Subsistema del Sistema de supervisión de salud estructural

Monitoreo de frecuencia propia de fluctuaciones y del decrement logarítmico de amortiguaciones

Para detectar cambios del estado de tensión y deformación del estado de construcciones ya hace mucho tiempo y en especial en los últimos 10-15 años se utilizan los métodos dinámicos de sondeo de edificios y construcciones que se basan en la medición de períodos y decrementos logarítmicos de fluctuaciones propias de edificios y construcciones.

Las fluctuaciones de edificios y construcciones de puente pueden aparecer a causa de la influencia de trabajos de construcción realizados al lado, del movimiento de diferentes transportes o por otros factores tecnogénicos. Por lo tanto para los edificios altos aparece la necesidad de detectar cambios de estado de tensión y deformación de construcciones y localización de lugares de tal cambio con el uso de otros métodos que permiten automatizar el proceso de mediciones.

La superación del nivel permitido del estado de tensión y deformación pueden, en algunas condiciones, llevar a una destrucción parcial o total de estas construcciones y a otra consecuencias negativas. La historia tiene muchos ejemplos de tales consecuencias: el puente Eguipetskiy en San Petersburgo, el puente de Tacoma Narrows en los EE.UU, el puente Volgogradskiy en Volgograd y otros.

El subsitema del Sistema de supervisión de salud estructural “Monitoreo de la frecuencia propia de fluctuaciones y del decremento logarítmico” permite en régimen automatizado señalar sobre el nivel permitido del estado de tensión y deformación para advertir casos peligrosos de avería.

Mounting of the accelerometer on a concrete wall - SHM system

El subsistema funciona a base de sensores digitales ZET 7152-N y ZET 7156 y proporciona control de la vibroaceleración de elementos de construcciones, períodos de frecuencias propias de fluctuaciones de edificios (construcciones) y garantiza el control de la vibroaceleración de los elementos de construcciones, períodos de frecuencias propias de fluctuaciones de edificios (construcciones) y decrementos logarítmicos de amortiguación que les correspondan.

Características prinicipales

Parámetro controlado Frecuencia propia de fluctuaciones Decremento de amortiguación Aceleración Velocidad
Tipo de módulo/sensor digital ZET 7156 ZET 7152‑N ZET 7156
Unidad de medición Hz m/seg2 mkm/с
Intervalo de mediciones 0,5…20 0,05…0,9 -140…+140 0,1…250
Cambio mínimo registrado 0,02 % 2 % 0,1 0,1
Nivel mínimo ALARM 2 % 10 % 3 2

Se recomienda utilizar los acelerometros digitales de tres componentes ZET 7152-N para el control de amplitudes de fluctuaciones (cerca de 1…100 м/с2) y situar en los lugares con amplitud máxima de fluctuaciones (por ejemplo, en el medio de una viga fijada por dos partes (o una cercha de cubierta), en eñ medio de un cabio, en el medio de un obenque, al final de una consola).

Se recomienda situar los sismómetros digitales de tres componentes ZET 7156 en los lugares con amplitudes de fluctuaciones (cerca de 0,001…20 mm/seg) en bases de hormigón (cojinetes de soporte, pilotes, basamentos) o en elementos de construcción que tienen una conexión mecánica segura con elementos portantes de la construcción.

Con el fin de determinar los lugares de situación óptima de sensores digitales en el edificio recomendamos realizar el complejo de trabajos de proyectamiento e investigación con la ayuda del sistema móvil de mediciones de frecuencia propiade fluctuaciones y del decremento logarítmico.

Se da preferencia a los lugares para lo cuales por características de espectro se han obtenido desvíos mínimos de desviación estándar en los límites de campos de registro de frecuencias propias de fluctuaciones.

Además, en la etapa de trabajos de proyectos de planificación e investigación de un modo experimental se determinan los valores de referencia de frecuencias propias de fluctuaciones del edificio para edificios y construcciones estándares.

Los objetos de los complejos de petróleo y gas y químicos son una zona de mayor peligro. A este respecto, los accidentes tecnogénicos en empresas explosivas deberían evitarse en primer lugar y el monitoreo de objetos de este tipo adquiere una especial urgencia. El equipo de monitoreo debe cumplir con ciertos requisitos de seguridad, por lo tanto, nuestros especialistas desarrollaron un sismógrafo autónomo compacto fabricado en una carcasa a prueba de explosiones.

Seismic recorder for design and survey works performance

Seismic recorder for design and survey works performance

Seismic recorder for design and survey works at explosion-hazard facilities

Seismograph for design and survey works performance
at explosion-hazard facilities

El subsistema del Sistema de supervisión de salud estructural “Monitoreo de la frecuencia de oscilación natural y decremento logarítmico” en modo automático continuo compara los valores registrados por los sensores digitales con los valores umbral establecidos para los niveles de advertencia y preemergencia, y en el caso de detectar excedencias de valores umbral, genera las correspondientes señales “Advertencia” o “Peligro”.

El procesamiento y la representación visual de las señales recibidas de los canales del subsistema se realizan por medio del programa “Ver eventos históricos” del alcance del paquete de software ZETLAB. El software ha sido desarrollado en base a algoritmos de cálculo modernos y tendencias acumuladas de representación gráfica de datos. Incluso un usuario relativamente inexperto puede evaluar fácilmente la vida útil restante de la estructura controlada en función de los datos visuales.

La figura a continuación muestra la interfaz del programa “Ver eventos históricos”. Los gráficos representan los datos registrados de las características dinámicas de la estructura controlada.

El gráfico superior muestra la dinámica de las oscilaciones naturales de la estructura y el inferior representa la relación de amortiguamiento correspondiente. Los gráficos contienen información completa sobre las características dinámicas del edificio en el dominio del tiempo: la cuadrícula de datos muestra el valor medido y la interdependencia de los parámetros en el caso si es necesario obtener información en el punto particular del diagrama.

Las oscilaciones naturales y la relación de amortiguación son los principales parámetros utilizados para el análisis de desgaste de la construcción, ya que la disminución de la capacidad de soporte de la estructura va acompañada de cambios considerables en las características dinámicas. El grado de cambios en las características dinámicas puede usarse para la evaluación de la depreciación de la rigidez de la estructura controlada.

registered values of natural oscillations and damping ratio - SHM system

La esencia del proceso es que los defectos estructurales infligen los llamados armónicos de “peligro” que resultan en una disminución de la frecuencia de las oscilaciones naturales. Los cambios en la frecuencia de las oscilaciones naturales también conducen a un aumento en la relación de amortiguación, ya que tiene una dependencia directa de la amplitud de las oscilaciones libres. Por lo tanto, cuanto mayor es la relación de amortiguación, más peligrosa se convierte en la estructura controlada.

El software “Ver eventos históricos” permite la representación de datos durante un largo período de tiempo. Permite la acumulación de parámetros de características dinámicas, cambios estadísticos basados ​​en una temporada particular, impactos naturales y antropogénicos, carga industrial, etc.

Los especialistas de ZETLAB Company han llevado a cabo investigaciones experimentales para evaluar la vida útil restante de las estructuras metálicas utilizando el software ZETLAB. La investigación ha revelado que el umbral de alarma normalmente se alcanza cuando el recurso de rigidez de la estructura se aproxima al nivel de aproximadamente el 75% del nivel inicial.

Dynamic characterisitics of the structure prior to its complete destruction