсмических датчиков осуществляют в местах, соответствующих местам пучностей форм собственных колебаний инженерного сооружения.

А в устройстве для организации непрерывного сейсмометрического мониторинга инженерных сооружений, включающем трехкомпонентные сейсмические датчики, осуществляющие непрерывный сейсмический мониторинг инженерного сооружения, последние расположены в местах, соответствующих местам пучностей форм собственных колебаний инженерного сооружения.

Технический результат заявляемого технического решения заключается в повышении достоверности определения параметров сейсмических воздействий на инженерное сооружение.

Заявляемый способ организации непрерывного сейсмометрического мониторинга инженерных сооружений при помощи заявляемого устройства реализуют следующим образом.

1. На инженерном сооружении проводят первый этап: предварительное обследование методом стоячих волн, в результате которого определяют формы собственных колебаний инженерного сооружения.

2. Проводят второй этап: на инженерном сооружении определяют места узлов и пучностей всех форм собственных колебаний инженерного сооружения.

3. Трехкомпонентные сейсмические датчики устанавливают в точках, соответствующих местам пучностей собственных колебаний инженерного сооружения.

4. Выполняют непрерывный сейсмометрический мониторинг инженерного сооружения.

Рассмотрим осуществление заявляемого технического решения на конкретном примере.

На фиг.1а представлен схематический план инженерного сооружения (плотины ГЭС). Фиг. 1б демонстрирует суть заявляемого технического решения, где 1 - местоположение на сооружении узлов каждой из форм собственных колебаний, 2 - предлагаемые места установки сейсмических датчиков. Представленные амплитуды стоячих волн определены в результате обследования плотины методом стоячих волн (вдоль гребня плотины), на каждой из форм собственных колебаний. Из этого рисунка определяют местоположения на сооружении узлов собственных колебаний - мест, где амплитуды собственных колебаний минимальные. Местоположения сейсмических датчиков выбирают таким образом, чтобы исключить их установку в узлах, а размещать в местах пучностей - где амплитуды собственных колебаний максимальные.

Таким образом, достигается высокая достоверность определения параметров сейсмических воздействий на инженерное сооружение и возможность учета всех форм собственных колебаний инженерного сооружения.

Изобретения относятся к контрольно-измерительной технике и могут быть использованы в инженерных сооружениях, оснащаемых системами непрерывного сейсмометрического мониторинга. Способ включает следующие этапы: предварительное обследование инженерного сооружения методом стоячих волн, определение форм собственных колебаний инженерного сооружения, выделение узлов и пучностей форм собственных колебаний инженерного сооружения, установку трехкомпонентных сейсмических датчиков, выполнение непрерывного сейсмометрического мониторинга инженерного сооружения. При этом установку трехкомпонентных сейсмических датчиков осуществляют в местах, соответствующих местам пучностей форм собственных колебаний инженерного сооружения. Устройство включает трехкомпонентные сейсмические датчики, выполняющие непрерывный сейсмический мониторинг инженерного сооружения. При этом установку датчиков осуществляют в местах, соответствующих местам пучностей форм собственных колебаний инженерного сооружения. Технический результат заключается в повышении достоверности определения параметров сейсмических воздействий на инженерное сооружение. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ организации непрерывного сейсмометрического мониторинга инженерных сооружений, включающий использование трехкомпонентных сейсмических датчиков и следующие этапы:
а) предварительное обследование инженерного сооружения методом стоячих волн,
б) определение форм собственных колебаний инженерного сооружения, выделение узлов и пучностей форм собственных колебаний инженерного сооружения, установку трехкомпонентных сейсмических датчиков, выполнение непрерывного сейсмометрического мониторинга инженерного сооружения, отличающийся тем, что установку трехкомпонентных сейсмических датчиков осуществляют в местах, соответствующих местам пучностей форм собственных колебаний инженерного сооружения.

2. Устройство для организации непрерывного сейсмометрического мониторинга инженерных сооружений по п. 1, включающее трехкомпонентные сейсмические датчики, выполняющие непрерывный сейсмометрический мониторинг инженерного сооружения отличающееся тем, что трехкомпонентные сейсмические датчики расположены в местах, соответствующих местам пучностей форм собственных колебаний инженерного сооружения.