Несущая способность вооружения
Полагая, что при оценке прочности высотных сооружений можно пренебречь изменением массовых характеристик, а конструкция допускает применение балочной (консольной) расчетной схемы, несущую способность можно охарактеризовать жесткостью опасных сечений В = EJ , т.е. произведением модуля упругости Е на момент инерции нормального сечения J .
Указанные предпосылки дают возможность оценивать несущую способность вооружения по спектру частот собственных колебаний СО/ по п собственным формам (/ = 1, 2, 3… и), связанных со средней жесткостью В соотношением.
Здесь т = const – погонная масса; Н – пролет консольной балки (высота сооружения); а, частотный коэффициент, зависящий от упругих свойств опорного сечения – заделки консоли в основание. Для консоли с постоянными по пролету параметрами и жесткой заделкой коэффициент а, имеет значения: ot = 1,875; (Х2 = 4,694; a , = (2 M ) w 2(/>2).
Введем время t с началом отсчета / = О, совмещенным с моментом ввода сооружения в эксплуатацию. Расчетный частотный спектр конструкций как новых (т.е. при t = 0), так и находящихся в эксплуатации (/ > 0) при вводе соответствующего значения жесткости В.
Далее полагается, что начальное состояние конструкции соответствует некоторым исходным (проектным) данным. Т.е., если сооружение запроектировано на несущую способность от конкретной нагрузки, то процент уменьшения жесткости будет соответствовать снижению данной (проектной) несущей способности. Если сооружение предназначено для службы в сейсмически активном районе, т.е. по проекту является сейсмостойким на G баллов, то процент уменьшения жесткости будет соответствовать снижению указанного ( G ) ресурса сейсмостойкости.
Износ эксплуатируемых сооружений
Оценить снижение несущей способности сооружения на произвольном временном интервале /… t + At можно по разности жесткостей на границах этого интервала, для которого / = 0 (начало эксплуатации, проектные данные) – частный случай. В общем случае относительный изност и, например, переходя к основной частоте, с учетом выражения, в предположении, что граничное условие сохранилось (/ = 1, а, = const ).
Если необходим прогноз износа по данным, основанным на теоретических соображениях о накоплении повреждений со временем, то достаточна оценка по формуле, поскольку в данном случае оба значения основной частоты определяются точно расчетом.
Для оценки износа эксплуатируемых сооружений текущие значения частот ю+4/ определяют экспериментально спектральным анализом виброграмм, и процент износа определяется средним значением по п формам собственных колебаний объекта.
Среднеквадратическое отклонение частоты £>ш при среднем значении а>ср. В данном методе расчетные значения частот определяются программными средствами с учетом градиентности параметров сооружения по осевой координате, слоистости и разнотипности поперечных сечений, а также упругой податливости основания. Т.е. точность и достоверность экспресс-метода достигается за счет принятия во внимание при расчете таких факторов, как неравномерность распределения инерционных (массовых) и жесткостных характеристик по координате, податливость опорного сечения конструкции и композитность структуры сечений.
Требуемый объем модернизации
Для вкладов частот могут быть введены весовые коэффициенты их значимости. Остаточный ресурс Р сооружения определим как дополнение до единицы (или в процентах – до 100%) величины износа.
Реализация данной методики для высотных сооружений связана с трудностями возбуждения их колебаний и с влиянием податливости грунтового основания при экспериментальном определении спектра собственных частот. Рассматриваемые далее методы контроля прочности реализованы на существенно различных по конструкции объектах трех типов: зданиях, промышленных дымовых трубах и заглубленных в грунт сваях.
В виде основного частного случая фигурируют вертикальные осесимметричные объекты на податливом основании, допускающие применение расчетной схемы: полый усеченный конус как консольный стержень с переменными параметрами и упруго-податливой заделкой. Реальными объектами для таких условий являются башни, мачты, промышленные дымовые и вентиляционные трубы.
Вопросы допустимости остаточного ресурса с позиций возможности дальнейшей эксплуатации или требуемого объема модернизации (усиления, ремонта) объекта связаны с проблемой нормирования. Однако проверку допустимости зафиксированного остаточного ресурса можно осуществить прочностным расчетом ослабленной износом конструкции известными методами строительной механики на действие эксплуатационных нагрузок с учетом возможного изменения прочностных свойств конструкционных материалов за период эксплуатации.
