WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Патрикеев Александр Владимирович РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОЙ СИСТЕМЫ ДИНАМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ ГЛАВНОГО МОНУМЕНТА ПАМЯТНИКА ПОБЕДЫ НА ПОКЛОННОЙ ГОРЕ В г. МОСКВЕ Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва – 2009

Работа выполнена в Центральном ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательском и проектном институте строительных металлоконструкций им. Н.П. Мельникова (ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова») Научный руководитель доктор технических наук Остроумов Борис Валентинович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Чернов Юрий Тихонович кандидат технических наук Буюкян Сурен Петросович

Ведущая организация: Государственный специализированный проектный институт радио и телевидения (ГСПИ РТВ Минсвязи России)

Защита состоится «» _ 2009 г. в 11 00 - часов на заседании диссертационного совета Д 303.015.01 при ЗАО «ЦНИИПСК им.

Мельникова» по адресу: 117997, г. Москва, ул. Архитектора Власова, 49, комн.

204.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова».

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью организации, просим направить в секретариат ученого совета по указанному выше адресу, т/факс (495) 960-22-77.

Автореферат разослан « » 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 303.015.01, кандидат технических наук Н.Ю. Симон 2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. В последние десятилетия в Российской Федерации построено значительное количество крупных инженерных сооружений, организация безопасной эксплуатации которых требует применения постоянно действующих систем долговременного контроля (мониторинга) их состояния. Зачастую эти сооружения оснащаются гасителями колебаний различных конструкций. Крупные сооружения аэродинамически неблагоприятных конструктивных форм обычно сложны в эксплуатации, поскольку необходимо принимать меры по снижению нагрузок при возникновении резонансных колебаний. Кроме того, современные металлические конструкции сложной внешней формы могут оказаться в невыгодных ветровых условиях среди городской застройки. В условиях мегаполиса к этим конструкциям предъявляются дополнительные повышенные требования надежности, обусловленные возможными последствиями аварийной ситуации для значительного количества людей. В соответствии с ГОСТ Р22.1.12 – 2005, для категории потенциально опасных инженерных объектов следует использовать структурированную систему мониторинга и управления инженерными системами.

Ярким примером сложного инженерного сооружения, обладающего различными видами аэродинамической неустойчивости в ветровом потоке, вследствие того, что его конструкция полностью определена художественным замыслом архитектора, является Главный монумент памятника Победы на Поклонной горе в г. Москве.

Монумент является уникальным высотным инженерным сооружением.

Он представляет собой стелу-обелиск высотой 142 м. в виде усеченной трехгранной пирамиды, с прикрепленной к ней на высоте 110 м. скульптурной группой «Богиня Ника с амурами». В силу особенностей конструктивного решения, подчиненного воплощению художественного замысла, под воздействием эксплуатационной ветровой нагрузки сооружение подвержено резонансным колебаниям на нескольких собственных частотах, поэтому Главный монумент оснащен системой динамических гасителей колебаний (ДГК) для снижения их интенсивности. Нормальная эксплуатация монумента требует надежной работы устройств гашения колебаний, а также отлаженного функционирования системы контроля (мониторинга) состояния сооружения.

Вследствие особой значимости монумента его создателям понадобилось оснастить его несколькими механическими гасителями колебаний для раз личных резонансных частот, а в дальнейшем, совместно со службой эксплуатации, - создать уникальную систему контроля состояния (динамического мониторинга) сооружения, эксплуатируемую и развиваемую в течение длительного времени.

ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является решение (на примере Главного монумента памятника Победы) комплексной экспериментально - теоретической задачи по разработке системы контроля и управления колебательными процессами для инженерного сооружения, конструктивно склонного к резонансным явлениям под воздействием эксплуатационных нагрузок и снабженного в связи с этим механизмами гашения колебаний. Разработка системы включает в себя проведение натурных исследований колебаний реального сооружения для экспериментальной проверки разработанной системы.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

1) Разработать алгоритм определения параметров невозмущенного ветра по данным трех пар измерителей (флюгер + анемометр), расположенных в возмущенной зоне в непосредственной близости от граней сооружения. Произвести статистический анализ ветровой нагрузки на сооружение и выявить характерные диапазоны скоростей ветра, при которых в конструкции возникают резонансные явления.

2) Провести сравнительный анализ способов получения динамических характеристик сооружения на основе периферийного оборудования различных типов с использованием программы «Декремент» и компьютерного комплекса «Монитор». Усовершенствовать способ и методику определения динамических характеристик крутильных колебаний.

3) Разработать и изготовить измерительную аппаратуру, позволяющую измерять и записывать колебания сооружений в процессе воздействия эксплуатационного нагрузки в низкочастотной области от 2,4 до 0,01Гц.

4) Провести анализ данных многолетнего мониторинга основных динамических процессов Главного монумента памятника Победы на Поклонной горе, с целью получения результатов изменений основных частот колебаний, выявить причины этих изменений.

5) Исследовать действительную работу динамических гасителей колебаний. Разработать комплексную программу доработки и реконструкции гасителей.

6) Создать информационно-аналитическую систему динамического мониторинга сооружения на основании обобщения опыта создания подобной системы на Главном монументе с целью е применения для ряда других сложных инженерных объектов.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ заключается в следующем:

1) Получены экспериментальные данные о динамической работе при воздействии эксплуатационной ветровой нагрузки основных металлоконструкций Главного монумента и механизмов гасителей колебаний.

2) Разработан и создан комплект измерительной аппаратуры, способной измерять и записывать с большой точностью колебательные перемещения элементов сооружений в области низких частот от 2,4 до 0,01 Гц.

3) Обобщены данные многолетнего динамического мониторинга основных колебательных процессов Главного монумента, произведена их обработка, полученные данные сравнены с результатами теоретических расчетов.

ДОСТОВЕРНОСТЬ выполненных исследований подтверждается сравнением с данными, полученными специализированными организациями:

в части анализа скорости и направления ветра – Метеорологической обсерватории МГУ; в части экспериментального определения динамических характеристик – ЦАГИ им. Жуковского; в части параметров динамических гасителей колебаний типа «обращенный маятник» - ЦНИИПСК им. Мельникова.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ:

1) Результаты работы позволяют обобщить их для дальнейшего применения при разработке комплексных систем мониторинга для строящихся потенциально опасных инженерных объектов, в том числе высоких гибких сооружений аэродинамически неустойчивой формы, висячих и вантовых мостов пролетами до 500 метров и более. Кроме того, результаты также могут быть использованы при выборе рациональных решений на стадии проектирования динамических гасителей колебаний.

2) Полученные результаты могут быть использованы при оснащении строящихся и уже существующих высотных сооружений комплексной системой динамического мониторинга с получением объективных данных об их колебаниях и отклонениях от вертикальности с целью передачи информации по каналам связи в дежурнодиспетчерские службы этих объектов для оценки, предупреждения и ликвидации возможных последствий дестабилизирующих факторов в реальном времени.

3) Результаты исследования действительной работы динамических гасителей колебаний, установленных на Главном монументе, позволяют оптимизировать систему технического обслуживания этих механизмов, внести необходимые изменения в Регламент по эксплуатации сооружения и в инструкции по эксплуатации механизмов динамических гасителей колебаний.

4) Разработанная аппаратура контроля и анализа колебаний в низкочастотной области в совокупности с оборудованием для измерения скорости и направления ветра позволяет проводить более глубокие исследования взаимодействия сооружений с ветровым потоком и уточнить взаимное влияние сооружения и установленных на нем гасителей колебаний нескольких частот.

5) Разработанные аппаратура контроля и анализа колебаний в низкочастотной области в совокупности с разработанной электронной экспертной системой позволяют решать широкий круг прикладных задач по определению фактических динамических характеристик сооружений и их составных частей, осуществлять динамический мониторинг состояния сооружений (в том числе в мобильном варианте).

ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ:

Результаты диссертации использованы в ГУП «ГОРМОСТ» при разработке Регламента по содержанию объекта «Главный монумент памятника Победы на Поклонной горе» в г. Москве – утвержден в 2007 году.

Результаты диссертации использованы в ООО «ЦДМ» при разработке проекта системы мониторинга состояния конструкций Живописного моста через р. Москва на участке Звенигородского шоссе от МКАД до проспекта Маршала Жукова – 2008 год.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

1) эмпирический метод определения параметров невозмущенного ветра по данным флюгеров и анемометров, установленных в области возмущенного ветрового потока вблизи граней стелы Главного монумента на Поклонной горе;

2) результаты создания и эксплуатации комплексной системы динамического мониторинга Главного монумента;

3) результаты многолетнего динамического мониторинга Главного монумента;

4) информационно-аналитическая система динамического мониторинга, с рабочим диапазоном контроля и анализа колебаний сооружений в области частот от 2,4 до 0,01Гц;

5) результаты определения эффективности работы и динамических характеристик гасителей колебаний, установленных на Главном монументе, в том числе после реконструкции;

6) модель информационно-аналитической системы динамического мониторинга сооружения.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ И ПУБЛИКАЦИИ.

Результаты работы докладывались на 11-ой научно-практической конференции «Проблемы управления качеством городской среды» (г. Москва, сентябрь 2007).

По результатам работы опубликовано 4 научных статьи.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ.

Диссертация состоит из введения, пяти разделов (глав) с выводами по каждому разделу, заключения, библиографического списка и 5 приложений.

Объем диссертации – 164 страницы основного текста, в том числе 63 рисунка, 14 таблиц и библиографический список, включающий 117 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

.

ВО ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность темы, определены цели и задачи исследования. Рассмотрено современное состояние проблемы снижения интенсивности колебаний высотных и протяженных инженерных сооружений, в том числе с использованием динамических гасителей колебаний, описанное в трудах отечественных и зарубежных авторов: Остроумова Б.В., Гусева М.А., Еремеева П.Г., Коренева Б.Г., Фомина Г.М., Hatwal H., Jacquot R.S., Brock J.E., Snowdon J.C. и др. Отмечено, что при эксплуатации потенциально опасных инженерных объектов необходима организация постоянного долговременного контроля (мониторинга) наиболее информативных параметров. Такими параметрами в случае высотных и протяженных инженерных сооружений являются характеристики основных колебательных процессов и реакция гасителей колебаний как отклик системы на воздействие переменной во времени нагрузки. Результаты многочисленных исследований в области демпфирования колебаний машин и механизмов не всегда и не в полной мере применимы к высотным и протяженным сооружениям, у которых обычно имеется спектр из нескольких резонансных частот в диапазоне менее 1 Гц. Сделан вывод о том, что Главный монумент памятника Победы на Поклонной горе является объектом, пригодным для разработки комплексной системы динамического мониторинга. Приведены основные особенности Главного монумента как сложного инженерно-технического сооружения.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ проведен анализ ветрового воздействия на сооружение.

Стела Главного монумента представляет собой сложное геометрическое тело. В целях неизменности архитектурного облика сооружения, а также вследствие ограниченных возможностей монтажа, измерение параметров ветра происходит в области возмущенного ветрового потока, в «ближней зоне». Датчики скорости и направления ветра установлены попарно вблизи граней стелы на высоте 125,5 м. Измеряемые датчиками со стороны различных граней сооружения значения скорости и направления ветра в общем случае отличны друг от друга и не совпадают со значениями скорости и направления ветра в невозмущенном потоке. Схема размещения датчиков скорости и направления ветра относительно одной из граней стелы приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема размещений датчиков скорости и направления ветра относительно грани стелы Главного монумента.

В процессе обработки электронных архивов значений скоростей и направлений ветра вблизи граней стелы и в невозмущенном ветровом потоке (со стандартным двухминутным интервалом осреднения) на базе 15445 измерений вычислялись величины углов закрутки флюгеров относительно истинного направления ветра. Для показаний флюгера вблизи каждой грани получены экспериментальные кривые, аппроксимированные впоследствии функциями в виде многочлена i–го порядка. Вид экспериментальной зависимости и аппроксимирующей функции для одной из граней приведен на рис. 2.

Рис. 2. Вид экспериментальной зависимости угла закрутки флюгера.

Полученные в результате эксперимента зависим описываются функциями:

(D – Di) = 3,2*10-5 * (Di – K1i)3 – 0,45*Di + K2i, A1i < Di < A2i где D – направление ветра в невозмущенном потоке, Di – показание флюгера грани i, K1i и K2i – эмпирические числовые коэффициенты для Di, A1i и A2i – границы «рабочего» сектора для грани i в градусах.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»