WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Для определения динамических характеристик сооружения по форме спектральной плотности колебаний конструкции использовались материалы динамических электронных архивов показаний ортогональной пары акселерометров, расположенных в горизонтальной плоскости внутри стелы вблизи ее вершины, с учетом объективных недостатков этого способа, описанных выше. По скорости ветровой нагрузки производилось дифференцирование по диапазонам А, Б, В и Г. Обработка обобщенных динамических архивов для каждого из исследуемых диапазонов позволяет получить по каждому из вычисляемых параметров колебаний четыре обобщенных значения, определяя таким образом экспериментальные зависимости частот и декрементов первого и второго тонов изгибных колебаний в виде функции (вплоть до третьего порядка) от скорости ветра: fIизг (Vсредн), fIIизг (Vсредн), Iизг (Vсредн), IIизг (Vсредн).

Все итоговые спектрограммы получены с обеспечением анализа реализаций. Каждая реализация представляет собой массив длиной N = с регулярным шагом h = 0,22 с, приведенный к нулевому среднему и единичному среднеквадратическому отклонению, прошедший отбраковку по критериям стационарности и эргодичности. Граничная частота анализа равна fc = 1/(2* h) = 2,27 Гц.

Основные результаты расчета динамических параметров на основе спектрального анализа обобщенных архивов, полученных за 1 календарный год (с февраля 2006 г. по февраль 2007 г.), приведены в Таблице 1.

Таблица 1. Динамические параметры по I и II тонам изгиба.

Результаты исследований свидетельствуют о слабо выраженной зависимости частоты колебаний вершины от средней скорости воздействующего на сооружение ветра. Приведенные в таблице 1 зависимости имеют минимумы в диапазоне «Б», что является следствием зависимости частоты механических колебаний от их амплитуды, поскольку колебания ветрового резонанса, возникающие в диапазоне «Б» эксплуатационных скоростей ветра обладают наибольшей интенсивностью. В целом величина изменения параметра частоты в исследуемом диапазоне скоростей ветра не выходит за рамки значений, установленных предварительным расчетом с учетом допускаемого отклонения ±10% от исходной расчетной величины. Полученные результаты позволяют использовать их в рамках программы многолетнего динамического мониторинга Главного монумента.

Наиболее существенный интерес при анализе результатов различных динамических испытаний (экспериментов), выполненных различными способами за весь период эксплуатации Главного монумента, представляет сводная информация по частоте fIизг. Результаты многолетнего мониторинга (с апреля 1995 г. по февраль 2007 г.) представлены на Рис. 8.

Рис. 8. Результаты многолетнего мониторинга частоты fIизг.

Изменение частоты на этапе I соответствует начальному периоду эксплуатации, характеризующемуся релаксацией конструкции. Изменения на этапах III и V связаны с этапами реконструкции компонентов системы динамических гасителей колебаний: демонтажем гасителей ДГК-2,5 и ДГК-3,и вводом в эксплуатацию гасителя ДГК-5 соответственно.

Метод определения динамических характеристик сооружения по форме спектральной плотности колебаний конструкции под воздействием эксплуатационной нагрузки является компонентом системы долговременного мониторинга Главного монумента.

Мониторинг осуществляется с целью обеспечения безопасной эксплуатации и производится путем контроля воздействующей на сооружение ветровой нагрузки и вызываемых этой нагрузкой колебаний, деформаций, работы механизмов динамических гасителей колебаний, а также возможных хрупких повреждений металлоконструкций. Мониторинг производится в непрерывном круглосуточном режиме. Блок-схема организации мониторинга Главного монумента приведена на Рис. 9.

Длительный положительный опыт эксплуатации системы мониторинга Главного монумента позволяет рекомендовать аналогичную систему для применения на других объектах: мосты больших пролетов, башни ретрансляторов, вытяжные трубы промышленных предприятий, башни грузоподъемных кранов. Целью применения системы контроля является выявление долговременных изменений в работе конструкций под действием эксплуатационных нагрузок. Исследования динамических характеристик при помощи данной системы могут быть включены в состав методик освидетель ствования инженерных сооружений как на этапе их приемки в постоянную эксплуатацию, так и по исчерпании нормативных сроков службы с целью определения возможности дальнейшей эксплуатации.

Рис. 9.

Блок-схема мониторинга сооружения.

Действующая модель мобильной системы контроля динамических характеристик объектов была использована в ходе сопровождения работ по настройке динамического гасителя колебаний и динамических испытаний при сдаче в эксплуатацию спаренных дымовых труб высотой 123 м. РТС «Курьяново» в г. Москве (ЦНИИПСК им. Мельникова). Кроме того, модель успешно экспонировалась на нескольких выставках «Дорожное и коммунальное хозяйство в г. Москве» (экспозиция ГУП «Гормост»).

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ обобщен опыт эксплуатации системы из нескольких динамических гасителей колебаний для нескольких частот, одновременно установленных на одном высотном сооружении, а также описаны возможности и перспективы совершенствования такой системы.

Резонансные колебания по первому тону изгиба являются, как показывает практика, основным колебательным процессом сооружения. Эти колебания регулярно возникают при скоростях ветра диапазона «Б», как и прогнозировалось в ходе исследований динамически подобной модели.

Рис. 10. Устройство гасителя колебаний типа «обращенный маятник».

Ветровой резонанс возникает вследствие макротурбулентности ветрового потока. Гашение колебаний I тона изгиба осуществляется механизмами типа «обращенный маятник», суммарная масса колеблющихся грузов составляет 13,5 тонны. Схема устройства и принцип действия гасителя колебаний типа «обращенный маятник» показаны на Рис. 10.

Оснащение гасителя колебаний ДГК-10 координатным датчиком перемещений и датчиком усилия в штоке пневмодемпфера, разработанными и осуществленными под руководством автора, а также организация электронных архивов, включающих в себя характеристики А10 и F, позволяет вычислить для гасителя, как механизма, процент его включения в работу (ПВ%) в течение всего периода эксплуатации сооружения. На основании методики расчета режима работы машины циклического действия, определяем коэффициент использования механизма по грузоподъемности kгр и коэффициент годового использования механизма kг, после чего получаем, что для механизма гасителя ДГК-10 следует принять легкий режим работы (Л).

Исходя из этого, следует назначать для этого механизма сроки и объемы его технического обслуживания и ремонтов, а также осуществить прогноз его наработки на отказ на основании общепринятых методик.

Для осуществления эффективного гашения резонансных колебаний в периоды времени, когда основной гаситель ДГК-10 выводится из эксплуатации для периодического технического обслуживания или ремонта, ЦНИИПСК им. Мельникова был разработан и осуществлен (при участии автора) гаситель-«дублер» ДГК-5, настроенный на ту же рабочую частоту. Гаситель ДГК-5 размещен внутри верхней части стелы Главного монумента. В ходе сопровождения работ по настройке гасителя ДГК-5 автором разработаны и использованы на практике методики центровки грузов, настройки по часто те и регулировки по частоте и демпфированию, в результате чего ДГК-введен в эксплуатацию. Существенные изменения, внесенные по предложению автора в первоначальный проект гасителя ДГК-5, улучшили настраиваемость гасителя и повысили эффективность его работы.

В ходе анализа результатов многолетнего мониторинга частоты I тона изгиба fIизг можно констатировать, что реконструкция гасителей колебаний в соответствии с проектом, разработанным в ЦНИИПСК им. Мельникова, оказала благотворное влияние на динамику Главного монумента. Частота fIизг повысилась до величины, соответствующей середине участка ее первоначального релаксационного снижения. Дальнейшие наблюдения за параметром fIизг позволяют сделать вывод о стабильности достигнутого значения.

В ходе эксперимента по определению динамических характеристик сооружения в условиях воздействия ветра со скоростью V = 8,8 м/с (резонансный диапазон I тона изгиба) при выключенном гасителе ДГК-10 выявлен декремент затухания на частоте I тона Iизг 0,125, что значительно выше величин, характерных для протяженных стальных сооружений, не оснащенных системами гашения колебаний. Это свидетельствует о работоспособности и достаточной эффективности гасителя-«дублера» ДГК-5.

Кроме того, выполнены работы по точной настройке и регулировке всех гасителей колебаний, установленных на Главном монументе.

Анализом электронных архивов подтверждена и численно определена эффективность работы основного гасителя колебаний ДГК-10. В условиях резонанса по fIизг эффективная работа данного гасителя повышает логарифмический декремент затухания колебаний сооружения в 4,5 раза. При этом мощность колебаний, оцененная по амплитудному спектру, снижается в раз.

ПЯТАЯ ГЛАВА посвящена акустико-эмиссионному контролю основных несущих металлоконструкций Главного монумента как составной части единой комплексной системы долговременного мониторинга.

В результате выполнения комплекса научно-практических работ исследованы возможности и условия акустико-эмиссионного мониторинга (АЭ-мониторинга) основных металлоконструкций стелы Главного монумента. При этом разработана и внедрена методика АЭ-контроля для данного объекта, с учетом его специфических особенностей.

Уникальность и сложность задачи АЭ-контроля на Главном монументе состоит в доминирующей роли шумов и помех различной природы и локализации в составе принимаемых сигналов АЭ. Для увеличения эффективности применения акустических методов контроля все преобразователи акустической эмиссии (ПАЭ) объединены в 3 группы по признаку располо жения относительно граней стелы. Контроль АЭ выполняется для наиболее нагруженных ветровой нагрузкой элементов основного каркаса. Выбор группы производится на основании текущих данных системы мониторинга о направлении ветра, воздействующего на сооружение. При этом используется разработанный и осуществленный под руководством автора коммутатор АЭ-каналов.

Регистрация полезных АЭ-сигналов производится непосредственно в момент воздействия на сооружение пиковых ветровых нагрузок (ураган, ветровой шквал). Автоматизация процесса регистрации АЭ сооружения осуществляется на основании текущих данных системы мониторинга о скорости ветра, воздействующего на сооружение. При этом используется специальное устройство – система автоматического включения, разработанная и осуществленная под руководством автора.

Работы по анализу электронных архивов АЭ сооружения и локация АЭ-сигналов с целью выявления возможных активных (опасных) источников АЭ – развивающихся под нагрузкой трещиноподобных дефектов в элементах и узлах контролируемых металлоконструкций – выполняются в соответствии с Методикой АЭ-диагностики. При этом наибольшее внимание уделяется деталям конструкции, имеющим наименьший расчетный ресурс.

Показано, что работа системы АЭ-контроля как составляющей комплексной системы мониторинга Главного монумента, может быть усовершенствована с использованием электронной экспертной системы. Приведен проект такой системы, специально разработанный автором для Главного монумента.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ.

1. Разработана и создана комплексная система мониторинга сооружения.

В составе системы в постоянном режиме совместно взаимосвязано функционируют контроль ветровой нагрузки и отклика сооружения в виде колебаний низкочастотного диапазона от 2,4 до 0,01 Гц, акустической эмиссии основных несущих конструкций, работы механизмов гасителей колебаний.

2. Для данного сооружения решена задача определения параметров невозмущенного ветра по данным измерителей, расположенных в «ближней зоне» сечения в ветровом потоке. Выявлены характерные диапазоны скоростей ветра, при которых в конструкции возникают резонансные явления.

3. Решена задача раздельного анализа колебаний сооружения по II тону изгиба и I тону кручения, поскольку эти частоты у Главного монумента оказались близкими. Усовершенствован способ и методика определения для данного сооружения динамических характеристик крутильных колебаний.

4. Исследована действительная работа динамических гасителей колебаний. Разработана комплексная программа доработки и реконструкции гасителей, включая оснащение механизмов гасителей средствами дистанционного контроля, разработку методик центровки, настройки по частоте и регулировки по частоте и демпфированию для гасителя типа «обращенный маятник». Результаты программы внедрены на Главном монументе.

5. Проведен многолетний мониторинг основных динамических процессов Главного монумента, выполнено сравнение полученных результатов с данными теоретических расчетов. Получены результаты изменений основных частот колебаний и выявлены причины этих изменений. Сделан вывод о том, что выполнение реконструкции гасителей колебаний положительно сказалось на динамическом поведении сооружения.

6. Определены критерии сравнения данных мониторинга, создан проект электронной экспертной системы. Решена комплексная экспериментальнотеоретическая задача по разработке системы контроля и управления колебательными процессами для любого потенциально опасного инженерного сооружения, конструктивно склонного к резонансным явлениям под воздействием эксплуатационных нагрузок и снабженного в связи с этим механизмами гашения колебаний. Аналог системы успешно использован при проведении натурных исследований реального сооружения.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах автора:

1. Патрикеев, А.В. Контроль за состоянием несущих конструкций Главного монумента памятника Победы на Поклонной горе [Текст] / Б.В.Остроумов, А.В.

Патрикеев, М.А. Гусев // Промышленное и гражданское строительство. – 2004. – № 5. – С. 19 – 21.

2. Патрикеев, А.В. Особенности применения оборудования LOCAN-320 на Главном монументе Победы на Поклонной горе [Текст] / А.В. Патрикеев // Приборы и технологии фирмы Physical Acoustics Corporation / 1-ый Семинар Пользователей. 6-7 февраля 2001 года. Москва. Гостиница «Украина».– М., 2001. – 2с.

3. Патрикеев, А.В. Повышение уровня безопасности инженерных сооружений на примере Главного монумента памятника Победы на Поклонной горе в г. Москве [Текст] / А.В. Патрикеев // Проблемы управления качеством городской среды / XI научно-практическая конференция. 27-28.09.2007. РАГС. – М., 2007. – С.82.

4. Патрикеев, А.В. Критерии сравнения данных динамического мониторинга и их использование в составе электронной экспертной системы [Текст] / А.В.

Pages:     | 1 | 2 ||






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