Способ определения устойчивости зданий и сооружений и система для определения устойчивости зданий и сооружений

Изобретение относится к области определения прочности зданий, сооружений и прочих строительных конструкций, 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. Способ определения устойчивости зданий и сооружений, включающий 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 динамических характеристик объекта по измеренным параметрам суммарных колебаний, экспериментально определение значений поверхностной прочности, и/или объемной прочности, и/или параметры армирования элементов конструкции объекта, и/или осадки, и/или сдвиги, и/или крены объекта, и/или глубину залегания фундамента, и/или его поверхностную прочность, и/или его объемную прочность, и/или период собственных колебаний грунта под объектом, и/или вокруг него, измеренный, по меньшей мере, по первому тону колебаний, и/или логарифмический декремент их затухания, и/или уровень грунтовых вод. Колебания возбуждают ударным устройством, по меньшей мере, в одном из направлений, параллельных осям расположения объекта в пространстве по длине, ширине и высоте, сравнивают периоды собственных колебаний, вычисленных, по меньшей мере, по первому тону колебаний и/или логарифмические декременты их затуханий от, по меньшей мере одного датчика, расположенного на объекте на максимальном удалении от места возбуждения колебания вдоль траектории распространения колебаний по данному направлению с нормированными значениями таковых для данной конструкции и материалов объекта и при превышении разницы значений более, чем на ошибку измерения, по меньшей мере, один датчик перемещают по направлению к месту возбуждения колебаний вдоль траектории распространения колебаний по данному направлению до получения минимальных измеренных значений периода собственных колебаний элементов конструкции объекта, участок конструкции объекта от максимального значения периода собственных колебаний до его минимального значения экспериментально исследуют на наличие дефектов, экспериментально рассчитывают зависимость ускорения объекта от, по меньшей мере, одной пространственной координаты для, по меньшей мере, одной частоты колебаний, все полученные экспериментальные значения считают исходными данными для сравнения с данными теоретических моделей, рассчитанных для данной конструкции объекта и материалов изготовления и определения устойчивости зданий и сооружений методом экспертных оценок, при этом в случае нахождения объекта в сейсмоопасной зоне учитывается соотношение периодов собственных колебаний и/или логарифмических декрементов их затуханий грунта и элементов конструкции объекта. Система для определения устойчивости зданий и сооружений содержит блок ударного устройства, блок формирования электрического синхроимпульса, блок преобразования колебаний в электрический сигнал, блок аналого-цифрового преобразования электрического сигнала, блок цифрового запоминающего устройства и блок управления цифровым запоминающим устройством, блок ввода экспериментальных и/или расчетных значений поверхностной прочности, и/или объемной прочности, и/или параметров армирования элементов конструкции объекта, и/или осадков, и/или сдвигов, и/или кренов объекта, и/или глубины залегания фундамента, и/или его поверхностной прочности, и/или его объемной прочности, и/или периода собственных колебаний грунта под объектом, и/или вокруг него, измеренного, по меньшей мере, по первому тону колебаний и/или уровня грунтовых вод, блок сравнения экспериментальных данных с нормированными данными, рассчитанными для данных конструкции и материалов испытуемого объекта и состава грунта под ним и/или вокруг него и блок воспроизведения полученных данных, связанные по шинам управления и данных между собой и с остальными функциональными блоками системы. Технический результат - повышение точности определения устойчивости за счет учета всех факторов, влияющих на определяемый параметр. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области определения прочности зданий, сооружений и прочих строительных конструкций, 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 строительных конструкций (RU 2011174, G 01 М 7/ 00, 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” -М.: Стройиздат, 1993, с.95-96), содержащее устройство возбуждения колебаний испытуемого объекта и установленный на объекте, по крайней мере, один блок 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 учитываются их статические параметры (поверхностная и объемная прочности элементов конструкции, параметры армирования железобетонных элементов конструкций и т.д.), объемно-планировочные решения и отклонения от них (осадки, сдвиги, крены) испытуемого объекта, параметры грунтов, в том числе и динамические, а также внешние факторы (наличие подземных и наземных коммуникаций, вибронагрузка от транспортных потоков, строительно-монтажных работ, действующих шахт и т.д., степень агрессивности окружающей среды для строительных конструкций).

От первого недостатка свободен наиболее близкий по технической сущности к настоящему изобретению способ динамических испытаний зданий и сооружений и устройство для его осуществления (RU 21411635, 6 G 01 М 7/00, 30.03.99), 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.

Однако данный способ и устройство для его осуществления не позволяют с достаточной точностью определять наиболее информативный параметр при обследований зданий и сооружений - его устойчивость, поскольку, не учитывая статических параметров испытуемых объектов, принимает во внимание только их динамические параметры и то в отрыве от грунтов и внешних дестабилизирующих факторов, что ограничивает широкое использование данного способа и системы для его осуществления.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по устранению вышеуказанных недостатков и созданию такого способа определения устойчивости зданий и сооружений и системы для его осуществления, которые позволили бы повысить точность определения устойчивости за счет учета всех факторов, влияющих на определяемый параметр.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения устойчивости зданий и сооружений, включающем 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 динамических характеристик объекта по измеренным параметрам суммарных колебаний экспериментально определяют значения поверхностной прочности, и/или объемной прочности, и/или параметры армирования элементов конструкции объекта, и/или осадки, и/или сдвиги, и/или крены объекта, и/или глубину залегания фундамента, и/или его поверхностную прочность, и/или его объемную прочность, и/или период собственных колебаний грунта под объектом, и/ или вокруг него, измеренный, по меньшей мере, по первому тону колебаний, и/или логарифмический декремент их затухания, и/или уровень грунтовых вод, колебания возбуждают ударным устройством, по меньшей мере, в одном из направлений, параллельных осям расположения объекта в пространстве по длине, ширине и высоте, сравнивают периоды собственных колебаний, вычисленных, по меньшей мере, по первому тону колебаний и/или логарифмические декременты их затуханий от, по меньшей мере одного датчика, расположенного на объекте на максимальном удалении от места возбуждения колебания вдоль траектории распространения колебаний по данному направлению с нормированными значениями таковых для данной конструкции и материалов объекта и при превышении разницы значений более, чем на ошибку измерения, по меньшей мере, один датчик перемещают по направлению к месту возбуждения колебаний вдоль траектории распространения колебаний по данному направлению до получения минимальных измеренных значений периода собственных колебаний элементов конструкции объекта, участок конструкции объекта от максимального значения периода собственных колебаний до его минимального значения экспериментально исследуют на наличие дефектов, экспериментально рассчитывают зависимость ускорения объекта от, по меньшей мере, одной пространственной координаты для, по меньшей мере, одной частоты колебаний, все полученные экспериментальные значения считают исходными данными для сравнения с данными теоретических моделей, рассчитанных для данной конструкции объекта и материалов изготовления и определения устойчивости зданий и сооружений методом экспертных оценок, при этом в случае нахождения объекта в сейсмоопасной зоне учитывается соотношение периодов собственных колебаний и/или логарифмических декрементов их затуханий грунта и элементов конструкции объекта.

Точность определения устойчивости зданий и сооружений может быть повышена при учете как по отдельности значений поверхностной прочности конструкции, объемной прочности конструкции, параметров армирования элементов конструкции объекта, осадков объекта, сдвигов объекта, кренов объекта, глубины залегания фундамента, поверхностной прочности фундамента, объемной прочности фундамента, периода собственных колебаний грунта под объектом, измеренный, по меньшей мере, по первому тону колебаний, периода собственных колебаний грунта вокруг объекта, измеренный, по меньшей мере, по первому тону колебаний, логарифмического декремента затухания колебаний, уровня грунтовых вод, так и всех возможных сочетаний вышеперечисленных признаков между собой.

Указанный технический результат в изобретении - системе для определения устойчивости зданий и сооружений - 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 и блок управления цифровым запоминающим устройством в нее дополнительно включены блок ввода экспериментальных, и/или расчетных значений поверхностной прочности, и/или объемной прочности, и/или параметров армирования элементов конструкции объекта, и/или осадков, и/или сдвигов, и/или кренов объекта, и/или глубины залегания фундамента, и/или его поверхностной прочности, и/или его объемной прочности, и/или” периода собственных колебаний грунта под объектом и/или вокруг него, измеренного, по меньшей мере, по первому тону колебаний и/или уровня грунтовых вод, блок сравнения экспериментальных данных с нормированными данными, рассчитанными для данных конструкции и материалов испытуемого объекта и состава грунта под ним и/или вокруг него и блок воспроизведения полученных данных, связанные по шинам управления и данных между собой и с остальными функциональными блоками системы.

Точность определения устойчивости зданий и сооружений в системе может быть повышена за счет включения как отдельных блоков ввода экспериментальных значений поверхностной прочности конструкции, расчетных значений поверхностной прочности конструкции, экспериментальных значений объемной прочности конструкции, расчетных значений объемной прочности конструкции, экспериментальных значений параметров армирования элементов конструкции объекта, расчетных значений параметров армирования элементов конструкции объекта, экспериментальных значений осадков объекта, расчетных значений осадков объекта, экспериментальных значений сдвигов объекта, расчетных значений сдвигов объекта, экспериментальных значений кренов объекта, расчетных значений кренов объекта, экспериментальных значений глубины залегания фундамента, расчетных значений глубины залегания фундамента, экспериментальной поверхностной прочности фундамента, расчетной поверхностной прочности фундамента, экспериментальной объемной прочности фундамента, расчетной объемной прочности фундамента, экспериментального периода собственных колебаний грунта под объектом, измеренного, по меньшей мере, по первому тону колебаний, расчетного периода собственных колебаний грунта под объектом, рассчитанного, по меньшей мере, по первому тону колебаний, экспериментального периода собственных колебаний грунта вокруг объекта, измеренного, по меньшей мере, по первому тону колебаний, расчетного периода собственных колебаний грунта вокруг объекта, рассчитанного, по меньшей мере, по первому тону колебаний, экспериментального значения уровня грунтовых вод, расчетного значения уровня грунтовых вод, так и всех возможных сочетаний вышеперечисленных блоков между собой.

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 в качестве исходных данных дополнительно можно считать также число подземных и/или наземных коммуникаций, и/или уровень вибронагрузки от транспортных потоков, и/или от строительно-монтажных работ, и/или от промышленных сооружений, и/или степень агрессивности окружающей среды для строительных конструкций.

Точность определения устойчивости зданий и сооружений может быть повышена при учете как по отдельности значений числа подземных коммуникаций, наземных коммуникаций, уровня вибронагрузки от транспортных потоков, уровня вибронагрузки от строительно-монтажных работ, уровня вибронагрузки от промышленных сооружений, степени агрессивности окружающей среды для строительных конструкций, так и всех возможных сочетаний вышеперечисленных признаков между собой.

В частном случае исполнения настоящего изобретения все полученные экспериментальные значения можно считать также входными данными для машинного расчета устойчивости зданий и сооружений.

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 ударное устройство 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.

Для достижения указанного технического результата ударное устройство может представлять собой как механическое устройство, электрическое устройство, электромеханическое устройство, магнитное устройство, электромагнитное устройство, гидравлическое устройство, взрывное устройство, устройство возбуждения гармонических колебаний, устройство возбуждения специальных колебаний, так все возможные сочетания вышеперечисленных устройств между собой.

В частном случае исполнения настоящего изобретения местом возбуждения колебаний может быть любая точка на объекте или/и вне его.

В частном случае исполнения настоящего изобретения ударное воздействие на объект может осуществляться воздействием микросейсмического фона природного или/и техногенного характера.

В частном случае исполнения настоящего изобретения, по меньшей мере, один датчик может быть расположен на максимально возможном для данной конструкции объекта удалении от места возбуждения колебаний по данному направлению вдоль траектории их распространения.

В частном случае исполнения настоящего изобретения датчики могут быть расположены с заданным шагом вдоль траектории распространения колебаний по данному направлению, могут быть измерены периоды собственных колебаний, по меньшей мере, по первому тону колебаний, сравнены их значения от соседних датчиков вдоль траектории распространения колебаний по данному направлению, при наличии разности в значениях, превышающей ошибку измерения, участок конструкции объекта между этими датчиками может быть экспериментально исследован на наличие дефектов.

В частном случае датчики могут быть расположены с равномерным или неравномерным или в сочетании равномерного и неравномерного шага вдоль траектории распространения колебаний по данному направлению, при этом сигналы с датчиков могут сниматься параллельным, или последовательным, или в сочетании параллельного и последовательного способов.

В частном случае исполнения настоящего изобретения все функциональные блоки системы или их часть могут быть связаны между собой по шинам управления и данных беспроводной связью.

В частном случае исполнения настоящего изобретения в системе может отсутствовать блок ударного устройства, а его функцию выполняет микросейсмический фон природного или/и техногенного характера.

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.

В частном случае исполнения настоящего изобретения блок воспроизведения системы может быть выполнен в виде блока вывода данных, и/или блока визуального отображения, и/ или блока акустического отображения, и/или блока печати.

В частном случае исполнения настоящего изобретения блок воспроизведения системы 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.

В частном случае исполнения настоящего изобретения блок ввода системы может быть выполнен в виде блока ввода данных, и/или блока ввода оптических изображений, и/или блока ввода акустической информации.

Краткое описание чертежей

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображено:

на фиг.1 - зависимости ускорений (в относительных единицах) объекта от высоты здания для фиксированной частоты колебаний 3,2 Гц, где 1 - без потерь несущей способности элемента конструкции объекта, 2 - при потерях несущей способности элемента конструкции объекта;

на фиг.2 - блок-схема системы определения устойчивости зданий и сооружений, где 1 - блок ударного устройства, 2 - блок формирования электрического синхроимпульса, 3 - блок преобразования колебаний в электрический сигнал, 4 - блок аналого-цифрового преобразования электрического сигнала, 5 - блок цифрового запоминающего устройства, 6 - блок управления цифровым запоминающим устройством, 7 - блок ввода, 8 - блок сравнения, 9 - блок воспроизведения, 10 - шина управления, 11 - шина данных.

Предпочтительный вариант выполнения изобретения

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.

Устойчивость зданий и сооружений или их инженерная безопасность - это способность зданий и сооружений противостоять возможному обрушению. Поскольку инженерный риск обрушения зданий (сооружений) - это величина, зависящая от степени повреждения и характеризующая вероятность обрушения здания (сооружения) для рассматриваемого интервала времени (см. Методика оценки и сертификации инженерной безопасности зданий и сооружений. - М.: 2002, с.4), то для реализации заявленной функции изобретения - определения устойчивости зданий и сооружений - необходимым и достаточным условием является численное определение степени повреждения здания (сооружения).

Имеется зависимость между степенью повреждений зданий (сооружений) и относительным отклонением фактического периода их собственных колебаний от нормативных значений (см. Методика оценки и сертификации инженерной безопасности зданий и сооружений. - М.: 2002, с.20), так, например, для 1 степени повреждения (без повреждений - легкая) относительное увеличение периода собственных колебаний лежит в пределах 0...10%, для 3 степени (сильная) 31...60%, для 5 степени (катастрофическая) - 91...100%.

Однако эти данные не учитывают статические параметры конструкции зданий и сооружений (поверхностная и объемная прочности, параметры армирования, глубину залегания фундамента и его поверхностную и объемную прочность, геометрические искажения конструкции в виде осадков, сдвигов и кренов, наличие дефектов, в том числе скрытых в элементах конструкции), параметры грунтов под фундаментом, в том числе и их период собственных колебаний и уровень грунтовых волн, а также внешние факторы, влияющие на устойчивость (число подземных и/или наземных коммуникаций, и/или уровень вибронагрузки от транспортных потоков, и/или от строительно-монтажных работ, и/или от промышленных сооружений, и/или степень агрессивности окружающей среды для строительных конструкций).

На учет экспериментальным путем этих факторов и повышение точности определения устойчивости зданий и сооружений и направлено настоящее изобретение, которое выполняется следующим образом.

Составляется ситуационная схема испытуемого объекта, где показываются соседние объекты, особенности рельефа площадки, подпорные стенки, овраги, реки, направления возможных воздействий опасностей, места подвода и прохождения коммуникаций. При помощи блока ввода 7 (фиг.2) эти данные, а также экспериментальные и/или расчетные данные по уровню вибронагрузки от транспортных потоков, и/или от строительно-монтажных работ, и/или от промышленных сооружений, и/или степень агрессивности окружающей среды для строительных конструкций и данные прогноза природных или/и техногенных опасностей, направление их воздействия и уязвимые места объекта вводятся в систему.

Также при помощи блока ввода 7 в систему вводятся данные по архитектурно-планировочному решению объекта: тип здания, год постройки, сейсмичность района, координаты, размеры, этажность, высота здания, тип наружных стен, тип перегородок, тип перекрытий, тип кровли, строительный объем, наличие подвала, наличие лифта, тип отопления, схема объемно-планировочного решения, схема конструктивного решения, строительный план и разрез, спецификация основных несущих элементов, схема расположения элементов усиления конструкций, а также данные по визуальному обследованию объекта в целом и его отдельных элементов и обмеру их размеров, осадок, сдвигов и кренов, учитывая их сезонность.

Методами сейсморазведки, электроразведки и геофизических методов исследования определяются профиль грунта под объектом и вокруг него, прочностные характеристики его составных частей, период его собственных колебаний, измеренный, по меньшей мере, по первому тону, уровень грунтовых вод, глубину залегания фундамента и его прочность. Эти данные посредством блока ввода 7 вводятся в систему.

Методами неразрушающего контроля осуществляется экспресс-исследование состояния элементов (несущих и/или ненесущих) конструкции объекта: объемная и поверхностная прочность, наличие пустот, дефектов, трещин, инородных включений и параметры армирования (сечение металла, шаг, протяженность, направление, толщина защитного слоя), данные сопоставляются с проектными (если они есть), определяется фактическая схема нагрузок на конструкцию объекта, которая в ряде случаев отличается от проектной (если таковая имеется), в силу несанкционированных перепланировок, неравномерной утратой материалов своих прочностных характеристик и т.д. На основании этих данных, которые также посредством блока 7 вводятся в систему, составляется схема расстановки датчиков, которая согласуется с фактической схемой нагрузок таким образом, что частота расположения датчиков на единицу длины элемента конструкции прямо пропорциональна действующей на него нагрузке.

Возбуждение колебаний испытуемого объекта на собственных частотах осуществляют воздействием на него последовательности ударных импульсов малой амплитуды посредством портативного ударного устройства.

Колебания возбуждают ударным устройством обычно по трем осям (x, y, z), параллельных осям расположения объекта в пространстве по длине, ширине и высоте, отклики колебаний измеряют с помощью установленных на объекте по упомянутой выше схеме датчиков.

Сравнивают периоды собственных колебаний, вычисленных, обычно, по первому, второму и третьему тонам колебаний от датчика, обычно расположенного на объекте на максимальном удалении от места возбуждения колебания вдоль траектории распространения колебаний с нормированными значениями таковых для данной конструкции и материалов изготовления объекта, взятыми из теоретической модели.

Поскольку разница в значениях периодов собственных колебаний датчиков, расположенных вдоль траектории распространения волн данного направления, превышающая ошибку измерения, свидетельствует о том, что участок конструкции объекта между ними имеет дефекты, эти участки экспериментально исследуют методами неразрушающего контроля и промышленной томографии, при этом чем больше указанная разница, тем более тщательно проводят исследования до выявления изъяна или/и дефекта.

Очевидно, что чем больше имеется в наличии датчиков и чем чаще они расположены на элементах конструкции объекта, тем меньше времени требуется на выявление участков, которых необходимо детально исследовать методами неразрушающего контроля и промышленной томографии.

В предельно неблагоприятном случае при наличии одного датчика первоначально его располагают на максимальном удалении от места возбуждения колебаний вдоль траектории распространения колебаний по данному направлению, при наличии разницы в значениях фактических и нормативных периодов собственных колебаний, превышающей ошибку измерения, его перемещают вдоль траектории распространения колебаний по данному направлению к месту возбуждения колебаний до получения минимальной разницы, отмечая при этом все промежуточные положения датчика. Участки движения датчика с выявленным максимальным перепадом в значениях отношения фактического периода собственных колебаний к нормативному его значению исследуют максимально детально методами неразрушающего контроля и промышленной томографии.

По полученным откликам колебаний вычисляют логарифмические декременты затуханий и рассчитывают зависимости ускорения испытуемого объекта от пространственных координат (x, y, z) для фиксированной частоты колебаний. Типовые зависимости представлены на фиг.1 для частоты 3,2 Гц, откуда видно, что для элемента 1 конструкции нет существенных потерь несущей способности (нет излома в кривой) в отличие от элемента 2 той же конструкции (есть излом в кривой на уровне 2 этажа).

Результаты динамических испытаний посредством блока ввода 7 вводятся в систему.

Все полученные экспериментальные данные сопоставляются с нормативными данными теоретических моделей, соответствующих конструкциям испытуемых объектов и материалов их изготовления. Результаты обрабатываются методами экспертных оценок или/и методами машинных расчетов, при этом в случае нахождения испытуемого объекта в сейсмоопасной зоне учитываются соотношения периодов собственных колебаний и/или логарифмических декрементов их затуханий грунта и элементов конструкции объекта.

Промышленная применимость

Настоящее изобретение промышленно применимо, так как строится не на использовании новых программно-аппаратных средств, обеспечивающих реализацию функции определения устойчивости зданий и сооружений, а на новом, комплексном подходе к реализации этой функции, учитывающем все известные на сегодняшний день факторы, влияющие на устойчивость зданий и сооружений, что позволяет наиболее точно проводить обследование строительных конструкций в любом климатическом поясе и на любых составах грунтов, а также служить основой для построения новых способов и систем, реализующих ту же целевую функцию по мере появления нового программного обеспечения и моделей, включая 4D-модели строительных конструкций.

1. Способ определения устойчивости зданий и сооружений, включающий 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 динамических характеристик объекта по измеренным параметрам суммарных колебаний, отличающийся тем, что экспериментально определяют значения поверхностной прочности, и/или объемной прочности, и/или параметры армирования элементов конструкции объекта, и/или осадки, и/или сдвиги, и/или крены объекта, и/или глубину залегания фундамента, и/или его поверхностную прочность, и/или его объемную прочность, и/или период собственных колебаний грунта под объектом и/или вокруг него измеренный, по меньшей мере, по первому тону колебаний, и/или логарифмический декремент их затуханий, и/или уровень грунтовых вод, колебания возбуждают ударным устройством, по меньшей мере, в одном из направлений, параллельных осям расположения объекта в пространстве по длине, ширине и высоте, сравнивают периоды собственных колебаний, вычисленных, по меньшей мере, по первому тону колебаний, и/или логарифмический декремент их затуханий от, по меньшей мере, одного датчика, расположенного на объекте на максимальном удалении от места возбуждения колебания вдоль траектории распространения колебаний по данному направлению с нормированными значениями таковых для данной конструкции и материалов объекта и при превышении разницы значений более чем на ошибку измерения, по меньшей мере, один датчик перемещают по направлению к месту возбуждения колебаний вдоль траектории распространения колебаний по данному направлению до получения минимальных измеренных значений периода собственных колебаний элементов конструкции объекта, участок конструкции объекта от максимального значения периода собственных колебаний до его минимального значения экспериментально исследуют на наличие дефектов, экспериментально рассчитывают зависимость ускорения объекта от, по меньшей мере, одной пространственной координаты для, по меньшей мере, одной частоты колебаний, все полученные экспериментальные значения считают исходными данными для сравнения с данными теоретических моделей, рассчитанных для данной конструкции объекта и материалов изготовления и определения устойчивости зданий и сооружений методом экспертных оценок, при этом в случае нахождения объекта в сейсмоопасной зоне учитывается соотношение периодов собственных колебаний и/или логарифмических декрементов их затуханий грунта и элементов конструкции объекта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве исходных данных дополнительно считают также число подземных и/или наземных коммуникаций, и/или уровень вибронагрузки от транспортных потоков, и/или от строительно-монтажных работ, и/или от промышленных сооружений, и/или степень агрессивности окружающей среды для строительных конструкций.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что все полученные экспериментальные значения считают входными данными для машинного расчета устойчивости зданий и сооружений.

4. Способ по любому из пп.2 и 3, отличающийся тем, что является их сочетанием.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что ударное устройство 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.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что место возбуждения колебаний выбирают в любой точке на объекте или/и вне его.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что ударное воздействие на объект осуществляют воздействием микросейсмического фона природного или/ техногенного характера.

8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один датчик располагают на максимально возможном для данной конструкции объекта удалении от места возбуждения колебаний вдоль траектории их распространения по данному направлению.

9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что датчики располагают с заданным шагом вдоль траектории распространения колебаний по данному направлению, измеряют периоды собственных колебаний, по меньшей мере, по первому тону колебаний, сравнивают их значения от соседних датчиков вдоль траектории распространения колебаний по данному направлению, при наличии разности в значениях, превышающей ошибку измерения, участок конструкции объекта между этими датчиками экспериментально исследуют на наличие дефектов.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что датчики располагают с равномерным, или неравномерным, или в сочетании равномерного и неравномерного шагов вдоль траектории распространения колебаний по данному направлению, при этом сигналы с датчиков снимают параллельным, или последовательным, или в сочетании параллельного и последовательного способов.

11. Система для определения устойчивости зданий и сооружений, содержащая блок ударного устройства, блок формирования электрического синхроимпульса, блок преобразования колебаний в электрический сигнал, блок аналого-цифрового преобразования электрического сигнала, блок цифрового запоминающего устройства и блок управления цифровым запоминающим устройством, отличающаяся тем, что в систему дополнительно включены блок ввода экспериментальных и/или расчетных значений поверхностной прочности, и/или объемной прочности, и/или параметров армирования элементов конструкции объекта, и/или осадков, и/или сдвигов, и/или кренов объекта, и/или глубины залегания фундамента, и/или его поверхностной прочности, и/или его объемной прочности, и/или периода собственных колебаний грунта под объектом и/или вокруг него, измеренного, по меньшей мере, по первому тону колебаний, и/или уровня грунтовых вод, блок сравнения экспериментальных данных с нормированными данными, рассчитанными для данных конструкции и материалов испытуемого объекта и состава грунта под ним и/или вокруг него, и блок воспроизведения полученных данных, связанные по шинам управления и данных между собой и с остальными функциональными блоками системы.

12. Система по п.11, отличающаяся тем, что все указанные функциональные блоки или их часть связаны между собой по шинам управления и данных беспроводной связью.

13. Система по любому из пп.11 и 12, отличающаяся тем, что в ней отсутствует блок ударного устройства, а его функцию выполняет микросейсмический фон природного или/и техногенного характера.

14. Система по любому из пп.11-13, отличающаяся тем, что все функциональные блоки системы или их часть размещены на стационарном пункте.

15. Система по любому из пп.11-13, отличающаяся тем, что все функциональные блоки системы или их часть размещены на мобильном пункте.

16. Система по любому из пп.14 и 15, отличающаяся тем, что система является комбинацией стационарного и мобильного пунктов.

17. Система по любому из пп.11-16, отличающаяся тем, что блок воспроизведения выполнен в виде блока вывода данных, и/или блока визуального отображения, и/или блока акустического отображения, и/или блока печати.

18. Система по п.17, отличающаяся тем, что блок воспроизведения выполнен с возможностью отображения, по меньшей мере, одномерного изображения или/и голографического изображения.

19. Система по любому из пп.11-18, отличающаяся тем, что блок ввода выполнен в виде блока ввода данных, и/или блока ввода оптических изображений, и/или блока ввода акустической информации.