Способ неразрушающего контроля физического состояния зданий и сооружений

Авторы патента:

Цхай Эдуард Борисович (RU)

Лоскутова Диана Владимировна (RU)

Копаница Дмитрий Георгиевич (RU)

G01M7/02 - испытания на вибрацию

Владельцы патента RU 2614189:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ТГАСУ) (RU)

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля физического состояния здания или сооружения посредством измерения амплитуды и частоты их колебаний под воздействием регулируемого вибрационного источника и может быть использовано для определения динамических характеристик и сейсмостойкости зданий и сооружений. В пробуренную скважину под зданием или сооружением или вблизи от них устанавливают рукав высокого давления, заглушенный с одного конца и присоединенный другим концом к гидрообъемному генератору. Регулируемое виброимпульсное воздействие на грунт под зданием создают путем изменения давления рабочей жидкости, подаваемой в рукав высокого давления. Колебания здания или сооружения регистрируют трехкомпонентными вибродатчиками, которые устанавливают вблизи контролируемого объекта или внутри него. Заключение о физическом состоянии здания или сооружения производят на основании сравнения измеренных динамических характеристик здания или сооружения до и после виброимпульсного воздействия. Технический результат заключается в повышении точности оценки физического состояния здания или сооружения при виброимпульсном воздействии на прилегающий грунт. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к испытанию строительных сооружений, жилых и промышленных зданий, на вибрацию, а более конкретно к методам неразрушающего контроля физического состояния здания или сооружения посредством измерения колебаний объекта под воздействием регулируемого вибрационного источника, и может найти применение для определения динамических характеристик и сейсмостойкости зданий и сооружений.

Известен способ динамических испытаний зданий и сооружений (патент РФ на изобретение №2011174, МПК G01M 7/00, опубл. 15.04.1994) с использованием зарядов взрывчатых веществ. 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 взрывчатых веществ. 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. Недостатком способа является сложность и опасность проведения подобных работ.

В другом известном способе определения вибрации здания (а.с. СССР №1777018, МПК G01М 7/00, опубл. 23.11.1992) уровни вибраций регистрируют непосредственно на грунте вблизи здания, в его нижней части здания и на различных этажах. Это позволяет определить коэффициенты передачи вибраций от грунта до отдельных частей здания с учетом техногенного фона, что позволяет прогнозировать уровень вибраций.

Известен способ динамических испытаний зданий и сооружений и устройство для его осуществления (патент РФ на изобретение №2141635, МПК G01M 7/00 опубл. 20.11.1999), в котором в качестве ударного устройства для возбуждения колебаний применяют подвешенный груз на стене здания массой 40 кг. На испытуемый объект воздействуют последовательно через заданные интервалы времени. В интервалы времени между ударными импульсами измеряют амплитуды колебаний, которые суммируют и по суммарным колебаниям определяют динамические характеристики испытуемого объекта.

Основным недостатком вышеперечисленных способов является то, что заранее заданный силовой импульс не воздействует непосредственно на грунт и не учитывает изменение частоты вибраций, что не позволяет моделировать сейсмическую нагрузку, по которой можно судить о физическом состоянии здания или сооружения.

Наиболее близким к заявленному способу по созданию виброимпульсного воздействия на грунт является способ импульсного воздействия на грунт с помощью виброимпульсного источника (патент РФ на изобретение №2324954, МПК G01V 1/155 опубл. 20.05.2008).

Согласно прототипу опорную плиту с подвижной массой, упругими трубчатыми оболочками и прижимами устанавливают на поверхности грунта. В упругие трубчатые оболочки подают рабочую жидкость от гидрообъемного генератора. Включают систему питания, которая приводит в движение вал гидрообъемного генератора. Последний возбуждает знакопеременный объем в упругих трубчатых оболочках, при этом в упругих трубчатых оболочках изменяется давление относительно среднего давления в системе. Виброимпульсный источник работает в виброимпульсном режиме.

Виброимпульсное воздействие на поверхность грунта обеспечивают путем ударного воздействия подвижной массы через опорную плиту.

В фиксированный момент времени, когда подвижная масса находится в верхнем положении, от устройства управления подается сигнал на электромагнит, который через пружину и фиксатор освобождает плунжерный золотник. При этом подвижная масса выдавливает рабочую жидкость из нижней полости трубчатой оболочки в плунжерный золотник, который, смещаясь, вытесняемый объем рабочей жидкости выдавливает в верхнюю полость упругой трубчатой оболочки. Подвижная масса возбуждает импульс на опорной плите. Затем весь цикл повторяется вновь. Частоту колебаний (вибраций) меняют путем изменения давления в нижних и верхних упругих оболочках за счет изменения объема рабочей жидкости. Таким образом, обеспечивается эффективное виброимпульсное воздействие (переменные нагрузки) на грунт за счет создания ударного воздействия подвижной массы на опорную плиту и деформации упругих оболочек. Однако таким способом невозможно смоделировать сейсмические и иные вибрационные колебания, возникающие под зданием или сооружением, и достоверно оценить безопасность их дальнейшей эксплуатации.

Задача изобретения - осуществить регистрацию колебаний частей объекта и определить комплекс параметров динамических характеристик зданий и сооружений, оценить безопасность дальнейшей его эксплуатации, возможность ремонта, реконструкции или необходимости сноса объекта.

Технический результат заключается в повышении точности определения физического состояния зданий и сооружений при виброимпульсном воздействии на грунт путем изменения давления рабочей жидкости внутри упругой трубчатой оболочки.

Задача и технический результат достигаются следующим образом.

Способ неразрушающего контроля физического состояния зданий и сооружений имеет общее с прототипом то, что на грунт оказывают управляемое виброимпульсное воздействие путем изменения давления рабочей жидкости внутри упругой трубчатой оболочки, а рабочую жидкость подают из гидрообъемного генератора.

В отличие от прототипа согласно изобретению в качестве упругой трубчатой оболочки используют рукав высокого давления, который заглушенным концом плотно устанавливают в пробуренную наклонную или вертикальную скважину вблизи здания или сооружения или под ними. Виброимпульсное воздействие по заявляемому способу оказывают непосредственно на грунт через стенки рукава высокого давления. Кроме этого вблизи здания или сооружения и/или внутри них дополнительно размещают трехкомпонентные вибродатчики, с помощью которых регистрируют динамические характеристики здания или сооружения до и после виброимпульсного воздействия. Полученные динамические характеристики сравнивают и делают заключение о физическом состоянии контролируемого здания или сооружения.

Заданную частоту виброимпульсного воздействия на грунт можно обеспечить за счет установки соответствующей частоты вращения вала гидрообъемного генератора. Подачу рабочей жидкости в рукав высокого давления в частном случае производят от гидрообъемного генератора с эксцентриком на валу, а для изменения объемов подаваемой рабочей жидкости меняют величину эксцентриситета эксцентрика.

Согласно изобретению упругие элементы передают заданные импульсы энергии непосредственно грунту, находящемуся рядом с объектом, позволяя моделировать сейсмическую нагрузку.

Анализ технических решений по неразрушающим способам контроля зданий и сооружений на сейсмостойкость и виброустойчивость показал, что ни один из известных способов не позволяет осуществить неразрушающий контроль физического состояния реального объекта под воздействием управляемого вибрационного источника через рукав высокого давления, размещенный в скважине под объектом или вблизи него. Большинство методов определения сейсмостойкости зданий основано на сложных расчетах и ограничено имеющейся экспериментальной информацией при землетрясениях.

Это подтверждает наличие изобретательского уровня у заявленного способа.

Способ поясняется чертежом, на котором изображено испытуемое здание 1, рукав высокого давления 2, виброимпульсный источник 3 (гидрообъемный генератор). Рукав высокого давления 2 плотно размещен в пробуренной наклонной скважине под испытуемым объектом с тем, чтобы передавать объекту импульсное воздействие от виброимпульсного источника 3, который имеет возможность менять как частоту воздействия, так и величину импульса за счет использования, например, плунжерной пары и эксцентрика.

Таким образом, создается возможность подвергать испытуемый объект вибрациям, подобно возникающим при землетрясениях или промышленным вибрациям.

Способ осуществляют следующим образом.

Под зданием или сооружением бурят наклонную или вертикальную скважину, в которую размещают плотно рукав высокого давления 2, который с одной стороны заглушен, а с другой соединен с виброимпульсным источником 3, установленным вблизи здания или сооружения и имеющим возможность менять как частоту воздействия, так и величину импульса. Вблизи здания (сооружения) или внутри них устанавливают трехкомпонентные вибродатчики и регистрируют частоту и амплитуду колебаний обследуемого объекта. Под воздействием микросейсмического фона объект совершает вынужденные колебания с индивидуальными динамическими характеристиками. С помощью вибродатчиков регистрируют частоту и амплитуду указанных колебаний обследуемого объекта.

Динамические нагрузки на испытуемый объект осуществляют за счет виброимпульсов, создаваемых за счет упругой деформации рукава высокого давления 2 при подаче в рукав рабочей жидкости с переменным давлением от гидрообъемного генератора 3. Вибродатчиками регистрируют частоту и колебания здания или сооружения после виброимпульсного воздействия. Сравнивая полученные характеристики с динамическими характеристиками контролируемого объекта до и после заданных виброимпульсных воздействий, судят о его физическом состоянии.

1. Способ неразрушающего контроля физического состояния зданий и сооружений, согласно которому на грунт оказывают управляемое виброимпульсное воздействие путем изменения давления рабочей жидкости внутри упругой трубчатой оболочки, а рабочую жидкость подают из гидрообъемного генератора, отличающийся тем, что в качестве упругой трубчатой оболочки используют рукав высокого давления, который заглушенным концом плотно устанавливают в пробуренную наклонную или вертикальную скважину вблизи здания или сооружения или под ними, при этом виброимпульсное воздействие оказывают непосредственно на грунт через стенки рукава высокого давления, кроме этого вблизи здания или сооружения и/или внутри них дополнительно размещают трехкомпонентные вибродатчики, с помощью которых регистрируют динамические характеристики здания или сооружения до и после виброимпульсного воздействия, после чего полученные динамические характеристики сравнивают и делают заключение о физическом состоянии контролируемого здания или сооружения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заданную частоту виброимпульсного воздействия на грунт обеспечивают путем изменения частоты вращения вала гидрообъемного генератора.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что для подачи рабочей жидкости в рукав высокого давления используют гидрообъемный генератор с закрепленным на валу эксцентриком, а величину объема подаваемой рабочей жидкости изменяют за счет изменения величины эксцентриситета эксцентрика.

Изобретение относится к способам проведения усталостных испытаний тонкостенных конструкций, например хвостового оперения вертолета. Способ заключается в нагружении тонкостенной конструкции переменными и постоянными нагрузками, в котором значения воздействующих факторов выше, а число их повторений ниже фактических или эталонных значений, вследствие чего из-за технологического несовершенства начальной кривизны обшивки и циклической потери устойчивости в обшивке возникает трещина (трещины).

Способ калибровки сейсмоакустических преобразователей // 2595693

Изобретение относится к геофизическим, в частности сейсмоакустическим, методам исследований и может быть использовано для калибровки характеристик сейсмоакустических преобразователей.

Устройство для калибровки сейсмоакустических преобразователей // 2595688

Изобретение относится к геофизическим, в частности сейсмоакустическим, устройствам исследований и может быть использовано для контроля характеристик преобразователей, применяющихся при мониторинге различных технических объектов.

Способ оценки нагружения конструкции самолёта при лётных прочностных исследованиях с использованием искусственных нейронных сетей // 2595066

Изобретение относится к способам прочностных испытаний самолета. Для оценки нагружения конструкции самолета при летных прочностных испытаниях измеряют значения силовых факторов реакции конструкции датчиками деформаций, размещенными на конструкции самолета, передают измеренные значения и значения параметров полета из памяти бортовых регистраторов в память компьютеров, строят, обучают и тестируют четыре искусственные нейронные сети.

Способ и устройство для оценки виброустойчивости компонента клапана управления текучей средой // 2592041

Использование: для оценки виброустойчивости компонента регулирующего клапана текучей среды. Сущность изобретения заключается в том, что в изобретении раскрыты способы и устройства для оценки виброустойчивости компонента регулирующего клапана текучей среды.

Способ обнаружения ухудшения рабочих характеристик датчика аэродинамических углов с помощью мониторинга вибрации // 2584373

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для градуировки датчиков аэродинамического угла летательных аппаратов. Способ заключается в контроле вибраций датчика, превышение которых свыше определенного уровня происходит в результате изменений динамической характеристики, вызванных поврежденными или изношенными механическими компонентами датчика.

Установка для высокотемпературных механических испытаний объектов цилиндрической формы // 2582270

Изобретение относится к механическим испытаниям объектов, а именно к устройствам для испытаний объектов на вибронагружение в различных средах при высоких температурах и давлениях.

Устройство и способ испытания изделий на случайные вибрации // 2580182

Изобретение относится к области испытаний изделий на случайную вибрацию и может быть использовано при определении вибронадежности машин, приборов и аппаратуры. Устройство содержит цепи формирования, каждая из которых включает первый генератор шума (ГШ), подключенный к его выходу первый фильтр низких частот (ФНЧ), выход которого подключен к управляемому частотно-модулированному генератору (ЧМГ), выход которого соединен с сигнальным входом соответствующего регулируемого усилителя (РУ).

Способ проведения сейсмических испытаний опор линий электропередач // 2574419

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к методам сейсмических испытаний опор конструкций линий электропередач. Способ включает установку, по меньшей мере, одной опоры линии электропередач в грунтовой лоток сейсмоплатформы, заполненный грунтом или имитирующей грунт смесью с плотностью, соответствующей плотности грунта, для установки в который предназначена испытуемая опора линии электропередач, закрепление на одной или нескольких траверсах опоры линии электропередач, грузов, вес которых соответствует весу проводов и/или волоконно-оптического кабеля между опорами линий электропередач, для сооружения которой предназначена испытуемая опора линии электропередач, приведение грунтового лотка в колебательное движение с одним или несколькими выполняемыми последовательно режимами с соблюдением определенных условий, извлечение испытуемой опоры линии электропередач из грунтового лотка после его остановки и проверка сохранения целостности составляющих ее элементов и/или их соединений.

Электродинамический вибростенд // 2572070

Использование: испытательная техника, использующая электродинамические вибростенды. Сущность: электродинамический вибростенд предназначен для испытаний многорезонансных изделий синусоидальной вибрацией переменной частоты с использованием автоматического управляющего устройства, содержащего цепь дополнительной отрицательной обратной связи с заграждающим фильтром (9), выполненным в виде последовательно соединенных между собой выделителя основной гармоники (10) с переменной частотой и устройства вычитания (11), выход которого подключен к входу усилителя мощности (3), а входы - соответственно к выходам выделителя (10) и виброизмерительного преобразователя (7), установленного на изделии (6).

Устройство для испытания кабеля для подземной прокладки // 2617638

Изобретение относится к кабельной промышленности и касается испытания кабеля для подземной прокладки (в канализации, трубах, блоках, коллекторах, в грунтах всех категорий, в воде при пересечении болот и неглубоких рек). Перед началом испытаний середину образца кабеля длиной 500-1000 м с концами, смотанными в бухты, плотно монтируют в контейнере (лотке), наполненном грунтом. Контейнер устанавливают непосредственно на платформу вибростенда. Образец закрепляют на платформе по обеим сторонам вибростенда зажимами и фиксируют относительно основания, например, на стойках. Кабель с обеих сторон сматывается в две бухты с внутренним диаметром не менее 20 номинальным наружным диаметрам кабеля или наматывают на барабаны с диаметром шейки, аналогичным диаметру бухты. Технический результат – определение параметров - критериев годности изделия при отсутствии механических повреждений его конструкции. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство для испытания монтажного оптического кабеля // 2617793

Изобретение относится к кабельной промышленности и касается испытания монтажного оптического кабеля. В заявленном изобретении бухта образца оптического кабеля с внутренним диаметром не менее десятикратного допустимого радиуса изгиба крепится на платформе вибростенда. Оптический соединитель в сочлененном состоянии крепится к платформе любым способом, исключающем его самопроизвольное передвижение по платформе во время воздействия вибрационной нагрузки. Образец закрепляют на платформе по обеим сторонам вибростенда зажимами. Кабель с обеих сторон сматывается в две бухты с внутренним диаметром не менее 20 номинальным наружным диаметрам кабеля или наматывают на барабаны с диаметром шейки, аналогичным диаметру бухты. Концы испытуемого образца соответственно соединяются с излучателем и приемником с измерителем оптической мощности, соединяемые с соответствующими концами испытуемого образца кабеля. Технический результат – определение параметров - критериев годности изделия при отсутствии механических повреждений его конструкции. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Система и способ экспресс-диагностирования сетей газопотребления // 2622619

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и технической диагностики, применяется при техническом диагностировании, мониторинге и оценке технического состояния, определении предельных сроков и условий безопасной эксплуатации газопроводов сетей газопотребления. Система экспресс-диагностирования сетей газопотребления содержит два портативных устройства измерения динамических характеристик и параметров трубопровода и сервер. По одному портативному устройству измерения динамических характеристик и параметров трубопровода устанавливается в начале и в конце исследуемого участка внутреннего газопровода. Каждое из портативных устройств измерения динамических характеристик и параметров трубопровода содержит герметичный корпус, включающий микромеханический трехосевой акселерометр, микромеханический трехосевой магнитометр, датчик температуры, микромеханический трехосевой гироскоп, подключенные к микроконтроллеру, память, подключенную к микроконтроллеру, интерфейс для подключения внешнего носителя. Микроконтроллер обеспечивает получение данных с датчиков, сохранение полученных данных в памяти и передачу полученных данных на сервер. Сервер получает данные от портативных устройств измерения динамических характеристик и параметров трубопровода, выполняет обработку полученных данных, определяет величину и цикличность механических напряжений и изгибающих моментов, действующих на внутренний газопровод в каждой его точке, определяет предельные сроки и условия безопасной эксплуатации для каждого элемента внутреннего газопровода. Технический результат - расширение функциональных возможностей системы экспресс-диагностирования сетей газопотребления жилых и многоквартирных домов за счет обеспечения возможности определения предельных сроков и условий безопасной эксплуатации для каждого элемента внутреннего газопровода. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 11 ил., 1 пр.

Система, устройство и способ диагностики вибрации и балансировки двигателя // 2631522

В настоящем изобретении в основном предлагается устройство, система и способ моделирования акселерометра авиадвигателя (12), которые позволяют генерировать выходные сигналы имитатора авиадвигателя (12). Имитатор (320) сигналов акселерометров принимает выходные сигналы имитатора авиадвигателя (12) и генерирует выходные сигналы имитатора (320) сигналов акселерометров, и генератор (350) сигналов акселерометров принимает выходные сигналы имитатора (320) сигналов акселерометров и синхронизирует по меньшей мере один из выходных сигналов имитатора (320) сигналов акселерометров с опорным тактовым сигналом от одного из выходных сигналов имитатора авиадвигателя (12). Смоделированный акселерометр (300) дополнительно содержит секцию (372, 374, 376 и 378) фильтров, которая принимает и отфильтровывает шум нескольких выходных сигналов генератора (350) сигналов акселерометров, чтобы сгенерировать несколько отфильтрованных выходных сигналов генератора (350) сигналов акселерометров, микшер (380), который принимает и комбинирует каждый из нескольких отфильтрованных выходных сигналов генератора (350) сигналов акселерометров, чтобы сгенерировать одиночный отфильтрованный выходной сигнал генератора (350) акселерометра и преобразователь (382) заряда, который принимает и преобразует одиночный отфильтрованный выходной сигнал генератора (350) акселерометра в выходной сигнал имитации вибрации текущего заряда. Технический результат заключается в возможности моделирования диагностики нескольких авиадвигателей без их непосредственной работы в ходе диагностики. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

Стенд для испытаний упругих элементов виброизоляторов с пьезовибратором // 2643193

Изобретение относится к испытательному оборудованию и может быть использовано для испытаний упругих элементов виброизоляторов. Стенд содержит основание, на котором посредством, по крайней мере, трех виброизоляторов закреплена переборка, представляющая собой одномассовую колебательную систему массой и жесткостью соответственно m2 и с2, а в качестве генератора гармонических колебаний использован эксцентриковый вибратор, расположенный на переборке. На переборке установлена стойка для испытания собственных частот упругих элементов рессорных и тарельчатых виброизоляторов разной длины, геометрических параметров, а также разной величины масс, закрепленных на концах этих испытываемых элементов. При этом колебания массы, закрепленной на каждом упругом элементе, фиксируется индикатором перемещений, по показаниям которого определяется резонансная частота, соответствующая параметрам каждого упругого элемента. На основании и переборке закреплены датчики виброускорений, сигналы от которых поступают на усилитель, затем осциллограф, магнитограф и компьютер для обработки полученной информации, при этом для настройки работы стенда используется частотомер и фазометр. Технический результат заключается в расширении технологических возможностей испытаний объектов. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Многоканальное устройство сбора данных с акселерометров // 2644620

Изобретение относится к устройствам преобразования аналоговых сигналов в цифровое представление и может быть использовано в аппаратуре сбора и обработки вибрационных сигналов с датчиков вибрации, в частности с акселерометров, для решения задач вибрационной диагностики и защиты оборудования по превышению допустимого уровня вибрации. Многоканальное устройство сбора данных с акселерометров содержит в каждой паре каналов первый и второй согласующие усилители, входы которых являются входами нечетного и четного каналов, выходы первого и второго согласующего усилителя соединены с входами соответственно первого и второго интегрирующего узла, выход первого интегрирующего узла соединен с первым входом первого аналогового коммутатора, выход которого соединен с входом первого фильтра нижних частот, выход которого соединен с нечетным входом узла аналого-цифрового преобразования, выход которого является выходом многоканального устройства сбора данных с акселерометров, четный вход узла аналого-цифрового преобразования соединен с выходом второго фильтра нижних частот, а управляющие выходы узла аналого-цифрового преобразования соединены с управляющими входами первого и второго аналоговых коммутаторов, выход и первый вход второго аналогового коммутатора соединены соответственно входом второго фильтра нижних частот и выходом второго интегрирующего узла, а вторые входы первого и второго аналоговых коммутаторов соединены с выходами второго и первого согласующих усилителей. Техническим результатом при реализации заявленного изобретения является повышение контролепригодности, отказоустойчивости и расширение функциональных возможностей. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.