автореферат диссертации по строительству, 05.23.17, диссертация на тему:Натурные исследования динамических характеристик гражданских и энергетических объектов

Сергеевцев Евгений Юрьевич

На правах рукописи

НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРАЖДАНСКИХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Специальность 05.23.17 - Строительная механика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 НОЯ 2012

Москва 2012

005055392

005055392

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный строительный университет».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Шаблинский Георгий Эдуардович

Официальные оппоненты: Дашевский Михаил Аронович, доктор

технических наук, старший научный сотрудник ООО «Вибросейсмозащита», технический директор

Дмитриев Владимир Георгиевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Детали машин» Московского государственного открытого университета имени B.C. Черномырдина

Ведущая организация: Проектно-конструкторский филиал (ОАО),

«Концерн Росэнергоатом»

Защита состоится «7» декабря 2012 г. в 14 час. 30 мин. На заседании диссертационного совета Д 212.138.12 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, ауд. № 9 «Открытая сеть».

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет».

Автореферат разослан «6» ноября 2012 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета Анохин Николай Николаевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Современные компьютеры и программное обеспечение к ним позволяют решать задачи строительной механики практически любой сложности. Однако при расчетах сложных строительных конструкций возникают проблемы построения их расчетных схем, адекватных реальному сооружению. Неопределенными бывают характеристики связей между элементами конструкций, наличие не несущих элементов конструкций (например, различного рода перегородок), влияние неоднородной структуры фрагментов конструкций (например, многослойных фрагментов), интегральные характеристики грунтов основания, неопределенная жесткость связей. Обычно в таких случаях при построении расчетных схем принимают решения, которые априори идут в запас прочности конструкций. Однако при этом остается неопределенным реальный запас их прочности. При динамических расчетах неадекватность расчетных предпосылок может привести к существенным отличиям их результатов от реальной работы конструкций, а значит, и неправильному учету нагрузок.

Динамические характеристики являются интегральными параметрами всего сооружения. Сопоставление натурных и расчетных динамических характеристик является наиболее удобным и точным способом проверки адекватности той или иной расчетной схемы сооружения. Поэтому правильно проведенное исследование динамических характеристик и последующая верификация расчетной схемы является важнейшими задачами строительной науки. Особенной важным этот аспект являются для зданий и сооружений высокого класса ответственности, таких как АЭС и высотные здания.

Цели диссертационной работы:

• Дальнейшее развитие методики натурных динамических исследований зданий и сооружений в следующих направлениях:

— изучение принципов работы современных датчиков, проведение натурных исследований для оценки и сравнения качественных характеристик и эффективности работы различных датчиков;

— внедрение в работу современного виброизмерительного оборудования;

— проведение ряда натурных экспериментов для отработки различных методик натурных исследований;

— составление рекомендации по выполнению натурных динамических исследований.

• Проведение натурных исследований динамических характеристик ряда защитных оболочек реакторов ВВЭР1000, работающих в штатных режимах на четырех АЭС, с применением различного оборудования. Проведение условного мониторинга исследованных сооружений на основе полученных данных.

• Построение расчетных моделей типовой оболочки реактора ВВЭР-1000 с обстроем. Проведение расчетов динамических характеристик построенных моделей, сопоставление результатов расчетов с натурными данными, оценка влияния различных параметров на собственные частоты модели.

• Проведение натурных исследований динамических характеристик высотных зданий и согласование их результатов с данными расчетов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

• Создана комплексная экспериментальная база для натурных динамических исследований зданий и сооружений.

• Исследованы натурные динамические характеристики 10-ти защитных оболочек реакторов ВВЭР-1000 при работе их в штатном режиме. Впервые проведен «условный динамический мониторинг» однотипных конструкций оболочек, возведенных примерно на одинаковых грунтовых основаниях. Такой мониторинг, позволил, в частности, определить дефект в конструкции купольного покрытия одной из оболочек.

• Произведены расчеты двух моделей: всего сооружения на упругом основании и купольного покрытия защитной оболочки. Проведена верификация моделей на основе натурных данных. Определено влияние упругости грунта основания, прочности бетона и силы преднапряжения армоканатов на собственные частоты здания.

• Выполнены натурные исследования динамических характеристик трех высотных зданий. Выработаны рекомендации по верификации расчетных моделей высотных зданий на основе динамического мониторинга.

Достоверность результатов обеспечена системой калибровки измерительного оборудования, гарантированной фирмами-изготовителями и Научно исследовательским институтом экспериментальной механики Московского государственного строительного университета (НИИЭМ МГСУ), а также строгостью постановки задачи и использованием лицензионных программных комплексов при выполнении расчетов.

Практическая значимость.

• Создана современная комплексная экспериментальная база для натурных динамических исследований зданий и сооружений.

• Исследованы динамические явления защитных оболочек атомных реакторов ВВЭР-1000 при работе их в штатном режиме, что дало основание для продления сроков их эксплуатации.

• С учетом результатов натурных экспериментов произведены, построены и рассчитаны две компьютерные модели: всего сооружения реакторного отделения на упругом основании и купольного покрытия защитной оболочки, выполнена верификация моделей на основе натурных данных. Определено влияние упругости грунта основания, прочности бетона и силы преднапряжения армоканатов на собственные частоты здания.

• Проведены натурные исследования динамических характеристик трех 40-этажных высотных зданий различной архитектуры, положившие основу их стационарного динамического мониторинга.

• Внедрение результатов

Полученные в ходе исследований результаты были использованы наряду с результатами других исследований при продлении сроков эксплуатации:

— 4-го блока Нововоронежской АЭС;

— 1-го и 2-го блоков Ростовской АЭС;

— 1-го, 2-го, 3-го и 4-го блоков Балаковской АЭС;

— 1-го, 2-го и 3-го блоков Калининской АЭС;

— 1-го, 2-го, 3-го и 4-го блоков Кольской АЭС.

Результаты исследований натурных динамических характеристик здания жилищного комплекса «Кроет» послужили основой для составления и реализации проекта его стационарного мониторинга.

Проведен динамический мониторинг арочного навеса и пешеходной галереи в аэропорту Шереметьево-3.

Апробация работы

• Отдельные результаты докладывались на Международной научной конференции «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании». / МГСУ, 2011.

• На заседании кафедры прикладной механики и математики 22 мая 2011 года в виде доклада и последующего обсуждения.

Публикации

По материалам данной работы опубликовано 9 статей. Из них три в журнале «Сейсмостойкое строительство Безопасность сооружений», четыре - в Вестнике МГСУ.

На защиту выносятся:

• Методика проведения натурных динамических исследований.

• Результаты натурных динамических исследований и условного мониторинга 10-и оболочек реакторов ВВЭР-1000.

• Результаты проведенной работы по верификации расчетных моделей сооружения типовой оболочки реактора ВВЭР-1000 с обстроем.

• Результаты проведенных натурных динамических исследований трех высотных зданий в городе Москве и согласование их с результатами расчетов.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, общих выводов и списка литературы. Объем работы 154 стр., включая 113 графика и рисунка, 24 таблицы и список литературы из 131 наименований из которых 2 иностранных наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы, а также сформулирована цель диссертационной работы.

Первая глава содержит обзор методик проведения натурных динамических исследований. Она состоит из трех частей.

В первой части рассматриваются данные по нескольким более ранним исследованиям динамических характеристик высотных зданий в Москве.

Во второй части речь идет о натурных динамических исследованиях недостроенного сооружения энергоблока Крымской АЭС с реактором ВВЭР-1000. Благодаря тому что сооружение не было введено в эксплуатацию, оболочка реактора с обстроем стали универсальным полигоном для натурных экспериментов. На этом объекте проводились исследования резонансным и импульсным методами, которые невозможно применять в условиях работающей АЭС.

Третья часть посвящена анализу современного виброизмерительного оборудования. Представлены данные по принципам работы и организации обратной связи следующих датчиков: СМ-3 НИИФЗ, СМО-бТБ фирмы Оига1р, ЬЕ-301ке фирмы кппаЛг и 5Р400 фирмы Еегйес. Все рассмотренные датчики относятся к маятниковым велосиметрам.

В выводах по первой главе сформулированы основные цели, на которых решено, сосредоточиться при постановке диссертационных задач.

Вторая глава содержит данные о методике проведения натурных динамических исследований, а также сведения об эффективности работы современного виброизмерительного оборудования, Глава состоит из двух частей.

Во введении второй главы дается краткое описание трех методов проведения натурных динамических исследований: резонансного, импульсного и фонового, а также описываются два класса виброизмерительной аппаратуры: акселерометры и велосиметры.

Первая часть посвящена методикам проведения натурных динамических исследований, она разделена на 7 подпараграфов.

В первом подразделе первой части подробно рассказывается о резонансном методе проведения натурных динамических исследований.

Суть резонансного метода состоит в регистрации эффекта резонанса между вынужденными гармоническими колебаниями, создаваемыми специальной вибромашиной и собственными колебаниями объекта исследования. Изложены методика проведения экспериментов (варианты с дискретным и непрерывным сканированием), описание и принципы работы специального оборудования, используемого для создания гармонических колебаний воздействующих на объект исследования.

Во втором подразделе первой части представляется пример натурных динамических исследований с применением резонансного метода. В качестве объекта исследований выступает плотина Саяно-Шушенской ГЭС. В частности, приводятся описание конструкции плотины СШ ГЭС, схема расположения точек измерения колебаний, полученные после обработай записей энергетические спектры колебаний, а также построенные формы собственных колебаний плотины.

В третьем подразделе первой части подробно рассматривается импульсный метод исследования. Суть импульсного метода заключается в регистрации колебаний исследуемого объекта от приложенной к нему импульсной нагрузки.

В четвертом подразделе первой части представлены данные натурных динамических исследований импульсным методом двух объектов металлического арочного навеса в аэропорту Шереметьево-3 и строящегося монолитного железобетонного здания плавательного бассейна в г. Анапе. При проведении работ на арочном навесе импульсная нагрузка создавалась прыжком человека. На здании плавательного бассейна для создания импульса достаточной силы были использованы специальные бетонные грузы массами 1,2 и 2,5 т. В подразделе приведены примеры записей колебаний, полученных в различных точках исследованных конструкций, из которых видно, что при приложении импульсных нагрузок удалось возбудить собственные колебания зданий.

В пятом подразделе первой части речь идет о фоновом методе натурных динамических исследований. Суть фонового метода натурных динамических исследований состоит в регистрации микроколебаний исследуемого сооружения от фонового вибрационного воздействия, создаваемого проезжающим транспортом, работой различного оборудования, пульсацией ветра и микросейсмическими колебаниями. Часто фоновый метод является единственно возможным, например, при исследовании объектов атомной энергетики или заселенных жилых зданий.

В шестом подразделе первой части рассматриваются результаты исследования динамических характеристик здания административного корпуса МГСУ. Эксперименты проводились с целью отработки возможности исследования фоновым методом высотных зданий. Точка измерения колебаний располагалась на 21-м этаже здания. В результате проведенных исследований были зарегистрированы 3 низшие собственные частоты здания.

Седьмой подраздел первой части посвящен составлению рекомендаций по отработанным методикам проведения натурных исследований. По результатам проведенной работы составлены следующие рекомендации:

Резонансный метод

• Первоначально проводить непрерывное сканирование диапазона частот для определения собственных частот исследуемого объекта.

• Для получения материала для построения форм собственных колебаний необходимо проводить дискретное сканирование с шагом частоты не более 0,1 Гц.

Импульсный метод

• Проводить запись достаточного количества идентичных импульсов (не менее 10-ти) для использования статистической обработки с малой выборкой.

• Точки приложения импульсной нагрузки располагать в зависимости от решаемой в эксперименте задачи - определение собственной частоты всего сооружения или только отдельного его фрагмента.

Фоновый метод

• Устанавливать точки измерения колебаний на несущих конструкциях в местах с максимальными прогибами.

• Использовать чувствительную аппаратуру, предпочтительно велосиметры.

• При необходимости, комбинировать фоновый метод с импульсным.

Во второй части второй главы речь идет о виброизмерительном

оборудовании. Глава разбита на два подраздела.

В первом подразделе второй части приводятся подробные описания и паспортные данные виброизмерительных датчиков. Для изучения и оценки качественных характеристик было выбрано три современных датчика различных марок: СМО-6ТО, велосиметр фирмы Оига1р; 8Р400, велосиметр фирмы ЕехПес; ЬЕ-ЗсИНе, велосиметр фирмы Ьеппайг. В подразделе представлены описания датчиков и их паспортные данные. В этом же подразделе приведено описание датчика СМ-Зм ИФЗ с установленным усилителем сигнала. Фото указанных датчиков представлены на рисунке 1.

Все виброизмерительные приборы, используемые при проведении натурных исследований, включая первичные сейсмометры и АЦП, прошли калибровку и имеют поверочные листы, коэффициенты пересчета, гарантированные фирмами-производителями.

Рисунок 1 - Общие виды виброизмерительных датчиков

Во втором подразделе второй части представлены данные натурных исследований, проводившихся с целью оценки качественных характеристик и эффективности работы выбранных образцов виброизмерительного оборудования. Были проведены исследования двух объектов: арочного

навеса в аэропорту Шереметьево-3 и 18-и этажного железобетонного жилого здания в городе Москве. В ходе исследований проводились синхронные записи одновременно тремя новыми датчиками и с уже зарекомендовавшим себя виброметром СМ-Зм.

По результатам проведенных исследований составлена таблица 1, в которой представлены показатели датчиков по основным параметрам. Параметры оцениваются либо по наличию - отсутствию, либо по значению, либо по условной 10-бальной шкале, 10-баллам которой соответствует лучший из рассматриваемых датчиков.

Таблица 1 - Характеристики виброизмерительных датчиков

Параметр СМ-Зм CMG-6TD SP400 LE-3Dlite

Первичный регистрирующий элемент Пассивный мсханич еский маятник Механически й маятник с электромагнитной обратной связью Молекулярно-жидкостный датчик с мегнито-гидродинамической обратной связью Пассивный механич еский маятник

Встроенный блок АЦП нет да нет нет

Возможность синхронизации времени по GPS нет да нет нет

Удобство при эксплуатации 4 5 10 9

Нижний предел чувствительности по частоте, Гц 0,5 0,03 0,1 1,0

Отсутствие трендов (сверхнизких частот вызванных смещением инерционной массы) 10 3 8 10

Третья глава посвящена натурным исследованиям динамических характеристик оболочек реакторов ВВЭР-1000. Третья глава разбита на 2 части.

В первой части дается описание типовых конструкций оболочек реакторов ВВЭР-1000. Оболочка реактора выполнена из монолитного железобетона, имеет цилиндрическую форму с купольным сферическим покрытием. Внутренний диаметр цилиндрической части - 45 м, отметки низа и верха цилиндрической части: соответственно +13,20 м и +61,57 м, отметка верха купольной части +66,45, толщина стен цилиндрической части -1200 мм, толщина купольной части - 1100 мм. Внутренний радиус сферического купола - 35 м. Обстрой расположен вокруг оболочки. Защитная оболочка и обстрой сооружены на верхней монолитной железобетонной плите толщиной 2,4 м над фундаментной частью

конструкции реакторного отделения общей высотой (глубиной) 13 м. Фундамент, общий под всем зданием, выполнен в виде монолитной ж/б плиты, толщиной 2,4 м. Общий вид оболочки с обстроем показан на рисунке 2. Существует также проект реакторного отделения, в котором оболочка выполняется отдельно стоящей на собственном фундаменте.

Рисунок 2 - Общий вид оболочки с обстроем

Вторая часть третьей главы разбита на 5 подразделов. В подразделах 1, 2, 3 и 4 представлены описания и результаты натурных экспериментов, проведенных на 4-х АЭС, в 5-м подразделе представлены общие выводы по проведенным динамическим исследованиям оболочек реакторов ВВЭР-1000.

Всего было исследовано 10 оболочек реакторов ВВЭР-1000 на 4-х АЭС, работающих в штатном режиме. Исследованным объектам были присвоены условные обозначения:

Оболочка № 1 - оболочка реактора 4-го энергоблока Нововоронежской АЭС.

Оболочка № 2 - оболочка реактора 1 -го энергоблока Ростовской АЭС.

Оболочка № 3 - оболочка реактора 2-го энергоблока Ростовской АЭС.

Оболочка № 4 - оболочка реактора 1-го энергоблока Балаковской АЭС.

Оболочка № 5 - оболочка реактора 2-го энергоблока Балаковской АЭС.

Оболочка № 6 - оболочка реактора 3-го энергоблока Балаковской АЭС.

Оболочка № 7 - оболочка реактора 4-го энергоблока Балаковской АЭС.

Оболочка № 8 - оболочка реактора 1-го энергоблока Калининской АЭС.

Оболочка № 9 - оболочка реактора 2-го энергоблока Калининской АЭС.

Оболочка № 10 - оболочка реактора 3-го энергоблока Калининской АЭС.

Схемы расположения точек измерения на всех исследованных оболочках были идентичными. На оболочках с обстроем точки измерения располагались: в центре купольного покрытия, на опорном кольце купольного покрытия, на покрытии обстроя и на фундаментной плите. На отдельно стоящих оболочках

точки располагались: в центре купольного покрытия, на опорном кольце купольного покрытия и на грунте рядом с исследуемым объектом.

В результате проведенных натурных экспериментов были получены записи колебаний исследованных объектов. Примеры полученных записей показаны на рисунках 3 и 4.

на купольном покрытии отдельно стоящей оболочки

купольного покрытия от импульсной нагрузки, приложенной в этой же точке

После построения и анализа энергетических спектров колебаний был получен набор собственных частот исследованных объектов в диапазоне от 1 до 20 Гц. Данные, полученные на различных объектах, обобщены и сравнены между собой, в результате чего все зарегистрированные частоты разбиты на 3 условных группы:

— собственные частоты всего сооружения как жесткого тела на упругом основании;

— собственные частоты цилиндрической части оболочки реактора и обстроя;

— собственная частота купольного покрытия оболочки реактора.

Значения собственных частот всех исследованных объектов представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Частоты собственных колебаний исследованных оболочек реакторов ___

Номер Оболочки Низшие частоты колебаний Частоты конструкций оболочки и обстроя Частота купольного покрытия

1 1,61; 1,75 - 17,6

2 1,40; 1,90; 2,31 6,5-6,8; 7,7; 8,3 17,0

3 1,65; 2,3 6,4-6,7; 7,8 17,6

4 1,27; 1,38-1,47; 1,76; 2,34 4,96; 5,48; 6,68; 8,08-8,14; 9,90 19,5

5 1,30-1,32; 1,40; 1,76-1,77; 2,30-2,31 7,5; 8,3-8,4; 9,0; 9,5 13,3

6 1,30-1,32; 1,40; 1,8; 2,20-2,40; 4,40-4,64; 6,50-6,75; 9,5-9,9 18.0

7 1,41-1,45; 1,30-1,34 1,96-2,00; 2,18м2,26 4,40-4,56; 6,55-6,85; 7,40-7,77; 9,70-9,90 19,5

8 1,75; 1,84 - 18,3

9 1,87; 2,02 - 18,7

10 1,69; 1,83 2,11; 2,80; 4,38; 4,70; 5,29; 6,40-6,57; 10,70; 13,60; 14,9 18,5

Большое количество однотипных объектов позволило провести условный мониторинг - сравнение динамических характеристик различных объектов. Наиболее интересные данные были получены при таком мониторинге купольных покрытий оболочек реакторов. Собственные частоты купольных покрытий всех оболочек кроме оболочки № 5 составляют от 17,6 до 19,5 Гц. Собственная частота купольного покрытия оболочки № 5 составляет 13,3 Гц, что на 25-30 % ниже, чем на остальных. При проведении исследований на оболочке № 5 визуально было отмечено нарушение геометрии купола покрытия. Кривизна купола нарушена, так что с одной из сторон имеется плоский участок от опорного кольца почти до вершины купола. Этот дефект, возможно, и стал причиной снижения собственной частоты купольного покрытия оболочки № 5. Кроме дефекта геометрии купольного покрытия в качестве предполагаемых причин снижения собственной частоты были выдвинуты:

--снижение прочности бетона покрытия;

--снижение силы преднапряжения в 72-х армоканатах,

проложенных в куполе.

В заключении главы 3 подводятся итоги проведенных натурных динамических исследований, а также указывается необходимость проведения

расчетов типовой оболочки реактора для выяснения истинной причины снижения ее собственной частоты.

Четвертая глава посвящена проведению и анализу расчетов типовых моделей оболочки реактора ВВЭР-1000 с обстроем. Глава разделена на две части.

В первой части четвертой главы проводится расчет модели всего сооружения оболочки реактора с обстроем на упругом основании.

Первая часть четвертой главы разбита на 3 подраздела.

В первом подразделе первой части приводится описание расчетной модели. Моделирование выполнялось в расчетном комплексе ANSYS, модель строилась в трехмерной постановке из элементов типа solid. Расчеты проводились совместно со специалистами НОЦ КМ МГСУ под руководством профессора A.M. Белостоцкого. Общий вид модели показан на рисунке 5.

Рисунок 5 - Общий вид модели типовой оболочки с обстроем Второй подраздел первой части посвящен результатам расчета модели типовой оболочки реактора ВВЭР-1000 с обстроем на упругом основании. В результате расчетов были получены собственные частоты и соответствующие им формы колебаний.

Таблица 3 - Собственные частоты модели

Номер частоты Значение, Гц Примечания

1 0,537 Частоты всего здания в целом как жесткого тела на упругом основании.

2 0,538

3 0,886

4 1,092

5 1,216

6 1,217

7 4,96 Совместная частота колебаний обстроя и оболочки реактора.

Продолжение таблицы 3

Номер частоты Значение, Гц Примечания

8 4,97 Частота колебания обстроя.

9 5,94 Частота колебания обстроя.

10 6,64 Частота колебания обстроя.

11 7,48 Частота колебания оболочки реактора.

12 7,52 Частота колебания оболочки реактора.

13 7,64 Частота колебания оболочки реактора.

В третьем подразделе первой части приводится сравнение данных расчета модели типовой оболочки реактора ВВЭР-1000 с обстроем с результатами натурных динамических исследований.

Наиболее интересными, с точки зрения верификации расчетной модели, являются первые две симметричные частоты модели, так как эти частоты лучше других проявились при натурных исследованиях. Значения этих частот, полученные при расчете, оказались в 2,5 раза меньше натурных. Для верификации модели было предложено увеличить модули деформации грунтов основания, для этого все модули деформаций грунтов умножались на линейный коэффициент. На рисунке 6 показан график зависимости значений собственной частоты от линейного коэффициента модулей упругости.

гц/

1-я частота

2 ' —Г* ~ і

1 - І I ;

о і 111 і І і

1 10 20 30 40 50 60 Множитель

Рисунок 6 - Зависимость первой собственной частоты модели от линейного коэффициента модулей деформации грунтов основания. Расчетное значение 1-й частоты совпадает с натурным значением при линейном коэффициенте модулей упругости грунтов 8-10. Таким образом, можно утверждать, что модель верифицирована на основе натурных данных и получены реальные значения динамических модулей деформации грунтов основания.

Во второй части четвертой главы представлены результаты расчета модели купольного покрытия оболочки реактора, а также работы по оценке влияния различных параметров на собственные частоты модели. Вторая часть разбита на 4 подраздела.

В первом подразделе второй части приведено подробное описание конструкции купольного покрытия оболочки реактора ВВЭР-1000. В частности приводятся схемы расположения преднапрягаемых армоканатов в

купольной части и параметры материалов, из которых выполнены элементы конструкции.

Второй подраздел второй части посвящен описанию модели купольного покрытия. Моделирование выполнялось в расчетном комплексе ANSYS, модель строилась в трехмерной постановке из элементов типа solid, армоканаты моделировались элементами типа beam. Расчеты проводились совместно со специалистами НОЦ КМ МГСУ под руководством профессора A.M. Белостоцкого. Общий вид модели показан на рисунке 7.

Рисунок 7 - Общий вид модели купольного покрытия оболочки реактора

В третьем подразделе второй части представлены результаты расчета. Были получены собственные частоты и соответствующие им формы построенной модели. Первая собственная частота модели составила 17,6 Гц, что очень хорошо согласуется с результатами натурных исследований на большинстве объектов. Форма колебаний, соответствующая этой частоте показана на рисунке 8.

реактора ВВЭР-1000 15

В четвертом подразделе второй части приводится оценка влияния различных параметров на собственные частоты модели купольного покрытия.

В результате проведенной серии расчетов, при которой в модель закладывались различные значения усилия преднапряжения, было установлено, что преднапряжение армоканатов не оказывает заметного влияния на собственные частоты оболочки реактора.

Далее была проведена серия расчетов с различными значениями прочности бетона купольного покрытия. По результатам расчетов был построен график зависимости собственных частот купола покрытия от класса бетона (рисунок 9).

Полученные зависимости частот от прочности бетона позволяют объяснить изменение собственных частот в пределах 17,0-18,0 Гц, небольшими различиями в прочности бетона, из которого изготовлены купольные покрытия оболочек реакторов. Однако снижением прочности

бетона конструкций нельзя объяснить столь большого уменьшения значения

собственной частоты купола как то, что было зарегистрировано экспериментально на

оболочке №5. Значение собственной частоты купола 13,3 Гц соответствует прочности бетона класса В 12,5 при проектном классе бетона В50, такое положение представляется маловероятным. Таким

образом, можно утверждать, что из всех рассмотренных причин снижения

собственной частоты купола оболочки № 5 действительной является именно дефект геометрии купола.

В заключении

Рисунок 9 - Зависимости собственных четвертой главы обобщаются частот модели купола оболочки реактора все результаты проведенной от прочности бетона работы по построению и

верификации расчетных

моделей, так же подчеркивается, что снижение собственной частоты купольного покрытия оболочки № 5 вызвано наличием геометрического дефекта.

Пятая глава посвящена натурным исследованиям динамических характеристик высотных зданий. В главе представлены результаты натурных исследований 3-х высотных зданий в городе Москве: Жилищный комплекс «Вилланж»; Жилищный комплекс «Дирижабль»; Жилищный комплекс «Северный парк».

Пятая глава разбита на три части, в каждой из которых представлены результаты натурных исследований одного из зданий и результаты расчета модели исследуемого здания.

Все здания монолитные железобетонные, 40-этажные, высотой ~ 140 м. Общие виды зданий показаны на рисунке 10.

Рисунок 10 - Общие виды исследованных зданий

Программы исследования были идентичны - датчики располагались в 4—5 точках по высоте здания с примерно равными промежутками. В результате проведенных натурных исследований на всех зданиях были зарегистрированы низшие собственные частоты.

Одновременно к. т. н. A.M. Шахраманьяном для комплекса «Вилланж» (НПО СОДИС) , а Д.К. Каличавой для зданий комплекса «Дирижабль» и комплекса «Северный парк» (под руководством д. т. н., проф. A.M. Белостоцкого) были построены компьютерные модели этих зданий. Модели зданий создавались в расчетном комплексе ANSYS. Основание моделировалось абсолютно жестким. Результаты натурных экспериментов и расчетов компьютерных моделей представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Результаты натурных экспериментов и расчетов

Ж/к «Вилланж» Ж/к «Дирижабль» Ж/к «Северный парк»

Эксперимент Расчет Эксперимент Расчет Эксперимент Расчет

1-й этап 2-й этап

0,50 0,47 0,52 0,32-0,33 0,32 0,36 0,37

0,54 0,49 0,57 0,36-0,39 0,38 0,47 0,53

0,63-0,64 0,66 0,66 0,65

Проведенные исследования показали, что основной проблемой вызывающей различия расчетных данных с натурными, является сложность правильного учета не несущих элементов и полезной нагрузки на здание.

По результатам проведенных исследований можно дать рекомендацию начинать проводить динамический мониторинг сразу после завершения строительства здания и вводить полученные результаты в паспорт здания как опорную характеристику. Это позволит в процессе его эксплуатации максимально точно определять полезную нагрузку на здание и регистрировать возможные нарушения в его конструкции.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1.В ходе решения методических задач, связанных с натурными динамическими исследованиями строительных конструкций, были получены следующие результаты:

• Методы проведения натурных исследований апробированы на нескольких объектах:

— при динамическом мониторинге арочного навеса и пешеходной галереи моста в аэропорту Шереметьево-3;

— при натурных исследованиях строящегося железобетонного здания универсального бассейна в городе Анапе.

• Освоен и испытан на практике ряд новых виброизмерительных приборов.

• Проведены пробные исследования с использованием новой аппаратуры на следующих объектах:

— арочный навес в аэропорту Шереметьево-3;

— 18-этажное жилое здание в городе Москва.

• На основе натурных исследований проведено сравнение новых датчиков с испытанными ранее датчиками СМ-Зм, а также проверены качественные характеристики приборов.

• На основе проведенных работ выработаны рекомендации по проведению натурных исследований.

2. Выполнены уникальные натурные исследования динамических характеристик 10-ти защитных оболочек реакторных отделений с реакторами ВВЭР-1000, возведенных в разные годы и работающими в

штатном режиме. Основываясь на том, что оболочки являются однотипными, был проведен их «условный динамический мониторинг». Такой мониторинг позволил, в частности, выявить серьезный дефект купольного покрытия оболочки № 5.

3. Построены две расчетные модели:

1) Модель типовой оболочки реактора на упругом основании;

2) Модель купольного покрытия оболочки реактора.

В результате проведенной верификации на модели № 1 на основе данных натурных исследований были определены реальные динамические модули деформаций грунтов основания, что позволило идентифицировать расчетную модель с реальным сооружением.

Расчет модели № 2 показал, что собственные частоты расчетной модели, в целом, хорошо согласуются с данными натурных экспериментов.

На модели № 2 было изучено влияние различных факторов на ее динамические характеристики.

При изучении влияния различных факторов на динамические характеристики модели № 2 было установлено, что снижение собственной частоты купольного покрытия связанно с обнаруженным дефектом его геометрии.

4. Впервые на систематической основе проведены натурные исследования динамических характеристик 3-х высотных жилых зданий (40 этажей) с целью получения первичных данных для последующего стационарного динамического мониторинга их состояния (все три здания были исследованы сразу после завершения их строительства, до заселения жильцами). Это потребовало освоения и применения новых виброметров, работающих в диапазоне частот от 0,1 до 100 Гц.

Данные натурных исследований согласованы с результатами расчетов компьютерных моделей и выработаны рекомендации по верификации расчетных моделей высотных зданий на основе динамического мониторинга.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Зубков Д.А., Сергеевцев Е.Ю., Румянцев A.A. Изучение микроколебаний защитной оболочки реактора ВВЭР-1000 // Сейсмостойкое строительство Безопасность сооружений 2011 №2.

2. Зубков Д.А., Сергеевцев Е.Ю., Румянцев A.A. Изучение динамических характеристик высотного здания // Вестник МГСУ 2011 №4.

3. Коргин A.B., Шаблинский Г.Э., Сергеевцев Е.Ю., Зубков Д.А. Динамический мониторинг конструкций декоративного навеса и пешеходного моста в аэропорту Шереметьево-3 // Сборник трудов международной научной конференции «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании» МГСУ 2011 г.

4. Сергеевцев Е.Ю., Румянцев A.A. Натурные исследования динамических характеристик частично возведенного здания универсального бассейна в г. Анапе // Вестник МГСУ 2012 №5.

Публикации по сходной тематике:

1. Зубков Д.А., Кузнецов В.В., Сергеевцев Е.Ю. Определение динамических характеристик в натурных условиях высотного здания старой постройки // Сейсмостойкое строительство Безопасность сооружений 2011 №4.

2. Зубков Д.А., Сергеевцев Е.Ю., Кошелева ЕЛ. Натурные исследования собственных колебаний гибких покрытий сооружений, возведенных в сейсмически активных районах // Сейсмостойкое строительство Безопасность сооружений 2011 №5.

3. Шаблинский Г.Э., Исайкин A.C., Сергеевцев Е.Ю. Натурные исследования динамических характеристик плотины Саяно-Шушенской ГЭС // Вестник МГСУ 2011 №4.

4. Грошев М.Е., Шаблинский Г.Э., Сергеевцев Е.Ю. Расчеты динамических характеристик плотины Саяно-Шушенской ГЭС с учетом результатов натурных экспериментов // Вестник МГСУ

2011 №4.

5. Сергеевцев Е.Ю., Румянцев A.A. Вибрационные испытания 16-этажного жилого дома объемно-блочной конструкции // Вестник МГСУ

2012 №5.

КОПИ-ЦЕНТР св.: 77 007140227 Тираж 100 г. Москва, ул. Енисейская, д. 36. тел.: 8-499-185-79-54, 8-906-787-70-86 www.kopirovka.ru