8.11. Вибродиагностика

Вибродиагностика основана на сравнении параметров расчетного и экспериментального отклика сооружения на динамическое воздействие, которые, являются важными расчетными параметрами при анализе изменений напряженно-деформированного состояния конструкций в процессе эксплуатации. Фиксируются частоты (периоды) и логарифмические декременты затухания собственных колебаний конструкции. Могут быть выделены и формы колебаний конструкции.

Получение экспериментального динамического отклика возможно как пассивным методом при случайном воздействии возбуждающих сил (в том числе и фоновым, при отсутствии транспортных средств на сооружении), так и активным методом путем приложения малого импульсного воздействия (сбрасывание груза массой 80...100 кг с высоты до 0,5 м, прыжок человека или группы людей) в определенных местах конструкции.

Данный метод неразрушающего контроля относится к амплитудному пьезоэлектрическому свободных колебаний. Основные решаемые задачи - диагностика и мониторинг состояния конструкций и локализация существующих дефектов, адаптация расчетных конечно-элементных моделей к реальной работе конструкции.

Этот метод позволяет по результатам инструментальной диагностики определить динамические характеристики, соответствующие фактическому техническому состоянию основных несущих конструкций. В дальнейшем по результатам экспресс – диагностики можно фиксировать изменение технического состояния конструкций и в случае необходимости назначать дополнительные диагностические работы вплоть до испытания сооружения. При этом для возбуждения колебаний пролетных строений могут быть применены различные виды внешнего воздействия: движение транспорта, ветер, сейсмические толчки и т.п. Чувствительные вибродатчики-акселерометры позволяют использовать и метод «малых воздействий» - конструкция выводится из состояния покоя в результате прыжка группы людей (1...3 человека) в различных точках по длине и ширине пролетного строения. При этом возбуждаются колебания по форме, требующей минимальной энергии в направлении воздействия вынуждающей силы. Например, для неразрезных пролетных строений, в первую очередь будут вызываться низшие формы колебаний, характерные для пролета, в котором осуществляется воздействие на конструкцию.

Динамические параметры могут быть зафиксированы с помощью вибродатчиков-акселерометров. Полученные виброграммы обрабатывают с помощью пре­об­ра­зо­ва­ния Фу­рье, которое для дис­крет­но­го сиг­на­ла позволяет по­лу­чить час­то­ту ко­ле­ба­ний про­лет­но­го строе­ния в ви­де спектрограммы.

Следует отметить, что частоты низших форм колебаний с одной стороны имеют значительный разброс, а с другой стороны, частота колебаний только незначительно уменьшается при наличии дефектов в сооружении, т.е. является малочувствительной характеристикой и ее использование малоперспективно. Метод практически неприменим для выявления незначительных неисправностей, не оказывающих существенного влияния на жесткость конструкции. Практическое использование данного метода возможно на основе технологии создания «цифровых портретов» свободных колебаний в виде амплитудно-частотно-временных зависимостей. Сравнивая полученные в разное время «цифровые портреты», можно оперативно диагностировать изменения состояния и осуществлять автоматизированный мониторинг.

Точность получаемых результатов зависит от двух важнейших факторов - качества аппаратуры измерения и правильного выбора схемы измерений (положение датчиков на конструкции, продолжительность измерений). Чем продолжительнее время записи виброграмм, тем выше достоверность получаемых результатов. При измерениях на объектах, подверженных «шумовым» помехам (к таким объектам относятся транспортные сооружения, реагирующие на проезд транспортных средств) требуется предварительная обработка виброграмм (фильтрация, чистка, вырезание импульсных помех и т.д.) для исключения влияния шумов на конечный результат обработки данных.

Метод дает возможность использовать для анализа динамические параметры, являющиеся интегральными характеристиками технического состояния объекта. Экспресс диагностика сооружения с выявлением скрытых дефектов может производиться без остановки движения транспортных средств.

При выполнении диагностических работ с использованием данного метода необходимо учитывать климатические условия, поскольку существенное влияние на жесткость сооружения в целом оказывает замораживание и оттаивание балласта, грунта насыпи и основания.