Встановлення параметрів напруженого стану елементів металевих фермових конструкцій, що експлуатуються, удосконаленим вібраційним методом - Автореферат

В Україні сьогодні експлуатується понад 40 млн. тонн будівельних металевих конструкцій, більшість з яких знаходиться на межі досягнення критичного терміну експлуатації і потребує негайної оцінки технічного стану. Якісний рівень оцінки технічного стану будівельних конструкцій вимагає значних витрат часу, коштів, наявності кваліфікованих кадрів і т.і., тому в більшості положень та постанов Уряду країни з питань забезпечення безпечної і надійної експлуатації будівель і споруд, визначена задача створення таких методик і способів діагностування, які б дозволяли знизити витрати ресурсів і забезпечували необхідну надійність отриманих результатів. Запропоновані способи уточнення параметрів динамічної моделі вібраційного методу вимагають створення в елементах конструкції, що експлуатується, відомих додаткових зусиль, або монтажу спеціальних рам, що досить трудомістко та не завжди може бути здійснено в натурних умовах. Тому актуальною є задача вдосконалення вібраційного методу на основі створення такого способу уточнення параметрів динамічної моделі методу, який був би придатний для практичного застосування в натурних умовах. Метою дисертаційної роботи є удосконалення вібраційного методу визначення зусиль у стержнях металевих фермових конструкцій, що експлуатуються, на основі створення способу уточнення параметрів розрахункової динамічної моделі методу - способу варіації мас, придатного для практичного використання в процесі технічної діагностики.Перший спосіб - спосіб додаткового навантаження, припускає уточнення довжини стержня і коефіцієнтів кутової жорсткості опор на основі створення в стержні відомої добавки повздовжнього зусилля, та визначення обумовленого цим приросту частоти власних коливань. Також, на думку автора, існуючий вібраційний метод має ряд недоліків: - використання лінійно-нерухомих опор стержня в розрахунковій динамічній моделі методу, що в більшості випадків вносить істотну помилку в результат; не урахування у математичній моделі сил інерції повороту та зсуву поперечних перерізів стержня, що обмежує область застосування методу стержнями гнучкістю не менш 100; Для уточнення параметрів динамічної моделі запропоновано спосіб варіації мас, сутність якого складається у визначенні частот власних поперечних коливань стержня у 4-х станах, на яких змінюється величина і положення зосередженої маси на стержні. Тоді, розглядаючи стани "1" і "2" відповідно стержня без маси і з масою в середині, відзначається, що відношення частот є функцією безрозмірного аргументу x, який дорівнює частці зосередженої маси на стержні до маси самого стержня ().На основі теоретичних та експериментальних досліджень вперше розроблено спосіб варіації мас, що дозволяє найбільш просто в плані практичного застосування в порівнянні з відомими аналогами здійснювати уточнення параметрів динамічної моделі вібраційного методу. Спосіб варіації мас експериментальним шляхом у натурних умовах дозволяє уточнити розрахункову довжину та характеристики закріплення випробовуваного елемента і тим самим забезпечити задовільну точність визначення діючих поздовжніх зусиль у стержнях фермових конструкцій вібраційним методом. Використання отриманої удосконаленої математичної моделі дозволяє зменшити величину погрішності вібраційного методу та знизити нижню межу гнучкості стержня, при якій рекомендується використовувати вібраційний метод, з 100 до 70. Вібраційний метод вперше експериментально досліджено за допомогою спеціалізованого стенда на основі фрагмента ферми, що дозволяє варіювати множину вихідних розрахункових параметрів динамічної моделі методу. Результати експериментальних досліджень підтвердили правильність теоретичних передумов, закладених в основу математичної моделі вібраційного методу та способу варіації мас.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

1. На основі теоретичних та експериментальних досліджень вперше розроблено спосіб варіації мас, що дозволяє найбільш просто в плані практичного застосування в порівнянні з відомими аналогами здійснювати уточнення параметрів динамічної моделі вібраційного методу. Спосіб варіації мас експериментальним шляхом у натурних умовах дозволяє уточнити розрахункову довжину та характеристики закріплення випробовуваного елемента і тим самим забезпечити задовільну точність визначення діючих поздовжніх зусиль у стержнях фермових конструкцій вібраційним методом.

2. На основі теоретичних досліджень розроблена удосконалена математична модель вібраційного методу шляхом урахування раніше неврахованих інерційних характеристик та особливостей зовнішніх закріплень стержня. Використання отриманої удосконаленої математичної моделі дозволяє зменшити величину погрішності вібраційного методу та знизити нижню межу гнучкості стержня, при якій рекомендується використовувати вібраційний метод, з 100 до 70. Отримана математична модель вібраційного методу повністю адаптована для розробленого способу варіації мас.

3. На основі експериментальних досліджень встановлено, що найбільш простим способом збудження власних поперечних коливань стержня є ударний метод. Експериментально визначено, що для забезпечення розрахункової величини похибки обмірюваної частоти не більше 0,5% необхідний аналіз не менш 20-25 окремих процесів коливань, викликаних однократними збудженнями, при куті напрямку удару з головною центральною віссю поперечного перерізу стержня не більше 150.

4. Вібраційний метод вперше експериментально досліджено за допомогою спеціалізованого стенда на основі фрагмента ферми, що дозволяє варіювати множину вихідних розрахункових параметрів динамічної моделі методу. Результати експериментальних досліджень підтвердили правильність теоретичних передумов, закладених в основу математичної моделі вібраційного методу та способу варіації мас. Середня величина відхилень зусиль, отриманих на основі вібраційного методу, від зусиль, отриманих методом тензометрії, при 52 незалежних вимірах з різними вихідними параметрами випробовуваного елемента, склала 8,97%. Коефіцієнт кореляції результатів по двох незалежних методах склав 0,977.

5. На основі теоретичних і експериментальних досліджень, а також досвіду натурного застосування вібраційного методу розроблена методика проведення вібраційних випробувань у процесі технічної діагностики фермових конструкцій. Ця методика апробована в натурних умовах.

6. Удосконалений вібраційний метод з використанням способу варіації мас впроваджений при проведені робіт з технічної діагностики несучих конструкцій ряду промислових обєктів України: пролітної споруди транспортерної галереї СК-6 Зуївскої ТЕС (2005р., економічний ефект 53,5 тис. грн.); пролітної споруди транспортерної галереї ЦОФ "Курахівська" (2003р., економічний ефект 26 тис. грн.); установки з переробки шлаків ММК ім. С.М. Кірова (2000р., економічний ефект 16 тис. грн.).

1. Югов А.М., Некрасов Ю.П., Денисов Е.В. Применение вибрационного метода для технической диагностики металлических конструкций// VII Українська науково - технічна конференція "Металеві конструкції". Дніпропетровськ, 2-6 жовтня 2000 р. Наукові праці. - Дніпропетровськ: ВАТ "Дніпропетровський завод металевих конструкцій", 2000. - С.187-190.

2. Югов А.М., Денисов Е.В. О применении динамического воздействия при диагностике строительных конструкций// Вестник ДГАСА. - Випуск 2000-1 (21). - Макеевка: 2000. - С.71-75.

3. Горохов Е.В., Югов А.М., Денисов Е.В, Некрасов Ю.П. Вібродіагностика металевих конструкцій//Металеві конструкції. -2000. -Т.3. -Вип. 1. - С.49-54.

4. Югов А.М., Денисов Е.В., Некрасов Ю.П. Метод ускоренного диагностирования решетчатых конструкций на основе вибрационного метода// Современные проблемы строительства: Ежегодный научно-технический сборник. Т.1. - Донецк: Донецкий ПРОМСТРОЙНИИПРОЕКТ, 2000. - С.35-38.

5. Шимановський О.В., Гордеєв В.М., Микитаренко М.О., Оглобля О.І., Перельмутер А.В., Горохов Є.В., Денисов Є.В., Корольов В.П., Югов А.М. Аналіз технічного стану та проблем експлуатації будівельних металевих конструкцій в Україні.// Будівництво України. - 2001. - № 3. - С. 18-24.

6. Югов А.М., Денисов Е.В., Некрасов Ю.П. Техническое диагностирование металлических конструкций на основе вибрационного метода// Сборник научных трудов. Современные строительные конструкции из металла и древесины. - Одесса: "Город мастеров". - 2001. - С.243-252.

7. Югов А.М., Денисов Е.В., Турбай С.Н., Токарев РА. Влияние конструктивного оформления узлов на условия закрепления отдельных элементов при упрощении расчетной схемы// Металеві конструкції. - 2001. - Т. 4.- Вип. 1. - С.45-49.

8. Югов А.М., Колесниченко С.В., Левченко Д.В., Васильев А.С., Некрасов Ю.П., Миронов А.Н., Денисов Е.В., Аноприенко С.С. Динамические испытания и диагностика бункерной этажерки// Вестник ДОНГАСА. ? Макеевка. ? 2001. ? № 2001 ? 4(29). ?Т. 2. ? С.47-53.

9. Югов А.М., Денисов Е.В., Некрасов Ю.П. Динамическая диагностика стальных решетчатых конструкций// Сборник научных трудов Международной научно-техн. конференции "Современные проблемы совершенствования и развития металлических, деревянных, пластмассовых конструкций в строительстве и на транспорте". 24-26 сентября 2002. Самара, Россия. - Самара. - 2002. - C.50-55.

10. Горохов Е.В., Югов А.М., Денисов Е.В., Некрасов Ю.П. Вибродиагностика стальных решетчатых конструкций// Диагностика в строительстве: Сборник научных трудов ПГАСА. - Вып. 18. - Днепропетровск. - ПГАСА. - 2002. - С.48-54.

11. Югов А.М., Колесниченко С.В., Левченко Д.В., Некрасов Ю.П., Денисов Е.В. Динамические испытания моста транспортерной галереи// Металеві конструкції. - 2003. Том 6 - Вип. 1 - С.35-42.

12. Югов А.М., Денисов Е.В., Некрасов Ю.П. Динамические испытания и вибродиагностика конструкций моста транспортерной галереи// Весник ПДАБА. - Днепропетровск. - 2004. - 7-8-2004. - С.108-114.

13. Денисов Е.В. Стенд для экспериментального изучения вибрационного метода // Металеві конструкції. - 2006 - Том. 10. - Вип. 2. - С.107-111.

14. Югов А.М., Денисов Е.В., Миронов А.Н. Динамические и вибрационные испытания элементов моста ленточного конвейера ЛК-6 Зуевской ТЭС // Металеві конструкції. - 2006 - Том. 10. - Вип. 2. - С.141-148.

Праці, що додатково відображають результати досліджень: 15. Горохов Е.В., Югов А.М., Некрасов Ю.П., Денисов Е.В. Система мониторинга напряженно - деформированного состояния металлоконструкций // "Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики". Материалы 9 ежегодного международного семинара-выставки. 10-14 сентября. Ялта. - Киев. - УИЦ "Наука. Техника. Технология". - 2001. - С.34.

16. Мущанов В.Ф., Денисов Е.В., Зубенко А.В. Расчет конструкции защитного экрана под кровлей котельного цеха славянской ТЭС при аварийном обрушении плит покрытия.// Металеві конструкції. - 2005. - Том. 8. - Вип. 1. - С.43-51.

Особистий внесок автора в даних публікаціях: У роботах зі співавторами автору належать: розробка математичної моделі удосконаленого вібраційного методу [1-4, 9, 10]; створення методики проведення вібраційних випробувань у процесі технічної діагностики фермових конструкцій [2, 6, 10]; збір та аналіз інформації про сучасний стан фонду металевих конструкцій України [5, 15]; створення теоретичної бази розрахунку коефіцієнтів жорсткості зовнішніх закріплень стержня, еквівалентних умовам його зєднання з елементами фермової конструкції [7]; визначення зусиль в елементах підбункерних ферм вібраційним методом [8], створення програми проведення динамічних випробувань, а також обробка результатів вібраційних випробувань стержневих елементів пролітної споруди транспортерної галереї [11, 12]; створення методики проведення динамічних і вібраційних випробувань, обробка результатів випробувань [14]; методика нелінійного динамічного розрахунку гнучкої нитки, закріпленої пружними звязками, при ударному впливі від падаючої маси [16].