Определение периода, частоты и логарифмического декремента основного тона собственных колебаний здания

Программа поставляется в составе мобильной системы измерений собственной частоты колебаний и логарифмического декремента

Для определения значений периода применяется косвенный метод измерений, при котором регистрируются процессы колебаний здания по трем взаимно перпендикулярным осям. Значения периода по каждой из осей определяются по результатам измерений по соответствующей оси расчетным методом, основанном на анализе спектров мощности колебаний здания.

Значения декремента по каждой из взаимно перпендикулярных осей определяются также расчетным методом по результатам измерений, проведенных для определения значения периода.

Колебания здания представляют собой суперпозицию собственных и вынужденных колебаний, вызванных различными внутренними и внешними воздействиями. Для зданий промышленного назначения характерно наличие и перемещение внутри зданий тяжелого технологического оборудования. В этом случае необходимо проводить измерения во время перерывов в работе или, когда движущееся технологическое оборудование находится на одинаковых позициях.

Одним из факторов, которые могут повлиять на результаты измерения периода, является снеговая нагрузка, поэтому при измерениях следует учитывать данный фактор.

Это связано с тем, что для получения полноценного спектра с таким частотным разрешениемнеобходимо время 100 секунд. Учитывая, что для «сглаживания» спектра при устойчивом расчёте параметров как правило требуется дополнительное усреднение 10…100 раз, следовательно общее время для оценки с использованием данной программы не привысит двух часов.

В большинстве случаев для относительно высоких и не сильно протяжённых (не менее 5 этажей с площадью фундамента не более 400 кв.м) зданий получить результат оценки динамических характеристик с помощью данной программы можно примерно в течение 15…30 минут.

Для стационарных систем мониторинга необходимо воспользоваться специально разработанной программой расчёта динамических характеристик конструкций, позволяющей устанавливать значения частотного разрешениявплоть до 0,0001 Гц.

Главное окно SCADA-проекта «Определение параметров основного тона собственных колебаний» содержит четыре страницы: «Спектр», «Результат», «Дополнительно» и «Настройки».

На странице «Настройки» задаются сведения об исследуемом объекте, сведения об исполнителе и заказчике проведения измерений и параметры проведения измерений.

Проект позволяет выбрать диапазон для проведения измерений 3-мя разными вариантами:

• заданы границы расчёта основного тона из таблицы — программа по типу здания и количеству этажей подбирает параметры (по ГОСТ);
• заданы границы основного тона по периоду — если конструкция здания не является типовой, но границы диапазона периода собственных колебаний здания;
• заданы границы расчёта основного тона по частоте — если конструкция здания не является типовой, но известны границы диапазона частоты собственных колебаний здания.

Сведения об исследуемом объекте включают в себя:

• адрес объекта;
• назначение объекта.

Параметры проведения измерений:

• количество усреднений — размер буфера для усреднения спектров;
• длительность измерения — время накопления данных для расчёта одного спектра (чем больше тем меньше шума будет в спектре);
• частотное разрешение в диапазоне от 0,01 Гц до 5 Гц — шаг полос по оси частот в спектре (чем меньше частотное разрешение, тем больше полос);
• доверительная вероятность — выбирается из соответствующего выпадающего списка, исходя из назначения здания;
• коэффициент неопределённости — вычисляется по формуле: K_неопр = длительность измерений × частотное разрешение,
  и позволяет определить степень сглаживания шума в спектре (хорошие результаты получаются при значении не менее 1);
• степень сглаживания — вычисляется по формуле: K_сглаж = K_неопр × количество усреднений,
  и позволяет определить степень сглаживания шума в спектре при усреднении, для нормальных результатов значение должно быть не менее 1. Для получения отличных результатов степень сглаживания должна быть не менее 100.

Также необходимо задать измерительные каналы в соответствии с ориентацией осей сейсмодатчика относительно осей здания (желательно всегда датчики крепить вертикально, а ось X сейсмодатчика направлять вдоль большой оси здания).

На странице «Спектр» отображаются спектры сигналов измерительных каналов для визуальной оценки полученных результатов. Полученные спектры имеют зависимость от значений, установленных в параметрах «Частотное разрешение», «Длительность измерения», «Количество усреднений» заданным во вкладке «Настройки».

Благодаря спектрам сигналов можно скорректировать частотный диапазон (например, для исключения второстепенных пиков).

Для отображения на спектре графиков резонанса следует включить соответствующую кнопку.

На спектре можно выбрать момент начала измерений при заданном количестве усреднений.

Если настройки заданы верно, то график спектра должен напоминать график резонанса.

Если в результатах расчёта появляется символ «***», то это означает, что программа не может вписать в полученный спектр график резонанса. Существует несколько причин появления такой ситуации:

• Нет выраженного локального максимума по измерительной оси (для оси Z это может быть типичной ситуацией). Как правило, если датчики размещены вблизи несущих эементов здания, то вибрация по оси Z проявляется в спектре в незначительной степени в виде влияния боковых колебаний здания, колебания по оси Z будут проявляться в большей степени, если датчики располагаются на конструктивных элементах подверженных значительным вертикальным перемещениям, например козырьки, консоли, середина балок перекрытий и тп., но в этом случае логарифмический декремент затухания по оси Z будет оцениваться только в отношении данного элемента конструкции.
• Локальный максимум наблюдается, но неправильно заданы границы либо контрольный уровень. Во вкладке «Дополнительно» путем изменения «Коэффициента порога относительно амплитуды» можно добиться устойчивого получения графика резонанса вписываемого в спектр и как следствие получения стабильных результатов расчета частоты и логарифмического декремента.

Страница «Результат» предназначена для вычисления параметров, согласно ГОСТ 34081-2017.
Запуск и остановка измерений осуществляется нажатием кнопки «Вкл» или «Выкл» соответственно.

Расчёт параметров можно производить по выбранному участку. Для этого необходимо активировать область «Расчёт по избранным измерениям» и указать номер первого измерения и количество измерений в выборке, на графиках будет отображаться заданный участок и расчет параметров будет вестись по нему.

Для автоматического создания отчетов по заданному шаблону можно воспользоваться кнопкой «Отчет». В файл отчета сохраняется численная информация. Форма протокола измерений параметров тона собственных колебаний здания или сооружения отвечает требованиям ГОСТ 34081-2017.

Страница «Дополнительно» используется при задании параметров для длительной записи (не менее суток) сигналов. Также дополнительные параметры помогут в случае, когда алгоритм вычисления основного тона «цепляется» за второстепенный пик или использует лишние точки.

При активации режима «Регулярная запись графиков спектра в файлы» программа с заданным интервалом будет записывать графики спектров. Данная функция реализована для случая, когда необходимо провести анализ данных с помощью сторонних программ.

Для записи данных в формате .sqlite необходимо активировать компонент «Запись структур в файл лога». Данные могут быть использованы в программе «TrendViewer» («Просмотровщик событий»).