ГРАЖДАНСКОЕ ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВО
ЗАКОНЫ КОММЕНТАРИИ СУДЕБНАЯ ПРАКТИКА
Гражданский кодекс часть 1
Гражданский кодекс часть 2

Приказ Ростехнадзора от 22.03.2022 N 84 "Об утверждении руководства по безопасности при использовании атомной энергии "Динамический мониторинг строительных конструкций объектов использования атомной энергии" (вместе с "РБ-045-22...")

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ЭКОЛОГИЧЕСКОМУ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМУ
И АТОМНОМУ НАДЗОРУ
ПРИКАЗ
от 22 марта 2022 г. N 84
ОБ УТВЕРЖДЕНИИ РУКОВОДСТВА
ПО БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ
"ДИНАМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОБЪЕКТОВ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ"
В целях реализации полномочий, установленных подпунктом 5.3.18 пункта 5 Положения о Федеральной службе по экологическому, технологическому и атомному надзору, утвержденного постановлением Правительства Российской Федерации от 30 июля 2004 г. N 401, приказываю:
1. Утвердить прилагаемое к настоящему приказу руководство по безопасности при использовании атомной энергии "Динамический мониторинг строительных конструкций объектов использования атомной энергии".
2. Признать утратившим силу приказ Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 29 декабря 2008 г. N 1037 "Об утверждении и введении в действие руководства по безопасности "Динамический мониторинг строительных конструкций объектов использования атомной энергии".
Руководитель
А.В.ТРЕМБИЦКИЙ
Утверждено
приказом Федеральной
службы по экологическому,
технологическому
и атомному надзору
от "__" _________ 20__ г. N ___
РУКОВОДСТВО
ПО БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ
"ДИНАМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОБЪЕКТОВ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ"
(РБ-045-22)
I. Общие положения
1. Руководство по безопасности при использовании атомной энергии "Динамический мониторинг строительных конструкций объектов использования атомной энергии" (РБ-045-22) (далее - Руководство по безопасности) разработано в соответствии со статьей 6 Федерального закона от 21 ноября 1995 г. N 170-ФЗ "Об использовании атомной энергии" в целях содействия соблюдению требований пункта 5.2 федеральных норм и правил в области использования атомной энергии "Учет внешних воздействий природного и техногенного происхождения на объекты использования атомной энергии" (НП-064-17), утвержденных приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 30 ноября 2017 г. N 514 (зарегистрирован Министерством юстиции Российской Федерации 26 декабря 2017 г., регистрационный N 49461).
2. Настоящее Руководство по безопасности содержит рекомендации Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору по организации, целям, и проведению мониторинга динамических характеристик строительных конструкций зданий и сооружений объектов использования атомной энергии неразрушающими сейсмоакустическими методами (метод микросейсм).
3. Действие настоящего Руководства по безопасности распространяется на деятельность в области использования атомной энергии, связанную с вводом в эксплуатацию, эксплуатацией и продлением назначенного срока эксплуатации объектов использования атомной энергии. На этапе ввода в эксплуатацию объектов использования атомной энергии динамический мониторинг рекомендуется выполнять на вновь возводимых объектах использования атомной энергии, так как в этом случае будут получены исходные данные, необходимые для сравнения и получения полной информации для дальнейшего динамического мониторинга.
4. Настоящее Руководство по безопасности предназначено для применения организациями, эксплуатирующими объекты использования атомной энергии, оказывающими услуги по мониторингу и обследованию строительных конструкций зданий и сооружений объектов использования атомной энергии, а также разрабатывающими материалы обоснования безопасности для получения лицензии на размещение, сооружение, эксплуатацию и вывод из эксплуатации объектов использования атомной энергии.
5. К строительным конструкциям зданий и сооружений объектов использования атомной энергии, рассматриваемым в настоящем Руководстве по безопасности, рекомендуется относить несущие и ограждающие железобетонные (монолитные, сборные и сборно-монолитные), бетонные, каменные и армокаменные, а также металлические (металлические фермы, колонны, ригели) строительные конструкции.
6. Рекомендации настоящего Руководства по безопасности распространяются на следующие стадии работ, выполняемых в обеспечение расчетно-экспериментальной оценки прочности и стойкости зданий и сооружений объектов использования атомной энергии:
формирование данных по результатам обследования строительных конструкций зданий и сооружений;
формирование данных по результатам вибродинамических и волновых испытаний строительных конструкций зданий и сооружений;
создание расчетной модели здания (сооружения) на основе анализа проектных решений;
адаптация расчетной модели на основе данных вибродинамических и волновых испытаний;
мониторинг изменения (стабильности) динамических характеристик.
7. Список сокращений приведен в приложении N 1 к настоящему Руководству по безопасности.
II. Структура динамического мониторинга зданий и сооружений
объектов использования атомной энергии
8. Динамический мониторинг ЗиС ОИАЭ рекомендуется проводить с целью:
контроля изменения определяющих динамических параметров во времени для прогнозирования прочности и устойчивости СК ЗиС ОИАЭ;
отслеживания степени и скорости изменения технического состояния объекта и принятия, в случае необходимости, экстренных мер по предотвращению аварийной ситуации.
9. При динамическом мониторинге рекомендуется выполнить следующие задачи:
определение динамических характеристик ЗиС и отдельных СК;
оценка состояния материалов СК сейсмоакустическими методами;
контроль изменения (стабильности) динамических характеристик, а также состояния материалов конструкции во времени.
10. Исследования динамических характеристик СК, важных для безопасности, рекомендуется проводить на этапе ввода ОИАЭ в эксплуатацию и в дальнейшем не реже одного раза в 10 лет, а также при каждом внеочередном обследовании технического состояния этих СК.
11. Динамический мониторинг СК ЗиС ОИАЭ, находящихся в работоспособном состоянии, рекомендуется проводить один раз в 10 лет. Для проведения динамического мониторинга на конкретном этапе рекомендуется проводить виброиспытания СК с целью получения значений основных динамических характеристик и их сравнения со значениями, полученными на предыдущем этапе.
12. Динамический мониторинг СК ЗиС ОИАЭ, находящихся в ограниченно работоспособном состоянии, рекомендуется проводить в периоды, определяемые состоянием СК по параметрам, контролируемым стационарными системами автоматического мониторинга за состоянием СК ЗиС. Для проведения динамического мониторинга на данном этапе рекомендуется проводить комплексные работы, включающие виброиспытания для получения значений основных динамических характеристик, и испытания методом поверхностных волн и сквозного прозвучивания для получения значений прочности и стойкости несущих и ограждающих СК.
13. Организацию и проведение динамического мониторинга ЗиС и их отдельных СК рекомендуется осуществлять в несколько этапов:
создание первичной (исходной) базы данных;
разработка программы динамического мониторинга;
разработка методики определения динамических характеристик СК;
определение динамических характеристик подлежащих обследованию СК;
оценка состояния материалов обследуемых СК;
разработка технического отчета по результатам динамического мониторинга, включающего анализ результатов наблюдений и диагностики динамических параметров СК;
разработка технического заключения по результатам испытаний и материалов для учета в расчетной модели (при ее наличии);
ввод полученных результатов в информационную систему управления базой данных динамического мониторинга на каждом очередном этапе динамического мониторинга в форме представления информации, идентичной заключению.
14. Динамический мониторинг технического состояния СК ЗиС ОИАЭ рекомендуется проводить в соответствии с программой динамического мониторинга, разработанной специализированной организацией в соответствии с техническим заданием, утвержденным руководством обследуемого объекта и согласованной с генеральным проектировщиком.
15. Порядок, методику и объем исследований по динамическому мониторингу СК, важных для безопасности, рекомендуется устанавливать в программе динамического мониторинга.
Рекомендации к структуре и содержанию программы динамического мониторинга приведены в приложении N 2 к настоящему Руководству по безопасности.
16. Динамические характеристики ЗиС и отдельных СК рекомендуется определять с целью оценки их состояния, учета в расчетных моделях и последующего мониторинга их изменения (стабильности) во времени, при этом рекомендуется определять следующие динамические характеристики СК:
собственные частоты (определяются по спектрам или амплитудно-частотным характеристикам);
формы собственных колебаний (моды), соответствующие выявленным собственным частотам (определяются путем построения эпюр и диаграмм колебаний в точках измерения);
логарифмический декремент (определяется как отношение двух последовательных амплитуд колеблющейся величины x в одну и ту же сторону).
17. Оценку состояния материалов обследуемых СК рекомендуется выполнять как для прямой оценки жесткостных и прочностных характеристик несущих СК, так и для их использования в качестве дополнительной информации при разработке и адаптации расчетных моделей.
18. Для толстостенных СК с односторонним доступом к их поверхности (в частности СК "горячих" помещений энергоблоков с реакторной установкой РБМК-1000) динамический мониторинг рекомендуется выполнять методом поверхностных упругих волн.
19. По результатам динамического мониторинга рекомендуется разработать техническое заключение и (или) технический отчет, включаемый в паспорт ЗиС ОИАЭ, рекомендуемая форма которых приведена в приложении N 3 к настоящему Руководству по безопасности.
20. При выполнении периодического мониторинга рекомендуется применять упрощенную схему испытаний с установкой датчика (или датчиков) в точке максимальной амплитуды контролируемых форм собственных колебаний. Решение о целесообразности и объеме испытаний методом поверхностной волны при периодическом мониторинге рекомендуется принимать по результатам оценки состояния конструкций.
21. Для динамического мониторинга рекомендуется использовать стандартизованное и метрологически аттестованное оборудование, поверенное или калиброванное в порядке, установленном законодательством Российской Федерации (перечень и технические характеристики аппаратуры, входящей в измерительный комплекс, приведен в таблице N 1.1 приложения N 4 к настоящему Руководству по безопасности).
22. В ходе динамического мониторинга при проведении вибродинамических испытаний рекомендуется контролировать следующие определяющие динамические параметры собственных колебаний СК:
собственные частоты (отношение двух обобщенных характеристик массы и жесткости);
формы собственных колебаний;
логарифмический декремент собственных колебаний;
физико-механические свойства материала;
фактические геометрические размеры сечений конструкций при сопоставлении их с проектными параметрами;
соответствие фактической и расчетной статической схемы работы конструкций;
наличие трещин, отколов и разрушений;
месторасположение, характер и ширина раскрытия трещин.
23. В ходе динамического мониторинга изменения состояния СК и здания, сооружения в целом рекомендуется отслеживать преимущественно по их динамическим характеристикам (изменению частот 1-го тона колебаний и отдельных высших форм колебаний).
24. В отдельных точках СК рекомендуется контролировать состояние материалов конструкций методом поверхностной волны. В этом случае в техническое заключение рекомендуется включать выводы о состоянии материалов конструкции в этих точках, и прилагаются дисперсионные кривые поверхностных волн, полученные при первичном обследовании, а затем на каждом этапе мониторинга.
25. По результатам оценки технического состояния СК ЗиС ОИАЭ рекомендуется назначать критерии технического состояния СК. Основным критерием при динамическом мониторинге рекомендуется назначать изменение частоты 1-го тона свободных колебаний конструкции, при этом могут учитываться и другие критерии (изменение частоты 2-го тона колебаний, прочности и/или эффективной толщины конструкции).
В соответствии с пунктом 6.3 ГОСТ 31937-2011 "Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния", введенного в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 декабря 2012 г. N 1984-ст (далее - ГОСТ 31937-2011) критерием является снижение частоты 1-го тона свободных колебаний на 10%. В случае если по результатам первичного обследования и расчетов СК признаны ограниченно работоспособными или аварийными, этот показатель рекомендуется снизить до 5%.
26. Выводы о дальнейшей безопасной эксплуатации СК, ЗиС рекомендуется делать на основании сравнения полученных данных с результатами предыдущих испытаний, соответствия их эталонным характеристикам или существующим базам данных и оценкам фактической несущей способности конструкций в расчетной модели (эталонные характеристики могут быть определены в расчетной модели с проектными техническими характеристиками конструкций ЗиС).
27. В методику определения динамических характеристик СК по их свободным колебаниям, возбуждаемым ударной импульсной нагрузкой, рекомендуется включать следующие операции:
возбуждение и регистрацию колебаний с помощью измерительного комплекса, схема которого приведена на рис. 2.3 приложения N 4 к настоящему Руководству по безопасности и затем усреднение полученных откликов по нескольким воздействиям в каждой точке приложения нагрузки. Количество ударных воздействий в каждой точке приложения нагрузки рекомендуется назначать в зависимости от уровня фоновых вибраций (при уровне фоновых вибраций менее 30% от максимального уровня при ударном воздействии в анализируемом диапазоне частот достаточно пяти воздействий);
при необходимости, составление реакций СК на комбинацию ударных воздействий;
вычисление 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;
определение периодов (частот) и амплитуд этих колебаний, а также их логарифмических декрементов;
построение эпюр или диаграмм различных форм колебаний.
28. Обработку результатов испытаний рекомендуется выполнять с помощью специализированного программного обеспечения. Обработка полученных в результате сложения колебаний (комбинированных реализаций) с целью выделения резонансных пиков, соответствующих анализируемой форме колебаний, рекомендуется осуществлять для каждой точки измерения путем сложения или вычитания реализаций, полученных при ударах в отдельных точках. Методика определения динамических характеристик приведена в приложении N 4 к настоящему Руководству по безопасности.
III. Рекомендации по разработке (или уточнению) расчетных
моделей строительных конструкций с учетом результатов
их динамических испытаний и оценки их фактических
физико-механических характеристик
29. Адаптацию расчетных моделей рекомендуется осуществлять путем введения в них фактических физико-механических характеристик материалов конструкций, определяемых с использованием метода поверхностной волны, а также путем сопоставления фактических динамических характеристик конструкций с полученными в расчетной модели.
30. Расчет прочности и устойчивости СК ЗиС при сейсмических и иных проектных воздействиях рекомендуется выполнять с учетом результатов обследования с целью:
выявления резерва (или дефицита) прочности и устойчивости ЗиС в целом и их отдельных конструктивных элементов с учетом данных об их фактическом состоянии, полученных в результате обследования, в соответствии с требованиями действующих нормативных документов;
выявления причин, которые вызвали появление дефектов и повреждений строительных элементов и конструкций, обнаруженных в результате обследования;
разработки предложений на основании анализа результатов расчета устойчивости ЗиС с учетом результатов обследования по инженерно-техническим мероприятиям, которые необходимо выполнить на объекте для восстановления и сохранения его функциональной устойчивости, как при эксплуатационных нагрузках, так и при сейсмическом воздействии заданной интенсивности, и их расчетное обоснование (указанные предложения рекомендуется разрабатывать на основании анализа результатов расчета устойчивости ЗиС с учетом результатов обследования).
31. На стадиях разработки и проектирования ЗиС ОИАЭ рекомендуется проводить расчеты сейсмостойкости и стойкости при внешних воздействиях природного и техногенного происхождения с использованием программ для ЭВМ, имеющих аттестационный паспорт, выданный Ростехнадзором.
32. Оценку стойкости СК ЗиС при внешних динамических воздействиях рекомендуется выполнять, используя линейно-спектральный метод, динамический метод расчета и конструктивные схемы ЗиС (методы расчета стойкости СК ЗиС при внешних воздействиях приведены в приложении N 5 к настоящему Руководству по безопасности). Выбор метода расчета регламентируется в НП-031-01 и зависит от того, в каком виде задано внешнее воздействие, и от значений собственных динамических характеристик.
33. Рекомендации по разработке расчетной модели по результатам вибродиагностики СК ЗиС приведены в приложении N 6 к настоящему Руководству по безопасности.
Приложение N 1
к руководству по безопасности
при использовании атомной энергии
"Динамический мониторинг строительных
конструкций объектов использования
атомной энергии", утвержденному
приказом Федеральной службы
по экологическому, технологическому
и атомному надзору
от 22 марта 2022 г. N 84
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АЦП - аналого-цифровой преобразователь
ЗиС - здания и сооружения
ОИАЭ - объекты использования атомной энергии
ПК - персональный компьютер
СК - строительные конструкции
Приложение N 2
к руководству по безопасности
при использовании атомной энергии
"Динамический мониторинг строительных
конструкций объектов использования
атомной энергии", утвержденному
приказом Федеральной службы
по экологическому, технологическому
и атомному надзору
от 22 марта 2022 г. N 84
РЕКОМЕНДАЦИИ
К СТРУКТУРЕ И СОДЕРЖАНИЮ ПРОГРАММЫ ДИНАМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА
Рекомендуются следующие структура и содержание программы динамического мониторинга:
1. Назначение и область применения программы работ;
2. Общие положения;
3. Базовая нормативно-техническая документация;
4. Перечень объектов использования атомной энергии, цели и задачи мониторинга;
5. Краткая характеристика объектов мониторинга;
6. Методы динамических испытаний, приборное обеспечение, схемы испытаний;
7. Схема размещения датчиков колебаний;
8. Программа компьютерной обработки записей колебаний;
9. Критерии оценки результатов мониторинга;
10. Организация и порядок проведения динамического мониторинга:
организация обследования;
порядок выполнения работ по обследованию;
основные технические требования по обеспечению доступа к конструкциям;
11. Требования к итоговой документации;
12. Организационно-технические мероприятия;
13. Требования к обеспечению безопасности;
14. Приложение. Планы и разрезы здания (сооружения) с указанием зон и схем динамического контроля.
В разделе "Перечень объектов использования атомной энергии, цели и задачи мониторинга" приводятся перечень СК ОИАЭ, подлежащих обследованию, и результаты, которые должны быть достигнуты при мониторинге.
В разделе "Краткая характеристика объектов мониторинга" приводятся характеристики подлежащих мониторингу конструкций по результатам первичного обследования, а также прилагается таблица с заполненными результатами первичного обследования.
В разделе "Методы динамических испытаний, приборное обеспечение, схемы испытаний" приводятся методы испытаний со ссылкой на утвержденные методики работ, перечень используемой для выполнения работ аппаратуры и оборудование с указанием свидетельств о поверке, а также схемы испытаний каждым методом по каждой конструкции. При большом объеме работ рекомендуется схемы испытаний выносить в отдельные приложения.
В разделе "Критерии оценки результатов мониторинга" приводятся значения изменений контролируемых параметров, при которых требуется внеочередное обследование всех или отдельных контролируемых конструкций.
В разделе "Организация и порядок проведения динамического мониторинга" указываются организации, привлекаемые к выполнению работ, и организации, обеспечивающие и контролирующие работы. Описываются порядок допуска на объект исполнителей, организация допуска к обследуемым конструкциям и обеспечения необходимыми техническими средствами.
В разделе "Требования к итоговой документации" указываются нормативные документы, которым должна соответствовать документация, перечень и содержание выпускаемых по итогам испытаний документов, а также требования к оформлению этих документов.
В разделе "Организационно-технические мероприятия" оговариваются мероприятия, выполняемые в ходе подготовки и проведения работ, указываются ответственные за их выполнение.
В разделе "Требования к обеспечению безопасности" указываются руководящие документы в области обеспечения безопасного ведения работ, ответственные за организацию инструктажей по технике безопасности и контроль при проведении работ.
Приложение N 3
к руководству по безопасности
при использовании атомной энергии
"Динамический мониторинг строительных
конструкций объектов использования
атомной энергии", утвержденному
приказом Федеральной службы
по экологическому, технологическому
и атомному надзору
от 22 марта 2022 г. N 84
Рекомендуемая форма технического заключения, технического
отчета по результатам динамических испытаний по определению
собственных динамических характеристик строительных
конструкций зданий и сооружений
1. Техническое заключение по динамическому мониторингу технического состояния ЗиС рекомендуется оформлять в виде:
описания использованного измерительного комплекса;
перечня обследованных СК, методов и фактических схем испытаний этих конструкций;
результатов испытаний в виде эпюр и (или) диаграмм различных форм свободных колебаний с указанием частот (периодов) этих колебаний, а также дисперсионных кривых поверхностных волн (если такие испытания проводились);
анализа полученных результатов испытаний с рекомендациями по их учету при адаптации расчетных моделей и динамическому мониторингу;
приложения с программой испытаний.
Форма технического заключения приведена в таблице N 1.
Таблица N 1
Форма технического заключения
Заключение по динамическому мониторингу технического состояния здания или сооружения
1. Адрес и собственник объекта
2. Номер этапа мониторинга
3. Время проведения этапа мониторинга
4. Организация, проводившая этап мониторинга
5. Предыдущее значение крена объекта вдоль большой оси
6. Текущее значение крена объекта вдоль большой оси
7. Предыдущее значение крена объекта вдоль малой оси
8. Текущее значение крена объекта вдоль малой оси
9. Предыдущее значение периода основного тона собственных колебаний вдоль большой оси
10. Текущее значение периода основного тона собственных колебаний вдоль большой оси
11. Предыдущее значение периода основного тона собственных колебаний вдоль малой оси
12. Текущее значение периода основного тона собственных колебаний вдоль малой оси
13. Предыдущее значение периода основного тона собственных колебаний вдоль вертикальной оси
14. Текущее значение периода основного тона собственных колебаний вдоль вертикальной оси
15. Предыдущее значение логарифмического декремента основного тона собственных колебаний вдоль большой оси
16. Текущее значение логарифмического декремента основного тона собственных колебаний вдоль большой оси
17. Предыдущее значение логарифмического декремента основного тона собственных колебаний вдоль малой оси
18. Текущее значение логарифмического декремента основного тона собственных колебаний вдоль малой оси
19. Предыдущее значение логарифмического декремента основного тона собственных колебаний вдоль вертикальной оси
20. Текущее значение логарифмического декремента основного тона собственных колебаний вдоль вертикальной оси
21. Установленная категория технического состояния объекта
2. Технический отчет по результатам динамических испытаний по определению собственных динамических характеристик СК ЗиС рекомендуется оформлять в виде:
краткого описания объекта мониторинга и условий его размещения с указанием задач динамического мониторинга;
схемы размещения точек измерения колебаний;
технических характеристик измерительной и регистрирующей аппаратуры;
результатов определения динамических характеристик;
сопоставления текущего и предыдущих определений динамических характеристик.
Приложения к техническому отчету:
техническое задание на работы по динамическому мониторингу;
программа динамического мониторинга;
результаты динамического мониторинга.
Приложение N 4
к руководству по безопасности
при использовании атомной энергии
"Динамический мониторинг строительных
конструкций объектов использования
атомной энергии", утвержденному
приказом Федеральной службы
по экологическому, технологическому
и атомному надзору
от 22 марта 2022 г. N 84
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
1. Динамические испытания зданий различных конструктивных
схем методом свободных колебаний
1.1. Для проведения динамического мониторинга необходимо использование испытательных методов и средств, позволяющих получить объективную информацию об основных свойствах материалов, элементов конструкций, ЗиС.
1.2. Объем и вид полученной информации определяется программой испытаний и возможностью идентификации результатов при разработке расчетных моделей.
1.3. В качестве исходных данных для идентификации расчетных моделей используются следующие динамические характеристики конструкций, ЗиС, полученные при анализе их свободных колебаний, зарегистрированных в процессе испытаний:
периоды и формы колебаний;
логарифмические декременты колебаний.
При основных формах колебаний ЗиС (рис. 1.1) фундамент здания может оставаться неподвижным или в той или иной степени вовлекаться в колебания.
Для зданий сложных конструктивных схем с неравномерно распределенными весовыми или жесткостными характеристиками возможно существование разных частот высших тонов изгибных по высоте колебаний, а иногда и 1-ого тона, для различных частей здания. В таком случае для этих форм колебаний строят еще и эпюры по длине здания.
Изгибные колебания относительно вертикальной оси здания
Колебание здания по первой форме
Колебание здания по второй форме
Колебание здания по третьей форме
Изгибные колебания относительно горизонтальной оси здания
Крутильное колебание здания
Колебание здания по первой форме
Колебание здания по второй форме
Изгибное колебание на грунтовом основании
Рис. 1.1. Основные формы колебаний зданий
прямоугольной формы
1.5. Для регистрации колебаний рекомендуется применение аппаратуры, технические характеристики которой приведены в таблице N 1.1.
Таблица N 1.1
Технические характеристики аппаратуры,
входящей в измерительный комплекс
N п/п
Название
Технические характеристики
1
Акселерометр
Чувствительность 300 мВ/м/с2;
Частотный диапазон 1 - 300 Гц
2
Акселерометр
Чувствительность 10 мВ/м/с2;
Резонансная частота 15 кГц
3
Усилитель
Режимы измерения: ускорение, скорость, перемещение;
Усиление от 1 до 10 000 со ступенчатым изменением с шагом 10 дБ;
Частотный диапазон от 1 Гц до 20 кГц;
Количество каналов измерения не менее 8;
Питание от сети 220 В или аккумулятора постоянного тока
4
АЦП
Количество каналов не менее 8;
Разрядность не менее 12 бит;
Диапазоны измеряемых сигналов: +/- 5,12 В, 2,56 В, 1,024 В; Максимальная частота преобразования 300 кГц/канал
5
ПК
Должен быть оснащен программным обеспечением ввода и обработки измерительной информации. Наличие параллельного порта
6
Средство возбуждения колебаний, емкость, заполненная сыпучим материалом, тампер, молоток
Вес емкости (мешка) до 50 кг, оснащена амортизирующей прокладкой;
Вес тампера до 12 кг, оснащен амортизирующей прокладкой;
Вес молотка до 2 кг, оснащен амортизирующей прокладкой и резьбовым отверстием для крепления акселерометра;
Порядок, методика и объем исследований по динамическому мониторингу СК, важных для безопасности, устанавливаются в программе динамического мониторинга
1.6. Для повышения точности определения частот и построения эпюр высших форм колебаний из исходных реализаций, зарегистрированных при приложении нагрузки в различных точках, используется принцип суперпозиции.
Использование принципа суперпозиции применительно к импульсному методу возбуждения свободных колебаний СК заключается в:
возбуждении и регистрации колебаний под действием точечной импульсной нагрузки, прикладываемой в различных точках конструкции;
сложении (с учетом направления действия нагрузки) колебаний, зарегистрированных при приложении нагрузки в различных точках конструкции (имитация одновременного приложения нагрузки в нескольких точках).
1.7. Обработка полученных в результате сложения колебаний (комбинированных реализаций) с целью выделения резонансных пиков, соответствующих анализируемой форме колебаний, осуществляется для каждой точки измерения путем сложения или вычитания реализаций, полученных при отдельных ударах. Включение реализации в комбинацию со знаком "минус" означает, что при составлении комбинации моделируется воздействие в противоположном направлении. Реализации, включаемые в комбинацию, и их знак выбираются таким образом, чтобы усилить колебания в направлении приложенной нагрузки.
Пример 1. Создание комбинированных реализаций для девятиэтажного здания, протяженного в плане
На рис. 1.2 (а) приведена схема возбуждения колебаний.
Примеры создания комбинированных реализаций для горизонтального и вертикального створа измерений согласно схеме расстановки датчиков приведены на рис. 1.2 (б).
Рис. 1.2 (а). Схема возбуждения колебаний
Рис. 1.2 (б). Схема расстановки датчиков
На рис. 1.3, 1.5 и 1.7 приведены записи колебаний в точках горизонтального створа, зарегистрированные при ударах У1, У2 и У3, на рис. 1.4, 1.6 и 1.8 - спектры этих колебаний.
На рис. 1.9 и 1.10 приведены записи колебаний для случая комбинированных реализаций для ударов (У1 - У3), созданные для выделения крутильных колебаний, и их спектры, а на рис. 1.11 и 1.12 - реализации для ударов (У1 - У2 + У3), созданные для выделения изгибных по фронту здания колебаний, и их спектры.
Полученные комбинированные реализации обрабатываются так же, как и любые исходные реализации.
Эпюры крутильных колебаний и изгибных по фронту здания колебаний приведены на рис. 1.13 и 1.14, соответственно.
Рис. 1.3. Колебания здания при ударе У1
Рис. 1.4. Спектры колебаний здания при ударе У1
Рис. 1.5. Колебания здания при ударе У2
Рис. 1.6. Спектры колебаний здания при ударе У2
Рис. 1.7. Колебания здания при ударе У3
Рис. 1.8. Спектры колебаний здания при ударе У3
Рис. 1.9. Комбинированные реализации (крутильные колебания)
Рис. 1.10. Спектры комбинированных реализаций
(крутильные колебания)
Рис. 1.11. Комбинированные реализации
(1-ый тон изгибных по фронту здания колебаний)
Рис. 1.12. Спектры комбинированных реализаций
(1-ый тон изгибных по фронту здания колебаний)
Рис. 1.13. Эпюра крутильных колебаний
(горизонтальный створ, поперечное направление, 1-ый тон)
Рис. 1.14. Эпюра изгибных колебаний (горизонтальный створ,
изгибные по фронту, 1-ый тон)
2. Оценка интегральных характеристик материалов с помощью
упругих волн
2.1. Для оценки интегральных физико-механических характеристик материала рекомендуется использование метода с возбуждением в конструкциях поверхностных упругих волн.
2.2. Метод с использованием упругих поверхностных волн акустического диапазона частот предназначен для оценки состояния материала плоских многослойных СК, допускающих установку измерительных датчиков на одной из поверхностей. Длина доступной для обследований поверхности конструкции должна быть не менее трех глубин ее зондажа.
2.3. Оценка характеристик материала проводится в три этапа:
на первом этапе определяются реакции поверхности СК на ударное импульсное воздействие;
на втором этапе теоретически моделируется реакция многослойных конструкций на ударное импульсное воздействие;
на третьем этапе проводится обработка результатов измерения и моделирования, сравнительный анализ экспериментальных и расчетных дисперсионных кривых (зависимостей скорости волны от ее длины) поверхностных волн и адаптация акустических параметров модели по критерию совпадения дисперсионных кривых методом итераций.
2.4. Блок-схема алгоритма контроля состояния многослойных конструкций приведена на рис. 2.1.
По корреляционным зависимостям между акустическими характеристиками материала конструкции (обычно скоростью продольной волны) и его прочностью оцениваются фактические прочностные характеристики материалов конструкции и их соответствие проектным значениям.
Рис. 2.1. Блок-схема алгоритма контроля состояния
многослойных конструкций
Первый этап - измерение поверхностных волн
2.5. Акустические характеристики материала СК определяются по колебаниям, инициированным импульсной ударной нагрузкой, приложенной к поверхности конструкции.
Для поверхностных волн определяются скорость их распространения при различных длинах волн, а также интенсивность затухания и наличие отражений.
2.6. Определение параметров поверхностных волн обеспечивается со следующими параметрами точности:
относительная доверительная погрешность определения интенсивности затухания волн составляет:
- 15% - при проведении относительной калибровки каналов измерения;
- 20% - без проведения относительной калибровки;
доверительная вероятность определения значения относительной доверительной погрешности равна 0,95.
2.7. Абсолютные значения упругих характеристик материала (модуля упругости или сдвига) или различных слоев СК (для многослойной конструкции) определяются по значениям скоростей продольных или поперечных волн для теоретической модели при условии обеспечения наибольшего совпадения фактически полученных и расчетных дисперсионных кривых поверхностных волн.
2.8. Прочность материала конструкции или ее отдельных слоев определяется по корреляционным зависимостям между прочностью и скоростью распространения в нем продольных волн.
2.9. При проведении измерений должны выполняться операции и применяться технические средства, требования к характеристикам которых приведены в таблице N 2.1.
Типовая схема измерений скорости поверхностной волны в конструкции приведена на рис. 2.2.
Таблица N 2.1
Операции и средства оценки состояния
строительных конструкций
Наименование операции
Технические средства и их нормативно-технические характеристики
Подготовка и проведение измерений
Акселерометры, например типов КД-20 или КВ-12 фирмы MMFR, чувствительностью, соответственно, не менее 10 и 300 мВ/м/с2, частотный диапазон 1 - 300 Гц, не менее 5 шт.;
акселерометры, например типа КД-41, чувствительностью не менее 10 мВ/м/с2;
предусилители, например типа 2623;
соединительные антивибрационные кабели длиной от 5 до 80 м;
согласующие усилители, имеющие режимы измерения ускорения, скорости и перемещения, коэффициент усиления в режиме ускорения до 10 В/мВ, нижняя граница частотного не более 1 Гц;
многоканальный АЦП, например типа Е330 фирмы L-CARD;
ПК с программными средствами;
средства для возбуждения колебаний, например тампер, молоток
Рис. 2.2. Схема измерений скорости
поверхностной волны в конструкции
(А1 - А7 - точки установки акселерометров,
ПУ1, ПУ2 - точки приложения нагрузки)
2.10. Для построения дисперсионных кривых выбирают отдельные измерительные лучи в различных частях поверхности конструкции, а для построения годографов скоростей - измерительные створы, образуемые несколькими измерительными лучами (расстановки с индексами "a" и "b" на рис. 2.2). При этом измерительные лучи располагаются на одной прямой и смещаются относительно друг друга вдоль измерительного створа на постоянный шаг.
2.11. Поверхность мест установки акселерометров подготавливают для установки датчиков, очищая от пыли, отслоившейся краски, и т.п., при необходимости просушивают и покрывают ее тонким слоем пластилина или специальной мастики.
2.12. Схема измерительного комплекса (рис. 2.3) представляет собой последовательное соединение первичных измерительных преобразователей (акселерометров), согласующих усилителей, многоканального АЦП и ПК. Один из каналов измерения отводится под акселерометр, устанавливаемый на ударном грузе для измерения момента приложения и величины импульса ударной нагрузки.
2.13. При выборе точек измерения и типа датчиков следует учитывать характер источника колебаний, интенсивность и длительность колебаний, продолжительность измерений, погрешность измерений, в том числе за счет помех природного и техногенного происхождения. Рекомендуется одновременная трехкомпонентная регистрация колебаний в каждой точке измерения.
2.14. Для возбуждения колебаний подготавливается тампер (молоток), на котором закрепляется пьезоакселерометр. Длительность ударного импульса регулируется амортизирующими прокладками, закрепленными на тампере.
2.15. Тампер представляет собой деревянный брус массой 10 - 12 кг, один из торцов которого имеет форму полусферы или снабжен сферическим наконечником из упругого материала. Акселерометр для измерения нагрузки крепится на втором торце тампера. Для возбуждения низкочастотных волн рекомендуется использовать более тяжелый тампер с мягким наконечником (поролон, пористая резина).
Рис. 2.3. Схема измерительного комплекса
(А1 - Аn, Аy - пьезоэлектрические акселерометры,
АВК1 - АВКn - антивибрационные кабели,
У1 - Уn - согласующие усилители,
ПУ - предусилитель)
Второй этап - математическое моделирование
2.16. Для случаев, когда исследуемая конструкция может рассматриваться как однородное полупространство или однородная плита, акустические характеристики материала конструкции определяются следующим образом:
для полупространства скорость поверхностной волны равна скорости Релеевской волны;
дисперсионная кривая поверхностных (изгибных) волн в плите с заданной скоростью Релеевской волны в ее материале VR и толщине плиты строится путем решения аналитического уравнения вида: