IDENTIFICATION OF THE IMPACT POSITION IN A REINFORCED CONCRETE STRUCTURE BASED ON THE ANALYSIS OF THE RESPONSE OF VIBRATION SENSORS

R. V. Tsvetkov; Цветков Р. В.; I. N. Shardakov; Шардаков И. Н.; I. O. Glot; Глот И. О.; G. N. Gusev; Гусев Г. Н.; V. V. Yepin; Епин В. В.; A. P. Shestakov; Шестаков А. П.

doi:10.15593/perm.mech/2022.4.10

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА УДАРА В ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ КОНСТРУКЦИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ АНАЛИЗА ОТКЛИКА ВИБРОДАТЧИКОВ

Авторы: Цветков Р.В.¹, Шардаков И.Н.¹, Глот И.О.¹, Гусев Г.Н.¹, Епин В.В.¹, Шестаков А.П.¹
Учреждения:
1. Институт механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук
Выпуск: № 4 (2022)
Страницы: 103-115
Раздел: Статьи
URL: https://ered.pstu.ru/index.php/mechanics/article/view/3730
DOI: https://doi.org/10.15593/perm.mech/2022.4.10
Цитировать

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Статистика

Аннотация

Представлены результаты эксперимента по исследованию вибрационного отклика крупномасштабной железобетонной модельной конструкции на импульсную ударную нагрузку. Нагрузка была приложена ко всем основным элементам конструкции (колоннам, ригелям и плитам перекрытий) и представляла собой однотипные удары по нормали к по-верхностям элементов. Вибрационный отклик регистрировался системой датчиков-акселерометров, распределенной по элементам конструкции и синхронизированной с акселерометром, установленным на ударнике. Результаты измерений виброграмм ускоре-ний сохранены в виде числовых массивов. Массив виброграмм, зарегистрированных всем комплексом датчиками в ответ на диагностические удары по основным конструктивным элементам, составил вибрационный портрет конструкции. В результате обработки этой информации получен массив данных о времени распространения вибрационного сигнала от каждого источника сигнала до каждого из датчиков системы регистрации (базовый мас-сив откликов). Полученные данные использованы для решения задачи о локации произвольного удара по конструкции. Для этого вибрационный отклик, зарегистрированный системой датчиков при произ-вольном ударе, сопоставлялся с базовым массивом откликов. Сопоставление производилось на основе вычисления коэффициентов парной корреляции. Полученное пространственное распреде-ление коэффициентов корреляции позволило идентифицировать позицию приложения ударной нагрузки, связав ее с элементом конструкции, которому соответствует максимальное значение коэффициента корреляции. Предложенный алгоритм продемонстрирован на примере, где в каче-стве неизвестной нагрузки выступил один из диагностических ударов, использованных при получе-нии базового вибропортрета. В численном эксперименте, выполненном с использованием предло-женного алгоритма, установлено, что точность определения места удара сопоставима с характер-ным шагом элементов модельной конструкции и продемонстрировано, как точность соотносится с количеством датчиков системы регистрации и их распределением по конструкции. Разработанный алгоритм идентификации места приложения ударной нагрузки может эффективно использоваться при разработке автоматизированных систем деформационно-го мониторинга.

Ключевые слова

вибродиагностика, локация, эксперимент, железобетонная конструкция, импульсная ударная нагрузка, идентификация места воздействия, вибрационный отклик, обработка сигналов, корреляционный анализ, деформационный мониторинг.

Полный текст

Задача по определению места ударного механиче-ского воздействия на деформируемый объект имеет место в различных областях науки и техники. В частно-сти, ее решение важно при организации мониторинга «здоровья» конструкции (Structural health monitoring), основной целью которого является оценка и прогноз механического состояния объекта. Идентификация внешней возмущающей силы представляет интерес, например, для контроля несанкционированного доступа к объекту, для определения места ударного контакта при анализе работы спортивного инвентаря [1], для оценки параметров карьерных взрывов [2] т.д. Задача определения места внутренних импульсных воздействий важна для нахождения очагов землетрясения по результатам сейсмических измерений [3; 4] или для нахождения источника акустической волны в образце при использовании метода акустической миссии [5]. Часто решение этой задачи рассматривается для объектов, представляющих собой однородные упругие тела – стержень, пластина, полупространство и т.п. Для таких идеальных случаев методы локации изучены еще в XX в. [6]. Современные исследования в этой области посвящены способам определения места ударного воз-действия в пластинах из композитов [7–12], пластинах с вырезами [13–15], различных балках [16], элементах аэрокосмических конструкций [17–20], а также в дета-лях строительных конструкций из железобетона, таких как корпус реактора [21], фермы [22], колонны [23; 24], плиты [25; 26]. Однако реальные природные и технические объек-ты имеют сложную геометрию и неоднородные меха-нические свойства. Строительные сооружения состоят из большого числа взаимодействующих между собой элементов с различными механическими свойствами и сложным образом расположенных в пространстве. В этих условиях распространение по элементам конст-рукции вибрационных процессов от места локализации импульсного воздействия имеет сложный пространст-венно-временной характер. Так, в работе [27] с помо-щью численного моделирования продемонстрировано, как при ударе по одной из колонн 4-этажной бетонной конструкции деформационная волна распространяется по межэтажному перекрытию, «перетекая» по колоннам с этажа на этаж. В значительной степени указанные обстоятельства обусловливают сложности решения задачи об определении места импульсного воздействия. Решению задачи локации в подобных конструкциях посвящено сравнительно небольшое количество работ, при этом в основном исследуются каркасные конструкции [28; 29]. В связи с этим исследования, связанные с определением места ударного воздействия в реальных строительных сооружениях, являются ак-туальными. В данной статье приведены результаты экспериментально-теоретических исследований по разработке подхода для определения места ударного воздействия на основе анализа вибрационных процессов. Возможности метода продемонстрированы на примере железобетонной четырехэтажной конструкции.

Об авторах