Размещено на http://www.allbest.ru/

ДОНБАСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди

УДК 624.014.042(043.3)

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ВСТАНОВЛЕННЯ ПАРАМЕТРІВ НАПРУЖЕНОГО СТАНУ ЕЛЕМЕНТІВ металевих фермових конструкцій, що експлуатуються, удосконаленим вібраційним методом

Денисов Євген Валерійович

Макіївка - 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Донбаській національній академії будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, доцент

Югов Анатолій Михайлович, Донбаська національна академія будівництва і архітектури, завідувач кафедри технології, організації та охорони праці в будівництві.

Офіційні опоненти:доктор технічних наук, професор

Кулябко Володимир Васильович, Придніпровська державна академія будівництва і архітектури, професор кафедри металевих, дерев'яних і пластмасових конструкцій;

кандидат технічних наук, доцент

Кущенко Володимир Миколайович, Донбаська національна академія будівництва і архітектури, доцент кафедри металевих конструкцій.

Провідна установа:Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка, кафедра конструкцій із металу, дерева і пластмас, Міністерство освіти і науки України.

Захист дисертації відбудеться “ 12 ” жовтня 2006 р. о 10:00 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 12.085.01 Донбаської національної академії будівництва і архітектури за адресою: 86123, Донецька обл., м. Макіївка, вул. Державіна, 2, I навчальний корпус, зал засідань.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Донбаської національної академії будівництва і архітектури (Україна, 86123, Донецька обл., м. Макіївка, вул. Державіна, 2).

Автореферат розісланий “ 11 ” вересня 2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Зайченко М.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

інерційний вібраційний закріплення

Актуальність теми. 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. Одним з таких способів в галузі обстеження та оцінки технічного стану металевих фермових конструкцій є застосування вібраційного методу встановлення напруженого стану елементів конструкцій, розробленого в 70-х роках минулого сторіччя на базі ЦНДІПБК. Однак цей метод не одержав поширення внаслідок низки недосконалостей. Основною недосконалістю методу є складність практичного застосування. 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.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертації відповідає актуальним напрямкам науково-технічної політики України в галузі оцінки технічного стану будівель та споруд, що експлуатуються, відповідно до Постанови Кабінету Міністрів України №409 від 05 травня 1997 р. “Про забезпечення надійності і безпечної експлуатації будівель, споруд та інженерних мереж”, Розпорядження Кабінету Міністрів України від 11 червня 2003 р. № 351-р "Про схвалення Концепції Державної програми забезпечення технологічної безпеки в основних галузях економіки". Дисертація виконана у межах держбюджетних науково-дослідних тем на замовлення Міністерства освіти і науки України: № Д-3-1-97 "Розробка уніфікованого апаратно-програмного комплексу моніторингу і прогнозування технічного стану будівельних металевих конструкцій" (держ. реєстр. №0197U013907); № Д-2-1-00 "Створення теоретичних і технологічних засад технічної діагностики і прогнозування технічного стану будівельних металевих конструкцій" (держ. реєстр. №0301U007128); № К-2-04-01 „Удосконалення аналітичних і чисельних методів в розрахунках просторових будівельних конструкцій” (держ. реєстр. № 0102U002847), а також низки госпдоговірних робіт ДонНАБА.

Мета і задачі дослідження. 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.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета і задачі дослідження, наведені основні результати, що отримані автором, показані їх наукова новизна, практичне значення і реалізація.

У першому розділі відзначається, що в Україні сьогодні тільки в основних галузях народного господарства експлуатується близько 40 млн. тонн будівельних металевих конструкцій, з яких 15-25% становлять фермові конструкції. При цьому за результатами багатьох досліджень 35-40% металевих конструкцій, що експлуатуються, перебувають на межі вибуття та потребують негайної оцінки технічного стану. Проблемам оцінки технічного стану конструкцій присвячені роботи Стрелецького М.С., Мельнікова М.П., Горохова Є.В., Бєлого Г.І., Корчака М.Д., Корольова В.П., Перельмутера А.В., Пічугіна С.Ф., Кулябка В.В., Кущенка В.М., Югова А.М., Філіппова В.В., Лимаренка В.А., Collacott R.A., Le Patner B.B. та ін. Уточненню та аналізу розрахункових схем конструкцій з урахуванням недосконалостей призначені роботи Белені Є.І., Кулябка В.В., Єрмака Є.М., Реброва І.С., Перельмутера А.В., Слівкера В.І., безпосередньо в галузі фермових конструкцій Югова А.М., Сотнікова П.Г., Опланчука А.А., Косорукова В.А., Мелкумян Б.С., Сильвестрова А.В., Чижевського А.Ю., Любимова М.М. та інших дослідників.

Обґрунтовується актуальність створення і застосування таких методів діагностування, що дозволяють знизити затрати ресурсів, та забезпечити необхідну точність і надійність отриманих результатів. Підкреслюється зміст ряду урядових програм і постанов, у яких закладені задачі створення таких методів. Вказується, що у зв'язку з цим в галузі діагностування фермових конструкцій є доцільним використання вібраційного методу встановлення напруженого стану стержньових елементів, який завдяки дослідженням Пікулева М.А., Сперанського Б.О, Крилова М.О., Судакова В.В. отримав поширення при контролі повздовжніх зусиль в арматурних стержнях і канатах. В основі вібраційного методу лежить залежність частоти власних поперечних коливань стержня від поздовжнього зусилля.

Для визначення зусиль в елементах фермових конструкцій вібраційний метод був створений у 70-х роках минулого сторіччя вченими ЦНДІПБК, серед яких слід відзначити Файнберга І.Й, Лур'є Ф.М, Пашкевича О.О., Трулля В.А, та ін. Але, створений метод на сьогоднішній день не отримав поширення. Основною причиною цього є складність його практичного застосування. У відзнаці від арматурних стержнів та канатів точність вібраційного методу для фермових конструкцій дуже чутлива до визначення розрахункової довжини стержня і умов його закріплення. У цьому зв'язку вченими ЦНДІПБК сформульовані фундаментальні принципи уточнення цих параметрів динамічної моделі вібраційного методу на основі їх експериментального визначення. Для уточнення параметрів динамічної моделі були запропоновані два способи. 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. Однак, і процес створення подібної добавки зусилля в натурних умовах, і процес експериментального контролю її величини є досить складними. Другий спосіб - спосіб додаткових зв'язків, припускає установку додаткової П-образної рамки в конструкцію. Трудомісткість цього способу не менше, ніж попереднього, особливо якщо врахувати, що жорсткість згину елементів рамки повинна бути на порядок більше жорсткості згину стержнів конструкції. Тому актуальним є питання створення такого способу уточнення параметрів динамічної моделі вібраційного методу, який був би придатним для застосування в натурних умовах.

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;

- вимога наявності у випробовуваному елементі нормальних напружень, що становлять 0,651,0 від розрахункового опору. При цьому слід зазначити, що при напругах, які перевищують межу пропорційності, відбувається зміна модуля пружності матеріалу, що абсолютно не враховано методом;

- відсутність обмежень на застосування методу при наявність недосконалостей випробовуваного елемента.

Закордонний досвід, представлений у дослідженнях Butzel L.M., Linjama J., Lyon R.H., Sablik M.J. та інших дослідників свідчить про розвиток методів експериментального визначення напруженого стану фермових конструкцій динамічними методами на основі взаємозв'язку механічного імпедансу і поздовжнього зусилля в стержні.

На основі аналізу виконаних раніше досліджень були сформульовані мета і задачі досліджень.

У другому розділі розглянута математична модель вібраційного методу. Процес власних коливань стержневої системи фермового типу при збудженні поперечних коливань одного із стержнів розглянуто у вигляді складових: власних коливань стержньової системи з кінцевою кількістю ступенів динамічної свободи, та поперечних власних коливань навантаженого стержня з розподіленою масою (рис. 1). Закріплення відокремленого стержня реалізовано у вигляді пружних зв'язків виходячи з умов еквівалентності переміщень вузлових точок стержня в складі конструкції і відокремленого від неї. Вивчено вплив жорсткості горизонтальної складової опорних реакцій при коливаннях стержня, і сформульована умова малих коливань, при якої горизонтальною складовою реакції можна зневажити: , де А_max - максимальна амплітуда коливань, і - радіус інерції поперечного перерізу стержня. Отримана при цьому похибка частоти врахована при оцінці точності методу. Величина як лінійної, так і кутової жорсткості опор стержня може бути визначена на основі методів будівельної механіки, як реакція початкової системи від одиничного переміщення в напрямку накладених зв'язків, або зворотним способом, по величині переміщень, що викликані одиничним навантаженням в напрямку накладених зв'язків. Також для конструкцій фермового типу запропоновано наближений спосіб визначення коефіцієнтів кутової жорсткості опор на основі переходу від загальної стержньової системи до системи з кінцевою кількістю стержнів, безпосередньо з'єднаних з розглянутим елементом. З використанням методів будівельної механіки розглянута задача напруженого стану стержня на пружних опорах при статичному навантаженні.

Розрахунковою динамічною моделлю вібраційного методу є вагомий призматичний стержень на пружних опорах, що має деяке поздовжнє зусилля, рівномірно розподілену масу і зосереджену масу в довільній точці (рис. 2).

Розглянуто процес власних поперечних коливань стержня в площині однієї із головних центральних осей інерції, яка проходить через центр згину перерізу. В основному диференціальному рівнянні (1) враховані раніше невраховані інерційні параметри моделі - сили інерції повороту та зсуву поперечних перерізів:

, 1)

Як показали проведені дослідження, неврахування цих параметрів для стержнів невеликої гнучкості (менш 100), приводить до похибки визначення частоти коливань першого тону в 1,5-2%, що у 3-4 рази перевищує похибку її експериментального встановлення, і тому вносить суттєву помилку в отриманий результат вібраційного методу.

Отримано точне рішення диференціального рівняння (1) у вигляді частотного рівняння, корені якого визначаються чисельними методами на ПЕОМ. Досліджено вплив жорсткості опор стержня на частоту власних коливань. При цьому коефіцієнти лінійної с_лін та кутової с_кут жорсткості опор стержня розглядалися у безрозмірних параметрах відповідно S_лін та S_кут:

Встановлено, що застосування лінійно-нерухомих опор, які були використані попередніми дослідниками, можливо тільки при величинах безрозмірних коефіцієнтів лінійної жорсткості s_лін>10⁴. Але ця умова для більшості випадків (особливо для елементів поясів фермових конструкцій) не виконується, тому необхідне застосування пружних опор.

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 (рис. 3). Спосіб є ітераційним і складається з 3-х окремих незалежних кроків (рис. 4).

Перший крок використовується для визначення ефективної довжини L в припущенні, що коефіцієнти кутової жорсткості опор S₃ та S₄ відомі, а коефіцієнти лінійної жорсткості S₁ і S₂ більше 500 (рис. 2). У цих умовах показано, що вплив жорсткості лінійних зв'язків на величину похідної мізерно. Тоді, розглядаючи стани "1" і "2" відповідно стержня без маси і з масою в середині, відзначається, що відношення частот є функцією безрозмірного аргументу , який дорівнює частці зосередженої маси на стержні до маси самого стержня (). Параметр у свою чергу є функцією ефективної довжини L. Таким чином, . Доводиться, що існує єдине можливе значення довжини для даного співвідношення частот, та пропонується спосіб пошуку рішення (рис. 5).

Другий крок використовується для уточнення співвідношення коефіцієнтів кутової жорсткості опор стержня при відомій ефективній довжині стержня L та коефіцієнті приведеної довжини . Коефіцієнт приведення довжини в цьому випадку виступає у вигляді деякої допоміжної характеристики кутової жорсткості обох опор стержня і визначається на підставі наведених у нормах залежностей. Вказується, що функція квадрата власних чисел від відносної координати розташування зосередженої маси на стержні має форму аналогічну формі кривій втрати стійкості стержня (рис. 6). Зсув екстремуму функції від середини відбувається в напрямку найменш жорсткої опори, і максимальна величина зсуву становить 0,102L (при коефіцієнті приведення довжини =0,7). Розглядаються розрахункові стани "3" і "4" з відповідним закріпленням мас на деякій однаковій відстані а>0,102L від середини, та показується, що . Доводиться, що існує єдине можливе значення коефіцієнта для даного співвідношення частот, та пропонується спосіб пошуку рішення.

Третій крок використовується для уточнення коефіцієнта приведення довжини при відомій ефективній довжині L та співвідношенні коефіцієнтів кутової жорсткості . Відомо, що власні числа є функцією жорсткості опорних закріплень при незмінних інших параметрах (рис. 7). Із збільшенням кутової жорсткості опор різниця квадратів власних чисел стержня без маси та з масою в будь-якій точці також збільшується. На цьому принципі заснований крок №3. Розглядаються стани "2" і "3" з відповідним закріпленням маси в середині і на деякій відстані від середини.

Показується, що . Доводиться, що існує єдине можливе значення коефіцієнта для даного співвідношення частот, та пропонується спосіб пошуку рішення.

Весь процес пошуку рішення об'єднується в єдиний ітераційний алгоритм (рис. 4). Спосіб варіації мас є наближеним, тому що є ітераційним рішенням системи рівнянь, яка має множину рішень. Точність отриманого рішення за способом варіації мас досліджувалася при різних величинах нормальних напружень, коефіцієнтів кутової жорсткості опор стержня, початкових похибок коефіцієнтів кутової жорсткості опор, гнучкості стержня. У результаті було доведено, що при початковій похибці величин відносних коефіцієнтів кутової жорсткості не більше 10%, величина отриманих напружень за способом варіації мас має абсолютну похибку не більше =(140/)², що, наприклад, для гнучкості =100 становить 2,5 МПа.

Проведено чисельні дослідження впливу на частоту власних поперечних коливань стержня ділянок з підвищеною жорсткістю згину та розподіленою масою, що викликані наявністю фасонок фермових конструкцій. На підставі цих досліджень розроблені рекомендації щодо визначення початкового значення ефективної довжини стержня L в залежності від конструктивної форми вузлових з'єднань.

Вивчено вплив недосконалостей у вигляді скривлень стержня в площині, із площини конструкції та ослабленій поперечного перерізу. Приведені граничні значення недосконалостей, при яких можливе здійснення вібраційного методу в рамках обговореної похибки.

Зроблено оцінку точності вібраційного методу з використанням способу варіації мас, що включає метрологічні похибки виміру фізичних величин та похибки, які викликані застосуванням в математичної моделі наближених передумов та методів. Величина похибки встановлення нормальних напружень вібраційним методом з використанням способу варіації мас не перевищує

У третьому розділі наводяться результати експериментальних досліджень вібраційного методу із застосуванням способу варіації мас. З цією метою був розроблений і виготовлений спеціалізований стенд на основі моделі фрагмента ферми (рис. 8). Головним чином стенд дозволяє змінювати ефективну довжину випробовуваного елемента, величину відносних коефіцієнтів кутової жорсткості опор, а також величину і напрямок поздовжнього зусилля в стержні. Випробувальний (робочий) стержньовий елемент 1 і елементи решітки 2 формують фрагмент фермової конструкції, та при навантаженні знаходяться в одноосному напруженому стані.

Зміна довжини випробовуваного елемента досягається шляхом зсуву вузлів закріплення стержня до середини (рис. 9). При цьому можливі три значення довжини стержня в осях - 2,187м, 1,787м, 1,387м, що для прийнятого при випробуваннях перерізу із спарених в тавр кутників 40х40 відповідає значенням гнучкості відповідно 179.3, 146.5, 113.7.

Зміна знака поздовжнього зусилля в робочому стержні досягається шляхом установки різних опор важеля: установка опори №1 (поз. 6) приводить до появи в робочому стержні зусиль розтягу, установка опори №2 (поз. 7) приводить до появи зусиль стиску. Принципова кінематична схема роботи конструкції при установці різних опор приведена на рис.10.

Структура експериментальних досліджень була розбита на окремі етапи і стадії. На кожному етапі здійснювалась зміна ефективної довжини стержня, а на кожній стадії змінювався напрямок поздовжнього зусилля в елементі (стиск або розтягання). На останньому етапі випробувань вивчався вплив недосконалостей у вигляді висвердлених отворів на точність методу. Величина повздовжнього зусилля в елементі на кожної стадії змінювалась поступово за 6-7 кроків навантаження.

Випробування по визначенню діючого поздовжнього зусилля в стержні проводились двома незалежними методами - вібраційним методом на основі способу варіації мас і тензометричним методом. Збудження коливань при вібраційних випробуваннях здійснювалося ударним способом за допомогою спеціального гумового молотка і реєстрацією наступних власних коливань стержня (рис. 12). Експериментально вивчений фактор відхилення кута напрямку удару від розрахункового положення, що співпадає з головною центральною віссю інерції стержня (рис. 13).

Реєстрація коливань здійснювалася за допомогою п'єзоелектричного датчика з аналого-цифровим перетворенням за допомогою звукової плати ПК. Процес обробки отриманих віброграм вміщав: розподіл віброграми на окремі процеси коливань, що викликані однократним збудженням; виділення у кожному такому процесі часового інтервалу, що відповідає власним коливанням; гармонічний аналіз процесу власних коливань і побудова амплітудно-частотної характеристики, по якій визначалася частота основного тону власних поперечних коливань стержня. Точність визначення частоти, яка обумовлена розмахом довірчого інтервалу, повинна бути не більше 0,5%, що враховано при розрахунках похибки вібраційного методу. На підставі статистичних розрахунків визначено, що для отримання зазначеної точності потрібно проаналізувати 20-25 окремих процесів власних коливань, статистична обробка яких визначить частоту власних коливань стержня за даних умов.

Величина повздовжнього зусилля, що отримана методом тензометрії, встановлювалась у 8-ми поперечних перерізах стержня з подальшим визначенням середнього значення і довірчого інтервалу при забезпеченості 0,95. Максимальна похибка повздовжнього зусилля, отриманого вібраційним методом, визначалась за формулою (2). Аналізувалися розбіжності середніх значень та довірчих інтервалів отриманих зусиль за двома методами (рис. 14).

Результати експериментальних досліджень показали, що спосіб варіації мас може бути використаний у практичних цілях для уточнення параметрів динамічної моделі. Розрахункові припущення про те, що величина коефіцієнта кутової жорсткості опор, що отримана на основі теоретичного розрахунку, відрізняється від істинного значення не більше ніж на 10%, справедливі. Середня величина розбіжності повздовжніх зусиль, встановлених по двох незалежних методах, становить 8,97%, коефіцієнт кореляції результатів по 52 вимірах склав 0,97. При цьому невиявлене жодного виміру, при якому довірчі інтервали для двох методів не мали би спільних точок. Для забезпечення розрахункової похибки встановленої частоти власних коливань стержня необхідно мати вибірку в 20-25 окремих процесів власних коливань, що були збуджені ударним способом при куті між головною центральною віссю інерції поперечного перерізу і напрямком удару не більш 15⁰.

У четвертому розділі на основі проведених теоретичних і експериментальних досліджень, а також досвіду проведення вібраційних випробувань у натурних умовах розроблена методика застосування вібраційного методу з використанням способу варіації мас при проведенні технічної діагностики фермових конструкцій, структурно-логічна схема якої наведена на рис. 15.

Методика включає деякі умови теоретичного і практичного характеру для вибору стержнів, що підлягають випробуванням. Теоретичні аспекти цих умов наступні:

- нормальні напруження в стержні не повинні перевищувати межі пропорційності для даного виду матеріалу стержня (_пц);

- рекомендується використовувати стержні з гнучкістю не менш 70 (70);

- безрозмірні коефіцієнти відносної лінійної жорсткості кожної з опор динамічної моделі стержня повинні бути не менш 500 (S_лін500);

- вид, кількість і величина дефектів та пошкоджень обраного стержня не повинні перевищувати гранично допустимих величин: вигин у площині ферми - , вигин із площини ферми - , ослаблення перерізу - , при сумарній довжині ослаблень не більше .

Практичні умови вибору стержнів для вібраційних випробувань наступні:

- до середньої частини стержня має бути доступ для установки на стержень датчиків і закріплення на елементі зосередженої маси;

- умови експлуатації повинні дозволяти додаток до випробовуваного елемента ударного впливу в площині ферми.

В запропонованій методиці дані вказівки щодо метрологічної точності вимірів фізичних величин, розмітки стержня та установки датчиків, збудження та реєстрації коливань, камеральної обробки результатів випробувань. Дані рекомендації щодо порядку дій при проведені вібраційних випробувань в натурних умовах.

Особливістю даної конструкції, що викликало необхідність застосування вібраційного методу, було проведення в минулому декількох етапів підсилень з невідомими умовами виробництва робіт. Застосування вібраційного методу дозволило встановити якісну і кількісну картину розподілу зусиль в конструкції та створити розрахункову схему, адекватну реальній конструкції.

Аналогічні дослідження проводилися в 2003р. при проведенні технічної діагностики несучих конструкцій пролітної споруди галереї ЦОФ "Курахівська" (Донецька обл., с.м.т. Курахівка). Особливістю конструктивної схеми пролітної споруди було сховане від візуального огляду розташування вузлів нижнього поясу ферм. Застосування вібраційного методу дозволило визначити працездатний стан схованих вузлів та визначити рівень діючих навантажень. Також досвід практичного проведення вібраційних випробувань отримано на основі випробувань елементів фермових несучих конструкцій установки по переробці шлаків ММК ім. Кірова (Донецька обл., м. Макіївка).

Досвід проведення вібраційних випробувань в процесі технічної діагностики фермових конструкцій підтвердив можливість використання удосконаленого вібраційного методу на основі способу варіації мас у натурних умовах, та був використаний при розробці рекомендацій, що увійшли в запропоновану методику.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ

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 об'єктів 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.).

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

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 з'єднання 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 зв'язками, при ударному впливі від падаючої маси [16].

АНОТАЦІЯ

Денисов Є.В. Встановлення параметрів напруженого стану елементів металевих фермових конструкцій, що експлуатуються, удосконаленим вібраційним методом. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди. - Донбаська національна академія будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України, Макіївка, 2006р.

У дисертації розглядаються теоретичні та експериментальні дослідження вібраційного методу визначення зусиль у стержнях металевих фермових конструкцій, що знаходяться в стані експлуатації. Пропонується новий спосіб експериментального уточнення параметрів динамічної моделі вібраційного методу - спосіб варіації мас. На підставі цього способу удосконалена математична модель вібраційного методу шляхом урахування раніше неврахованих деяких інерційних параметрів моделі і особливостей зовнішніх зв'язків. Запропонований удосконалений вібраційний метод є найбільш простим та має найбільш широку область застосування в порівнянні з попередніми варіантами.

Виконано експериментальні дослідження застосування вібраційного методу за допомогою спеціально створеного стенда. Розроблена та впроваджена методика проведення вібраційних випробувань у процесі технічної діагностики металевих фермових конструкцій.

Ключові слова: фермові конструкції, вібраційний метод, вібродіагностика, спосіб варіації мас.

АННОТАЦИЯ

Денисов Е.В. Определение параметров напряженного состояния элементов эксплуатируемых металлических ферменных конструкций усовершенствованным вибрационным методом. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения. - Донбасская национальная академия строительства и архитектуры Министерства образования и науки Украины, Макеевка, 2006 г.

В диссертации рассматриваются теоретические и экспериментальные исследования вибрационного метода определения усилий в стержнях металлических ферменных конструкций на основе предлагаемого экспериментального способа уточнения параметров динамической модели метода - способа вариации масс.

Содержание диссертации. Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, приведены основные результаты, полученные автором, показаны их научная новизна, практическое значение и реализация.

В первом разделе произведен анализ технического состояния фонда ферменных металлических конструкций Украины, изложены основные проблемы и задачи современной технической диагностики ферменных конструкций. Обобщены результаты ранее проведенных теоретических и экспериментальных исследований в области создания вибрационного метода. Окончательно сформулированы цели и задачи исследования.

Во втором разделе произведены теоретические исследования в области изучения вибрационного метода. Обоснована необходимость введения в расчетную динамическую модель метода ранее не учтенных инерционных характеристик и особенностей внешних закреплений. Изложены основные теоретические принципы способа вариации масс. Предложена усовершенствованная математическая модель вибрационного метода на основе способа вариации масс. Изучена возможность применения вибрационного метода при наличии несовершенств конструкции, приведены предельные величины несовершенств. Произведена оценка точности вибрационного метода при использовании способа вариации масс.

В третьем разделе приводятся результаты экспериментальных исследований усовершенствованного вибрационного метода с использованием способа вариации масс. Исследования выполнялись при помощи специализированного стенда на основе полномасштабного фрагмента фермы, позволяющего изменять основные расчетные параметры динамической модели метода. Результаты, полученные вибрационным методом, сравнивались с результатами, полученными тензометрическим методом. Для возбуждения колебаний использовался ударный метод. Исследовались основные аспекты применения ударного метода при вибрационных испытаниях, даны рекомендации практического характера к обработке результатов.

В четвертом разделе на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований, а также опыта натурных вибрационных испытаний разработана методика применения вибрационного метода с использованием способа вариации масс при проведении технической диагностики металлических ферменных конструкций в натурных условиях. Приведены результаты внедрения данной методики при проведении технической диагностике на трех объектах промышленного назначения Украины.

В выводах приводятся результаты экспериментальных и теоретических исследований усовершенствованного вибрационного метода с использованием способа вариации масс.

Ключевые слова: ферменные конструкции, вибрационный метод, вибродиагностика, способ вариации масс.

SUMMARY

Denisov E.V. Definition of parameters of the intense status of elements maintained metal truss structure the advanced vibrating method. - Manuscript.

The Thesis for the Candidate Degree, Speciality 05.23.01 - Engineering Structures, Buildings and Constructions. - The Donbas National Academy of Civil Engineering and Architecture of the Ministry of Education and Science of Ukraine, Makeevka, 2006.

In the dissertation are considered theoretical and experimental researches of a vibrating method of definition of efforts in cores metal truss structure which are in a status of operation. The new way of experimental specification of parameters of dynamic model of a vibrating method is a way of weights-variation. On the basis of this way the mathematical model of a vibrating method by the accounting before not considered some inertial parameters of model and features of external connections is advanced. The offered advanced vibrating method is the most simple and has the widest scope in comparison with the previous variants.

Experimental researches of application of a vibrating method by means of specially created stand are executed. The technique of carrying out of vibrating tests during technical diagnostics metal truss structure is developed and introduced.

Keywords: truss structure, vibrating method, vibration-based diagnostics, a way of weights-variation.

Размещено на Allbest.ru