Рис. 5 Общий вид перехода от результатов инструментальных наблюдений к нормируемым параметрам и критериям механической безопасности. Адаптивная пространственная динамическая «мониторинговая» КЭ-модель, которая строится, модифицируется, верифицируется и адаптируется по текущим данным инструментальных наблюдений, как инструмент для:
1) идентификации состояния несущих конструкций инженерных сооружений,
2) интерпретации результатов инструментальных динамических исследований,
3) проверки нормируемых параметров и критериев механической безопасности.

Табл. 1 Результаты идентификации. Оценка сопоставления частот соответствующих форм собственных колебаний для вариантного анализа расчетной модели здания инженерно-лабораторного корпуса «КАТЭК НИИуголь»

Рис. 4 Частоты и иллюстрации форм собственных колебаний КЭ-модели с учетом собственного веса несущих конструкций, фасадов и кирпичных перегородок. Рассмотрен вариант работы каркаса, когда шов между ядрами и перекрытиями включен в работу

Рис. 3 Расчетная КЭ-модель здания «КАТЭК НИИуголь».
Общий вид и фрагмент типового этажа. Цветом показаны типы жесткости конструкций

Тип модели:

оболочно-стержневая

Элементов:

351 588

Узлов:

357 848

Оценка
размерности
системы:

2 147 088

Программный
комплекс:

SCAD, ANSYS Mechanical

Рис. 2 Результаты динамических измерений (частоты и оцифрованные формы резонансных колебаний) по методу стоячих волн (МСВ)

Рис. 1 Общий вид высотного здания инженерно-лабораторного корпуса «КАТЭК НИИуголь» (г. Красноярск)

Некоторые результаты:

В части апробации инженерного подхода предложенной методики идентификации для высотного здания инженерно-лабораторного корпуса «КАТЭК НИИуголь» (г. Красноярск)

Исследованы актуальные научно-технические, нормативные, методические документы по проблеме мониторинга состояния строительных объектов на основе математического (численного) моделирования.

Предложены, описаны и апробированы несколько подходов к решению задач мониторинга состояния несущих конструкций инженерных сооружений. В предлагаемой постановке задача мониторинга не ограничивается наблюдением и упрощенной фиксацией измеряемых параметров, а предусматривает решение задачи параметрической идентификации инерционно-жесткостных свойств несущих конструкций для каждого инструментально зафиксированного состояния несущих конструкций.

Сформулированы требования к современной расчетно-экспериментальной методике мониторинга состояния строительных объектов на основе математического (численного) моделирования.

Выполнен обзор актуальных инструментальных методов мониторинга применительно к задаче идентификации состояния строительных объектов на основе математического (численного) моделирования. Сформированы критерии и требования для методов исследования состояния несущих конструкций.

Выбран базовый инструментальный метод, позволяющий подробно исследовать значимую (для задачи идентификации) части спектра частот / форм резонансных колебаний – метод стоячих волн. Метод предусматривает анализ микроколебаний несущих конструкций различной конфигурации. Источниками микроколебаний выступают микросейсмические колебания основания, воздействие ветра, работа различного оборудования, перемещения людей и прочие факторы.

Описаны и апробированы несколько подходов к решению задач идентификации: инженерный (практико-ориентированный) и математически-формализованный (находящийся в стадии разработки). Представлены особенности применения указанных подходов, соответствующие актуальному уровню развития математического моделирования.

Дана оценка возможностям инженерного подхода. К преимуществам следует отнести универсальность, явный механический смысл варьируемых инерционно-жесткостных параметров. Среди недостатков следует отметить зависимость от инженерной интуиции (задача ставиться в общем виде, направления поиска различных отклонений, повреждений и возможных дефектов неизвестно, зависит от инженера, слабо формализовано); ограниченную применимость подхода в условиях отсутствия явных изменений частот и очертаний векторов форм собственных колебаний; трудоёмкость визуального сопоставления и оформления результатов.

Представлены результаты апробации инженерного подхода для рассмотренного высотного здания инженерно-лабораторного корпуса «КАТЭК НИИуголь» (г. Красноярск).

Дана оценка возможностям математически-формализованного подхода, предусматривающего решение обратной задачи идентификации. Подход позволяет исследовать "контрастные" изменения свойств механической системы и выполнять идентификацию в условиях отсутствия явных изменений частот и очертаний векторов форм собственных колебаний. Среди недостатков следует отметить особенности решения обратных задач (неединственность решения, неустойчивость решения); сложность формализации задачи идентификации и разработки реализующих алгоритмов сравнения и минимизации невязок динамических характеристик; ограниченность алгоритмов сопоставления векторов форм собственных и резонансных колебаний в условиях «зашумленности» оцифрованных данных динамических измерений.

Представлены результаты апробации математически-формализованного подхода для стендовых моделей НИУ МГСУ (стенд «Конструктор», стенд «Этажерка»).

Реализована практическая потребность в разработке методов идентификации конструктивных повреждений и дефектов. Особый интерес представляет разработка и совершенствование математически формализованных подходов, способных выявлять изменения нагрузочных параметров и параметров жесткости конструкций локальной зоны с учетом различных особенностей исследуемых инженерных сооружений.

Сформулированы рекомендации и предложения по использованию результатов НИР при разработке и актуализации нормативно-технических документов: СП 274.1325800.2016 «Мосты. Мониторинг технического состояния», СП 305.1325800.2017 «Здания и сооружения. Правила проведения геотехнического мониторинга при строительстве», СП 328.1325800.2017 «Информационное моделирование в строительстве. Правила описания компонентов информационной модели», СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия».

Решенные задачи:

Разработаны, исследованы и верифицированы методы идентификации состояния несущих конструкций как основы и составной части систем мониторинга системы «основание – несущие конструкции»; выбран актуальный универсальный инструментальный метод фиксации фактического состояния несущих конструкций, зданий, сооружений; выполнена параметрическая идентификация (адаптация) физико-механических свойств разработанных математических конечноэлементных моделей с использованием выявленных по результатам инструментальных динамических измерений частот и форм собственных (резонансных) колебаний; представлены особенности применения указанных подходов, соответствующие актуальному уровню развития математического моделирования.

По итогам выполненной работы сформулированы рекомендации и предложения по использованию результатов НИР при разработке и актуализации нормативно-технических документов: СП 274.1325800.2016 «Мосты. Мониторинг технического состояния»,
СП 305.1325800.2017 «Здания и сооружения. Правила проведения геотехнического мониторинга при строительстве», СП 328.1325800.2017 «Информационное моделирование в строительстве. Правила описания компонентов информационной модели», СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия».

Аннотация:

2024

Год:

ФАУ ФЦС Минстроя России

Заказчик:

Краткий отчет