CC BY
23
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ СТРОИТЕЛЬСТВА И ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА (ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ) ECOLOGICAL SAFETY OF CONSTRUCTION AND URBAN MANAGEMENT (TECHNICAL)
УДК 624.058; 620.179.11; 624.058
ПРОГНОЗ РЕСУРСА ЗДАНИЙ В УСЛОВИЯХ ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ
С. Н. САВИН, Е. Э. СМИРНОВА
ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет,
Российская Федерация, г. Санкт-Петербург E-mail: [email protected]
Использование зданий и сооружений во всех отраслях должно быть не только экономичным, но прежде всего безопасным, с спрогнозированным ресурсом прочности в разного рода природных и техногенных чрезвычайных ситуаций. В статье рассматривается решение задачи прогноза последствий разрушительных землетрясений, аварий, взрывов для эксплуатируемых зданий и сооружений.
Предлагается использовать в качестве основных параметров для верификации расчетных моделей собственные частоты, формы колебаний и декременты объектов, подвергшихся действию сейсмических нагрузок. Приведен пример оценки последствий аварии для здания в Санкт-Петербурге, частично обрушившегося в результате неравномерной осадки грунтов основания.
Сделан вывод о том, что использование динамических параметров позволяет решать самые различные задачи, как в области превентивной диагностики технического состояния зданий и сооружений, так и для текущего прогноза остаточного ресурса поврежденных объектов.
Ключевые слова: динамические параметры; здания и сооружения; верификация расчетных моделей; декременты колебаний, мониторинг, прогнозирование, риск, экологическая безопасность, ЧС.
PREDICTING THE SERVICE LIFE OF BUILDINGS IN THE CONDITIONS OF NATURAL AND TECHNOGENIC EMERGENCY SITUATIONS
S. N. SAVIN, E. E. SMIRNOVA
Federal State budgetary educational Institution of higher Education «Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering», Russian Federation, Saint Petersburg E-mail [email protected]
The use of buildings and structures in all industries should be not only economical, but above all safe, with a predicted durability resource in various natural and man-made emergencies. This article discusses the solution to the task of predicting the consequences of catastrophic earthquakes for operational buildings and facilities. We suggest using such basic parameters for verifying the calculation models as natural frequencies, oscillation forms and decrements of objects under earthquake loads. We present the methods and means to conduct tests to estimate the dynamic parameters of buildings, as well as an example of such a test and the process of verification of the calculation model in the example of a panel multi-storey building.
Keywords: dynamic parameters, building structures, verification of design models, decrement of vibrations, monitoring, risk, prediction, ecology safety, emergency situations.
© Савин С. H., Смирнова Е. Э., 2019
В современном мире в значительной степени возросли риски природных стихийных бедствий и катастроф. На этом фоне повышение сейсмической активности кажется не слишком очевидным, поскольку не связано с глобальным потеплением и его последствиями. Однако факты свидетельствуют об обратном. По данным EMSC (European Mediterranean Seismological Centre) количество землетрясений с магнитудой больше 7,5 баллов возросло за последние 50 лет почти в 2,5 раза. Все это изменяет подход к защите населения от ЧС природного и техногенного характера, а именно, выдвигает в качестве первоочередных задач развитие методов прогноза и превентивных мер борьбы за безопасность.
Оценивая ущерб сооружения можно выделить 4 уровня информация о повреждении, которая с каждым шагом увеличивается: обнаружение повреждений; их локализация; количественная оценка ущерба и прогноз оставшегося срока службы. Уровень 1 предоставляет только информацию о наличии повреждений в конструкции. Для многих практических применений этого абсолютно достаточно. Задача будущей работы состоит в том, чтобы получить самую первую информацию, обнаружить небольшие повреждения в раннем состоянии и отделить последствия, вызванные повреждениями, от воздействий изменений окружающей среды. Уровень II расширяет знания о повреждении, определяя местоположение одного или нескольких участков повреждения, соответственно. На уровне III оценивается степень ущерба. Для этой цели расчетная модель должна быть способна описать влияние повреждения (посредством таких параметров, как уменьшение жесткости и т.д.) на динамическое поведение объекта. Если такой модели не существует, показатели повреждения должны быть определены с помощью калибровочных экспериментов. Следует отметить, что иногда определение типа повреждения включается в качестве дополнительного шага между уровнями II и III. Самый высокий и самый сложный уровень - это прогноз оставшейся жизни объекта. Это требует сочетания глобальной структурной модели с локальными моделями континуального повреждения или моделями механики разрушения, которые могут надежно описать эволюцию повреждения или роста усталостной трещины.
Таким образом стоит цель превентивного прогнозирования последствий аварии. Разумеется, речь не идет о прогнозе самого события. Это, вероятно, невозможно, поэтому прогнозируются возможные последствия. В данном контексте - это реакция зданий на сейсмическое воздействие. С одной стороны,
можно отметить существенное развитие методов расчета, в той или иной степени конкретизирующих возможную сейсмическую нагрузку, например, использование синтетических акселерограмм. С другой стороны, есть возможность с высокой степенью точности моделировать поведение самого здания. Однако учесть все нюансы его технического состояния без проведения детального мониторинга невозможно, ибо имеют место скрытые дефекты и повреждения, отступления от проектных характеристик и т.п., не проявляющиеся при эксплуатационных нагрузках. В случае же аварии они могут стать причиной разрушения. Отсюда следует, что задача оценки технического состояния здания, эксплуатируемого в течение известного периода времени, безусловно должна быть решена для ответа на вопрос о последствиях ЧС. Анализ методов диагностики показал, что наиболее надежными критериями технического состояния объекта являются его динамические параметры - частота колебаний, форма колебаний и декремент колебаний как свойства любой упругой системы. Естественно, что реально раскачать здание до заметных амплитуд было бы не безопасно, но и к тому же экономически затратным делом. Вот почему в настоящее время для расчета его колебаний используются микроколебания (от ветра, транспорта и т.п.), которые надлежащим образом точно измеряются вместе с появлением высокочувствительных датчиков и программ обработки записанных колебаний. При этом совершенно независимо было установлено, что для математических моделей зданий также предусмотрена возможность определения параметров их собственных колебаний автоматически в виде «экспандируемых» процедур - модального и гармонического анализа. Все это позволило решить поставленную задачу и создать модель здания, которая имеет совпадающие с существующим объектом динамические параметры. Исходные данные для такой модели, как правило, дают измерения параметров колебаний здания, которые гораздо менее трудоемки, чем детальное обследование и могут быть заранее определены и использованы для прогноза. Для снижения риска материальных и человеческих потерь в условиях дефицита данных о самом явлении (землетрясениях) именно этот подход неразруша-ющего контроля к оценке надежности, устойчивости и эксплуатационного ресурса зданий и сооружений является наиболее перспективным.
В настоящее время наиболее часто применяемый метод определения динамических параметров здания носит название «Метод свободных колебаний» (МСК) который, по-
жалуй, является наиболее эффективным из всех интегральных методов диагностики. Данный подход основан на анализе спектра свободных колебаний испытываемого объекта под воздействием направленных ударов. Он используется для поиска областей разрушения стыков между элементами в многослойных слоистых структурах значительной толщины из металлических и неметаллических материалов. При этом важно выбрать параметры, которые чувствительны к повреждению, происходящему в структуре сооружения, но не чувствительны к эксплуатационным или экологическим повреждениям. Благодаря развитию современных концепций обработки данных и их оценки, появлению новых сенсорных технологий, количество исследователей в этой области быстро растет [1-5, 8—9]1.
и
В 2010 году применение данного метода для мониторинга за особо ответственными строительными объектами было узаконено в рамках ГОСТ Р 53778-2010: «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния». В настоящее время метод свободных колебаний не нашел широкого применения в практике обследования. Среди немногих организаций, которые его применяют для получения динамических характеристик зданий и сооружений, можно назвать региональные центры МЧС, оснащенные соответствующей аппаратурой, Центр исследования экстремальных ситуаций (ЦИЭКС), Московский государственный строительный университет, Новосибирский институт вычислительной математики и математической геофизики, а также Иркутский государственный университет. Поэтому для большинства зданий и сооружений отсутствует сравнительная база данных по исходным динамическим характеристикам объекта. Очевидно, что для тех сооружений, где такие данные существуют, динамический мониторинг может быть актуальным и эффективным. Кроме того, поскольку в нормативном документе не «узаконен» метод определения динамических параметров, возникает вопрос, в какой степени данные, полученные одной организацией, применяющей свои оригинальные методические подходы, могут быть использованы другими специалистами, придерживающимися иных методических принципов. И далее, в какой степени на конечный результат (динамические параметры) могут влиять те или иные методы, применяемые специалистами при испытаниях. В связи с уже отмеченным отсутствием базы динамических характеристик большинства объектов мониторинга ранее такой анализ не проводился.
В рамках МСК реализуются следующие операции:
• возбуждение и регистрация свободных или вынужденных микроколебаний;
• вычисление их спектров Фурье;
• анализ спектров Фурье с целью выделения резонансных пиков, соответствующих различным формам свободных колебаний;
• получение с помощью обратного преобразования Фурье импульсных реализаций выделенных резонансных пиков по каждой форме свободных колебаний;
• идентификацию и графическое представление различных форм колебаний.
Практика использования МСК позволила разработать универсальный механизм для уточнения динамических параметров расчетных моделей зданий, созданных в различных пакетах программных продуктов (Scad, Abacus, Ansys, Lira).
В настоящее время разработаны два методических подхода к проведению измерений: в пассивном и активном режиме возбуждения колебаний объекта. При «пассивной» регистрации производится запись отклика исследуемых конструкций на фоновое микросейсмическое воздействие, при «активном» - на специальный удар по конструкции. Такой удар наносится в верхней части здания, например, грузом до 50 кг.
Наиболее сложным в этом процессе является процедура возбуждения колебаний. На первый взгляд, у здания со значительной инерционной массой, колебания могут быть вызваны только достаточно длительным по времени и мощным по величине нагрузки импульсом (например, взрывом). Однако, исследования, проведенные авторами этой работы, показали, что задача возбуждения колебаний все же имеет безопасное решение. Так, для традиционно используемого блока регистрации [6, 7] достаточным является внешний импульс, создаваемый ударом груза массой от 30 до 50 кг. Если такой удар наносится в узел жесткости, расположенный в верхней части сооружения, а продолжительность нагрузки определяется величиной около 0,5 периода колебаний здания по его первой форме, то амплитуда регистрируемого отклика оказывается достаточной для проведения оценки частоты и формы свободных колебаний. На практике для возбуждения колебаний можно использовать емкость, наполненную сыпучим материалом (песком), на которой выполнены амортизирующие прокладки, позволяющие добиться требуемой продолжительности воздействия.
Одновременно можно использовать дополнительные приемы, которые позволяют повысить как динамический диапазон реги-
стрирующей аппаратуры, так и добиться максимальной амплитуды колебаний по требуемой форме. Это:
• возбуждение и регистрация колебаний под действием точечной импульсной нагрузки, прикладываемой в различных точках конструкции;
• сложение (с учетом направления действия нагрузки) колебаний, зарегистрированных при приложении нагрузки в различных точках конструкции (имитация одновременного приложения нагрузки в нескольких точках).
Если строго подходить к теоретическому обоснованию правомочности разделения реальных колебаний здания на гармоники, то известно, что в общем случае системы с затуханием полностью не разделяются, так как не удается исключить произведение коэффициентов демпфирования различных форм. Физически это означает, что не существует изолированных собственных форм колебаний, а при колебаниях по любой форме движения различных точек не синфазны. Однако при достаточно малом затухании этим обстоятельством можно пренебречь и предполагать, что демпфированной системе присущи классические собственные формы колебаний, при которых все массы одновременно достигают своих максимальных отклонений.
Таким образом, если декремент колебаний здания (затухание колебаний) мал, то, предложенный метод может быть обоснованно применен для его диагностики. На практике это означает, что если в спектре зарегистрированных реализаций имеются изолированные пики, то затуханием можно пренебречь. Косвенным свидетельством «малого» затухания является наличие возможности четкого разделения колебаний различных форм. Следует подчеркнуть, что в каждом конкретном случае при оценке остаточного ресурса зданий и сооружений различных конструктивных схем, имеют место различные факторы, влияющие на их динамические параметры.
Рассмотрим на примере крупнопанельного здания, построенного в Санкт-Петербурге, каким образом можно создать надежную расчетную модель, использование которой позволит прогнозировать результаты любого внешнего воздействия, в том числе и сейсмического. Вид здания представлен на рис. 1.
Определение динамических параметров для объекта проводилось с использованием стандартного измерительного комплекса, включающего высокочувствительные акселерометры, цифровой преобразователь, персональный компьютер, программу ввода и обработки и средство возбуждения колебаний в виде мешка с песком. Измерительная схема -
это последовательное соединение датчиков (акселерометров), усилителей, многоканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и персонального компьютера (ПК). Датчики были установлены в вертикальном створе на различных этажах здания от подвала до кровли и соединены со станцией регистрации. Один из измерительных каналов предназначен для акселерометров, установленных в узлах жесткости (чтобы измерить момент приложения ударной нагрузки и ее импульсной величины), а также на поверхности конструкции.
et Ii II Ii •• l*ii я и»
II Ii'
Ii и я n*
Ii и • ..»
l(n II II«
Iii. • Uli
■ ■■ i Iii
i . „1
i ■ . Iii 1
: :
Рис. 1. Главный фасад обследуемого здания
Колебания возбуждались в верхней и средней части здания путем нанесения многократных ударов с задержкой на время затухания собственных колебаний здания. Для возбуждения колебаний использовался также тампер (молоток) с установленным на нем пье-зоакселерометром. Длительность ударного импульса регулировалась прокладочным вкладышем. На втором конце тампера закреплен акселерометр для измерения нагрузки. Для возбуждения низкочастотных волн использовался более тяжелый тампер с мягким наконечником (поролон, ячеистая резина).
Трудность заключается в том, что в большинстве случаев речь идет о системе, имеющей сложную структуру. Так, перекрытие состоит из балок, опирающихся на колонны, ребристых плит, слоя утеплителя, цементной стяжки, рулонного покрытия. Это - сложная динамическая система с большим числом степеней свободы. В результате удара, приложенного в форме импульсного воздействия к нижнему поясу балки, возникают свободные колебания всей системы, т.е. вибрируют обследуемые балки, опирающиеся на нее плиты перекрытия, а также соседние балки. В результате в обследуемом объекте возникают вы-
нужденные колебания, и спектр его колебаний представляет собой набор ряда резонансных пиков, соответствующих как собственным свободным колебаниям балки, так и вынужденным, исходящим от соседних балок и плит перекрытий. С целью получения алгоритма идентификации частоты свободных колебаний объекта по спектру колебаний, возбужденных ударной импульсной нагрузкой, были выполнены методические эксперименты.
Результаты испытаний представлены графически в виде форм колебаний здания в продольном и поперечном направлениях (рис. 2-3). На рисунках по вертикальной оси отложена высота здания в метрах, а по горизонтальной - относительное перемещение, зафиксированное датчиками (точки на схеме), установленными по высоте здания, при колебаниях по различным формам:
• Изгибные по высоте поперечное направление (первый тон) - 1,25 Гц;
• Изгибные по высоте поперечное направление (второй тон) - 5,96 Гц;
• Изгибные по высоте поперечное направление (третий тон) - 14,89 Гц;
• Изгибные по высоте продольное направление (первый тон) - 1,92 Гц;
• Изгибные по высоте продольное направление (второй тон) - 6,98 Гц;
• Изгибные по высоте продольное направление (третий тон) - 18,99 Гц;
• Изгибные по фронту (первый тон) -
1,94 Гц;
• Изгибные по фронту (второй тон) -7,812 Гц.
Для удобства максимальному перемещению датчика при колебаниях по каждой из форм присвоено значение равное единице. Показания остальных датчиков представлены в долях от максимального перемещения.
Очевидно, что на рис. 3 вторая (6.98 Гц) и третья (18.99 Гц) формы колебаний построены с использованием возможностей принципа суперпозиции колебаний и являются достаточно редким результатом для жилого здания. Ибо зафиксировать высшие формы колебания чрезвычайно сложно ввиду их маленькой амплитуды. При этом полученные формы позволяют уточнить характер деформации здания и рассматривать ее без учета влияния условий «защемления» в грунте, которые во многом определяют частоту колебаний по первой форме.
Полученные динамические параметры были использованы для создания расчетной модели здания в программном комплексе АпБуБ. Общий вид расчетной модели здания показан на рис. 4.
-1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Относительное перемещение в долях от максимального
Рис. 2. Формы колебаний. Вертикальный створ, поперечное направление
X
та а
сэ
о о JJ
m
-0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Относительное перемещение в долях от максимального
Рис. 3. Формы колебаний. Вертикальный створ, продольное направление
AN
Рис. 4. Фрагмент конечно-элементной модели здания, выполненной в программном комплексе Апэуэ
Последовательность действий по корректировке данной модели до совпадения ее параметров с реальным объектом предполагала постепенное (дискретное) изменение параметров модели (модулей упругости материала и массы конструкций, а также условий работы) до совпадения теоретических и фактически измеренных частот колебаний по различным формам.
Создание геометрической и конечно-элементной модели жилого дома проводилось в программной среде АМБУБ, согласно следу-
ющему алгоритму: синтез модели, получение программных решений, «экспандирование» мод, изучение результатов. Разберем по этапам.
1) Для нашего случая создание конкретной модели - это выбор типа анализа (до проведения гармонического анализа необходимо сделать модальный и найти собственные частоты мод), метода решения задачи на обобщенные собственные значения, число мод и др., иначе говоря, задание опций (включая приложение воздействий посредством Calculate prestress effects - блока вычисления предварительных напряжений). В пункте главного меню Load Step Opts в среде ANSYS определяются опции шага нагружения (решения): управление выводом и демпфирование.
2) Затем с помощью пункта главного меню Solve\Current LS исполняется решение запрограммированной задачи. В итоге, мы получаем геометрическую, конечноэлементную модель, на линиях которой представлены граничные условия. Для определения типа анализа, методов решения и опций следует загрузить файл Cyl_mod.txt выполнения модального анализа. Получив решения с помощью пункта меню Results Summary мы можем вывести таблицу, содержащую собственные частоты найденных мод и изучить информацию о конкретной моде.
3) Особую роль играют «экспандируе-мые» моды. В методе модального анализа под этим термином подразумевается запись соб-
ственных форм колебаний в конечный файл. Для просмотра мод колебаний в постпроцессоре их необходимо «экспандировать». «Expansion» применяется как к сокращенному, так и к полному методам модального анализа.
4) Аналитический обзор результатов.
Напряжённо-деформированное состояние здания оценивалось экспериментально-расчётным методом. Метод основан на использовании фундаментальных свойств сооружения, которые заключаются в связи его жесткости и массы с параметрами собственных и вынужденных колебаний. Изменение жесткости приводит к характерному сдвигу спектра собственных частот, что позволяет определить параметры, вызывающие это изменение. В результате повреждения обычно более высокие частоты подвергаются гораздо большему сдвигу. Расчеты производились на конечно-элементной компьютерной модели, откалиброванной согласно экспериментально определяемым элементам: матрице передаточных функций, спектру собственных частот и формам колебаний. При возникновении повреждений отдельных узлов сооружения в них устанавливается новое перераспределение внутренних усилий из-за снижения жесткости, в итоге меняется матрица передаточных функций и формы колебаний здания, снижаются собственные частоты и увеличиваются амплитуды колебаний. Анализ этих явлений проводился путем определения взаимосвязи между вынуждающей силой и возникающими колебаниями. Проблемы появляются, если изменения собственной частоты настолько малы, что последствия, вызванные повреждением, становятся похожими на изменения, вызванные условиями окружающей среды. Сами по себе эти изменения не позволяют сделать выводы об источнике изменений частоты. Поэтому должна быть доступна модель, которая «знает» связь между частотой и изменениями жесткости, а также позволяет вычислять частные производные первого порядка, описывающие чувствительность собственной частоты относительно изменений параметров [10].
В дальнейшем процедура корректировки параметров расчетной модели проводилась следующим образом. На первом этапе был выполнен модальный анализ и определены низшие частоты и соответствующие им формы собственных колебаний. Эти значения подвергались анализу и сравнивались с аналогичными данными, полученными при испытаниях. Учитывая, что геометрические размеры, масса и конструктивные особенности здания в модели выполнены без искажений, изменениям подвергались параметры, отвечающие за обобщенную жесткость материала конструк-
ций. При этом процедура корректировки включала следующие аспекты задачи:
- акустические характеристики материала конструкции здания определялись колебаниями, вызванными ударной импульсной нагрузкой, которая прикладывается к поверхности конструкции;
- для поверхностных волн определялась скорость распространения на разных длинах волн, а также интенсивность затухания и наличие отражений:
- абсолютные значения упругих характеристик строительного материала здания (модуля упругости) или его различных слоев (для многослойных конструкций) определялись с использованием значений скоростей продольных или поперечных волн для теоретической модели при условии, что максимальное совпадение действительно;
- были получены и рассчитаны дисперсионные кривые поверхностных волн;
- прочность материала конструкции или отдельных ее слоев определялась корреляционной зависимостью между силой и скоростью распространяющихся в ней продольных волн;
- для построения дисперсионных кривых отдельные измерительные лучи выбирались в разных частях по всей поверхности конструкции, а для построения годографа скорости выбирались измерительные выравнивания, образованные несколькими измерительными. В этом случае измерительные лучи располагались по прямой линии и смещались относительно друг друга вдоль измерительного выравнивания с постоянным шагом.
Для обнаружения дефектных участков в строительном материале конструкции использовался метод прозвучивания, основанный на измерении скорости распространения акустических волн в материале: продольной или поперечной. Определение значений этих скоростей в разных точках конструкции позволило выявить дефектные участки и оценить упругие характеристики конструкции. Возбуждение и обнаружение продольных и поперечных упругих волн выполнялось с использованием средств, позволяющих с приемлемой точностью фиксировать время прохождения волны:
- источник должен обеспечивать короткий фронт волны (до 1 мсек);
- приемники (датчики) должны быть широкополосными (1 - 3000 Гц) для измерения этой волны без динамических искажений.
Тем не менее качественный динамический мониторинг модальных параметров, результаты которого служат решению задачи обнаружения «слабых» мест объекта возможен
только с устройством стационарной станции мониторинга. Продолжительный мониторинг спектра колебаний позволяет с высокой точностью до 0,01 Гц определить декременты затухания для большого числа частот и давать оптимальные по точности расчеты динамических воздействий на сооружения.
В результате последовательных корректировок значений обобщенной жесткости
удалось добиться удовлетворительного совпадения расчетных собственных частот колебаний и их значений, полученных по данным натурных испытаний. Итоговые результаты адаптации модели, т.е. совпадения динамических параметров с фактически измеренными приведены в таблице
Таблица. Сравнительные данные о частотах колебаний обследуемого здания
Форма колебаний по расчетной модели Частота колебаний, зафиксированная при проведении испытаний, Гц Частота колебаний по расчетной модели, адаптированной по динамическим характеристикам, Гц Несовпадение частоты колебаний по отношению к расчетной
1 1,25 1,291 3,1 %
2 1,92 1,944 1,2 %
3 1,94 2,045 5,1 %
4 5,96 5,604 5,9 %
5 6,98 6,832 2,1 %
6 7,812 7,456 4,5 %
7 - 11,716 -
8 - 12,587 -
9 14,89 - -
10 18,99 - -
Выводы. Поскольку прогноз самого события невозможен, прогнозируются возможные последствия, т.е. реакция зданий на сейсмическую нагрузку. С одной стороны, можно отметить существенное развитие методов расчета в той или иной степени конкретизирующих возможную сейсмическую нагрузку (например, использование синтетических акселерограмм). С другой стороны, есть возможность с высокой степенью точности моделировать поведение самого здания. Анализ методов диагностики показал, что наиболее надежными критериями технического состояния объекта являются его динамические параметры, что отражается в динамическом паспорте здания (фактические амплитуды ускорения вынужденных колебаний; основные частоты собственных колебаний; собственные формы колебаний; логарифмические декременты колебаний). Авторами используются микроколебания объекта (от ветра, температуры, перемещения людей и транспорта и т.п.), которые были измерены с помощью высокочувствительных датчиков и программ обработки записанных колебаний. Результаты динамических испытаний показывают, что при фоновых испытаниях дополнительные конструктивные элементы не проявляются и период колебаний больше, тогда как при сильных динамических импульсах они начинают проявлять себя,
уменьшая период собственных колебаний. Изменение жесткости конструктивных элементов приводит к изменению периода собственных колебаний здания. Как свидетельствует данные табл. 1, фактически измеренные значения собственных частот колебаний, зафиксированные при динамических испытаниях, и колебаний по расчетной модели хорошо согласуются между собой. Это позволяет утверждать, что удалось создать адекватную расчетную модель, которую можно использовать для настройки подсистемы внепланового, периодического мониторинга на корректное определение состояния здания, включая надежный прогноз результата аварийных воздействий природного и техногенного характера, в том числе и сейсмических. Данный метод динамического контроля неоднократно использовался для массовых обследований и сертификации зданий и сооружений, мониторинга технического состояния особо важных объектов. Отметим, что похожий мониторинг разработан в организациях Министерства обороны РФ и давно успешно применяется, в том числе в условиях Арктики. Помимо точных данных измерений в качестве входных данных, необходимы надежные количественные модели для интерпретации данных, особенно на уровнях М-1\/ оценки ущерба. Поэтому обновление модели также является одним из ключей к успешному применению идентификации повреждений.
Список литературы
1. Ларионов В. И., Нигметов Г. М., Со-тин В. Н., Сущев С. П., Шахраманьян М. А. Мобильные диагностические комплексы для оценки сейсмостойкости зданий и сооружений // Сейсмостойкое строительство. 1999. № 2. С. 41-44.
2. Савин С. Н., Демишин С. В., Ситников И. В. Мониторинг уникальных объектов с использованием динамических параметров по ГОСТ Р 53778-2010 // Инженерно-строительный журнал. 2011. № 7. С. 33-39.
3. Шахраманьян А. М., Колотовичев Ю. А. Опыт использования автоматизированных систем мониторинга деформационного состояния несущих конструкций на Олимпийских объектах Сочи-2014 и стадионов чемпионата мира по футболу 2018 // Вестник МГСУ. 2015. № 12. С. 92-105.
4. Патрикеев А. В. Система динамического мониторинга инженерного сооружения как ключевой элемент его технической безопасности // Вестник МГСУ. 2014. № 3. С. 133140.
5. Савин С. Н. Использование упругих колебаний различных длин волн для оценки динамических параметров зданий и сооружений и прочности каменной кладки // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2017. № 4. С 43-54.
6. Савин С. Н., Данилов И. Л. Сейсмо-безопасность зданий и территорий. СПб.: Лань, 2015. 240 с.
7. Сущев С. Л., Ларионов В. А., Галиул-лин Р. Р., Нигметов Г. М., Савин С. Н., Самарин В. В. О практическом применении метода динамических испытаний для оценки категории технического состояния и сейсмостойкости зданий и сооружений при слабых и сильных импульсных воздействиях // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2014. №3. С. 52-59.
8. Savin S., Tsakalidis V. The use of elastic oscillations of different wavelengths to evaluate the dynamic parameters of buildings and structures and assess the strength of materials of the building construction. COMPDYN 2015. 5th International Conference on Computational Methods in Structural Dynamics and Earthquake Engineering. 25-27 May 2015 Crete Island, Greece. M. Papa-drakakis, V. Papadopoulos, V. Plevris (eds.). Her-sonissos, Crete: National Technical University of Athens, 2015, pp. 706-720.
9. Savin S., Smirnova E. Evaluation of mechanical safety of building structures using elastic vibrations varying in wavelength. World Applied Sciences Journal, 2013, vol. 23, no. 11, pp. 1448-1454.
10. Сущев С. П., Самарин В. В., Ада-менко И. А., Сотин В. Н. Мониторинг технического состояния несущих конструкций зданий и сооружений // Мониторинг. Наука и безопасность. 2011. № 1. С. 24-32.
References
1. Larionov V. I., Nigmetov G. M., Sotin V. N., Sushhev S. P., Shahraman'jan M. A. Mobil'nye diagnosticheskie kompleksy dlja ocenki sejsmostojkosti zdanij i sooruzhenij [Mobile diagnostic systems to assess the seismic resistance of buildings and structures], Sejsmostojkoe stroitel'stvo, 1999, issue 2, pp. 41-44.
2. Savin S. N., Demishin S. V., Sit-nikov I. V. Monitoring unikal'nyh ob#ektov s ispol'zovaniem dinamicheskih parametrov po GOST R 53778-2010 [Monitoring of unique objects using dynamic parameters in accordance with GOST R 53778-2010]. Inzhenerno-stroitel'nyj zhurnal, 2011, issue 7, pp. 33-39.
3. Shahraman'jan A. M., Kolotovichev Ju. A. Opyt ispol'zovanija avtomatizirovannyh sistem monitoringa deformacionnogo sostojanija nesushhih konstrukcij na Olimpijskih ob#ektah Sochi-2014 i stadionov chempionata mira po futbolu 2018 [Experience in application of the technologies of building information modeling when constructing the Olympic objects of Sochi-2014 and stadiums of the FIFA World Cup 2018]. Vestnik MGSU, 2015, issue 12, pp. 92-105.
4. Patrikeev A. V. Sistema dinamich-eskogo monitoringa inzhenernogo sooruzhenija kak kljuchevoj jelement ego tehnicheskoj be-zopasnosti [Dynamic monitoring of engineering structures as a key element of its technical security], Vestnik MGSU, 2014. issue 3, pp. 133-140.
5. Savin S. N. Ispol'zovanie uprugih kole-banij razlichnyh dlin voln dlja ocenki dinamicheskih parametrov zdanij i sooruzhenij i prochnosti kamennoj kladki [The use of elastic vibrations with different wavelengths to evaluate the dynamic parameters of buildings and structures and assess the strength of materials of the building construction], Sejsmostojkoe stroitel'stvo. Bezopas-nost' sooruzhenij, 2017, issue 4, pp. 43-54.
6. Savin S. N., Danilov I. L. Sejsmobe-zopasnost' zdanij i territorij [Seismic safety of buildings and territories], St. Peterburg: Lan', 2015. 240 p.
7. Sushhev S. L., Larionov V. A., Galiullin R. R., Nigmetov G. M., Savin S. N., Samarin V. V. О prakticheskom primenenii metoda dinamicheskih ispytanij dlja ocenki kategorii tehnicheskogo sostojanija i sejsmostojkosti zdanij i sooruzhenij pri slabyh i sil'nyh impul'snyh vozdejstvijah [Practical application of the method of dynamic tests for evaluation of the category of technical state and
seismic stability of buildings and constructions in weak and strong pulse influences], Sejsmostojkoe stroitel'stvo. Bezopasnost' sooruzhenij, 2014, issue 3, pp. 52-59.
8. Savin S., Tsakalidis V. The use of elastic oscillations of different wavelengths to evaluate the dynamic parameters of buildings and structures and assess the strength of materials of the building construction. COMPDYN 2015. 5th International Conference on Computational Methods in Structural Dynamics and Earthquake Engineering. 25-27 May 2015 Crete Island, Greece. Papa-drakakis, M., Papadopoulos, V., Plevris, V. (eds.). Hersonissos, Crete: National Technical University of Athens, 2015, pp. 706-720.
Савин Сергей Николаевич доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет», Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, E-mail: [email protected] Savin Sergej Nikolaevich Dr. Sei. Tech., Professor,
Federal State budgetary educational Institution of higher Education «Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering», Russian Federation, Saint Petersburg E-mail: [email protected]
Смирнова Елена Эдуардовна, кандидат технических наук, доцент
ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет»,
Российская Федерация, г. Санкт-Петербург,
E-mail: [email protected]
Smirnova Elena Jeduardovna
Ph. Sei. Tech., Docent
Federal State budgetary educational Institution of higher Education «Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering», Russian Federation, Saint Petersburg. E-mail: [email protected]
9. Savin S., Smirnova E. Evaluation of mechanical safety of building structures using elastic vibrations varying in wavelength. World Applied Sciences Journal, 2013, vol. 23, no. 11, pp. 1448-1454.
10. Sushhev S. P., Samarin V. V., Adamenko I. A., Sotin V. N. Monitoring tehnich-eskogo sostojanija nesushhih konstrukcij zdanij i sooruzhenij [Monitoring for technical condition of bearing structures]. Monitoring. Nauka i bezopasnost', 2011, issuel, pp. 24-32.
