Технология вибродиагностики объектов дорожного и мостового хозяйства




В ОАО ЦНИИС на протяжении 15 лет разрабатывается технология вибродиагностики строительных сооружений. Она включает в себя пять составляющих: высококвалифицированный персонал; методику испытаний; измерительные и испытательные средства; программные средства автоматизированных испытаний и динамического расчёта; компьютерную базу данных.
Методика вибродиагностики основана на сравнении экспериментальных и расчётных динамических характеристик сооружения. Частотный диапазон выбирается при условии, что в него попадают первые несколько собственных форм колебаний, имеющие максимальную энергетику.
Существует два метода нагружения конструкций: активный и пассивный. Они отличаются по способности точно измерять входное воздействие. При активном способе возбуждения входное воздействие можно не только точно измерить, но для получения наиболее качественных результатов, им следует управлять. При пассивном способе возбуждения входное воздействие не поддаётся прямому измерению. Поэтому к пассивным способам относятся ветровые нагрузки, нагрузки от проходящего транспорта, сейсмический фон.
Наиболее эффективным методом вибродиагностики на сегодняшний день является определение комплексного спектра реакций сооружения от единичного воздействия при гармоническом возбуждении. В лаборатории Вибродинамических испытаний ОАО ЦНИИС этот способ реализован как основной для активной вибродиагностики.
Нагружение конструкций производится с помощью мобильного сейсмовибратора СВ5-150М1А, доработанного Армавирским СКБИМ под задачи вибродиагностики. Управление нагружением и измерения проводятся компьютеро-ориентированной измерительной системой, состоящей из ПЭВМ, пассивной кабельной системы и измерительных датчиков. ПЭВМ применяется со встроенными АЦП-ЦАП, фильтрами низкой частоты и программоуправляемыми усилителями. Измерительные датчики имеют динамический диапазон 90 дБ и позволяют измерять вибрации в диапазоне 0.5 - 100 Гц. Количество измерительных каналов - 16.
Основным достоинством активной вибродиагностики с определением спектра реакций является возможность построения пространственной картины колебаний конструкции, в которую можно объединять данные от последовательных во времени измерений.
Возбуждение конструкции всегда преследует одну цель: возбуждение собственных форм колебаний в предположении какой-либо математической модели. Первые формы колебаний обычно подобны статическому прогибу. Для их возбуждения нагрузка прикладывается в точке максимального прогиба. Для балочных мостов это середина пролёта, для консольных добавляются ещё консольные части, для арочных - % или 1/3 длины пролёта. Статический прогиб также можно определить на частоте возбуждения ниже первой собственной частоты, когда масса конструкции оказывает незначительное влияние на амплитуду колебаний. Коэффициент демпфирования, однозначно связанный с декрементом затухания, оценивается по форме и высоте резонансного пика.
Нормативным документом, позволяющим с помощью технологии вибродиагностики строительных сооружений проводить испытания автодорожных мостов с оценкой их несущей способности, являются «Методические рекомендации по вибродиагностике автодорожных мостов», утвержденные Росавтодором (распоряжение № 2166-Р от 07.08.01 г.).
Для искусственных сооружений типа автодорог, насыпей, подпорных стен с применением габионов и армогрунта технология вибродиагностики также оказалась весьма эффективной. Пример её использования дан в отчёте ОАО ЦНИИС ПЛТКЭ-02-2301 «Оценка динамических характеристик искусственного сооружения из гофрированных металлических элементов» от 2002 года.



А.Н. Звягинцев, к.т.н., Е.И. Павлов,
ОАО«ЦНИИС»