Вибростенд для испытаний зданий и сооружений, их фрагментов, моделей-макетов, конструкций и оборудования на динамическую устойчивость и сейсмостойкость

Техническое решение относится к области строительства, в частности к стендам для испытаний конструкций и/или макетов зданий и сооружений на сейсмостойкость, посредством генерации искусственных колебаний зданий и сооружений, а также мониторинга их технического состояния, сбора и анализа интегральных характеристик таких конструкций зданий, сооружения, преимущественно, навесные фасады, парапеты, а также иные элементы. Вибростенд, включает каркасную конструкцию, фундамент и/или основание, по меньшей мере, один источник вибрации и датчики, причем каркасная конструкция включает вертикальные и поперечные связи, пересекающиеся в узлах конструкции и, по меньшей мере, одно перекрытие, при этом нижняя часть каркасной конструкции закреплена на фундаменте и/или основании, а, по меньшей мере, один источник вибрации выполнен инерционным, съемным, с возможностью изменения частот генерируемых им динамических колебаний и расположен на каркасной конструкции выше уровня фундамента или основания, или в пределах каркасной конструкции, предпочтительно, на перекрытии. Техническим результатом, достигаемым заявленным техническим решением, является создание надежного, относительно простого в эксплуатации и ремонте вибростенда, при одновременном удешевлении и повышении надежности конструкции за счет исключения необходимости использования дорогостоящих виброплатформ, повышение вариабельности имитаций нагружения зданий при одновременной экономии электроэнергии за счет выполнения источника вибрации съемным и обеспечивающим возможность изменения частот генерируемых им колебаний, что позволяет приблизить условия испытаний к реальным нагрузкам, возникающим в момент сейсмической активности и других знакопеременных воздействий, в том числе ветровой нагрузки и получить более полные данные о сейсмобезопасности испытываемых конструкций. 1 н.з. п.ф., 24 з.п. ф-лы, 10 илл.

Техническое решение относится к области строительства, в частности к стендам для испытаний конструкций и/или моделей - макетов и/или фрагментов зданий и сооружений, а также в их составе самонесущих и ненесущих элементов и оборудования в виде стен, перегородок, навесных фасадов, инженерных систем и другого оборудования на динамические воздействия, характерные для явлений природного, природно-техногенного и техногенного характера включая землетрясения, ветровые и транспортные нагрузки, посредством генерации искусственных колебаний с использованием специальных источников вибраций и передачи этих колебаний на испытуемые конструкции, оборудование и их крепления через элементы вибростенда, с последующим сбором, обработкой, анализом и публикацией данных, содержащих количественные и качественные оценки интегрированных показателей работы системы «здание - конструкция - оборудование» в виде частот, амплитуд колебаний, смещений элементов и узлов их соединений, а также таблиц с описанием характерных повреждений в зависимости от предельного состояния конструкции.

Известно устройство испытания углов сейсмостойких зданий со стенами и плитой перекрытия, содержащее тяги с траверсами и пригрузочными пружинами, силовозбудители и опоры, отличающееся тем, что оно снабжено размещенной в приямке ударно-кулачковой виброплощадкой с четырьмя парами вертикально-установленных тяг, закрепленных к нижней раме виброплощадки, и качающимися траверсами сверху, под которыми размещены пригрузочные пружины на взаимно перпендикулярно расположенных стенах, снабженных силовозбудителями, размещенными на опорных рамах, анкерами для закрепления краев плиты перекрытия, под которой размещены шарнирные опоры, выполненные в виде качающихся стоек, накладками для создания жестких связей между стенами и основанием (см. RU 2111471 C1, G01M 19/00, опубл. 20.05.1998)

Известен стенд для испытания моделей гидротехнических сооружений на сейсмическое воздействие, который содержит опорную пластину для жесткого крепления модели сооружения, гидроцилиндры для задания сейсмического воздействия на опорную пластину, гидродомкраты. Последние посредством кронштейнов закреплены на ригеле и через нагрузочные штанги связаны с гидроцилиндрами, образуя единую систему для обеспечения динамического перемещения опорной пластины, а следовательно, и основания модели в соответствии с моделируемым сейсмическим воздействием (SU 1838771 A3, G01M 10/00, Е02В 1/02, 30.08.1993).

Кроме того, известен вибростенд для испытания конструкций на сейсмостойкость, который содержит платформу с опорными элементами, узел соединения ее с вибратором и управляющие приспособления, причем опорные элементы выполнены в виде спарников различной длины, а узел соединения - в виде штока, связанного с центром платформы шаровыми, а с вибратором - цилиндрическими шарнирами (SU 625145 A1, G01М 7/00, опубл. 25.09.1978)

Известен также вибростенд испытательный, который включает основание (станину), рабочую горизонтальную платформу, опоры, возбудители виброперемещений, систему гидроприводов и электрическую систему управления и измерения с датчиками измерения перемещения и ускорения. Стенд снабжен жесткой рамой, параллельной рабочей платформе, и Г-образными жесткими рычагами, средние точки которых шарнирно закреплены на основании, горизонтальные плечи рычагов соединены жесткими опорами с рабочей платформой, а вертикальные плечи соединены шарнирно с жесткой рамой, связанной шарнирно с возбудителем виброперемещений. (RU 2248548 C1, G01M 7/06, опубл. 20.03.2005).

Недостатком всех известных конструкций является отсутствие универсальности, низкая надежность устройств, сложность их эксплуатации и ремонта.

Задачей, на решение которой направлено техническое решение является создание надежного, относительно простого в эксплуатации и ремонте универсального вибростенда для испытания конструкций зданий и сооружений, моделей - макетов, фрагментов и составляющих их конструкций и оборудования в различных условиях динамического нагружения.

Поставленная задача решается за счет того, что вибростенд, согласно полезной модели, он включает каркасную конструкцию, фундамент и/или основание, по меньшей мере, один источник вибрации и датчики, причем каркасная конструкция включает вертикальные и поперечные связи, пересекающиеся в узлах конструкции и, по меньшей мере, одно перекрытие, при этом нижняя часть каркасной конструкции закреплена на фундаменте и/или основании, а, по меньшей мере, один источник вибрации выполнен инерционным, съемным, с возможностью изменения частот генерируемых им динамических колебаний и расположен на каркасной конструкции выше уровня фундамента или основания, или в пределах каркасной конструкции, предпочтительно, на перекрытии.

Перекрытие может быть выполнено в виде по, меньшей мере, двух горизонтальных балок, перекрывающих пролет между противолежащими вертикальными связями.

Балки перекрытий могут быть выполнены, предпочтительно, коробчатого сечения из прокатных профилей, соединены между собой и/или со связями каркасной конструкции, предпочтительно, разъемно или неразъемно, например, посредством сварки с обеспечением надежной передачи динамической нагрузки от источника колебаний к остальным конструкциям.

Источник вибрации может быть размещен на верхнем перекрытии, например, выполненном в виде покрытия каркасной конструкции.

Фундамент может быть выполнен в виде фундаментной плиты и/или в виде отдельных фундаментных опор под, по меньшей мере, частью вертикальных связей каркасной конструкции.

Каркасная конструкция может быть закреплена на основании или фундаменте посредством анкеров или иным способом, обеспечивающим жесткое и/или податливое соединение, в зависимости от установленных требований по проведению испытаний.

Фундаментные опоры могут быть дополнительно установлены на вибро- или сейсмоплатформе.

Узлы конструкции могут быть выполнены с возможностью изменения типа закрепления, например, с жестокого на податливое, например шарнирное.

По меньшей мере, часть связей каркасной конструкции может быть выполнена жесткими или гибкими, или часть связей каркасной конструкции выполнена гибкими, а часть жесткими.

Вибростенд может дополнительно содержать наклонные, в том числе перекрещивающиеся, связи и/или связевые диафрагмы, позволяющие регулировать его динамические свойства.

По меньшей мере, часть связей может быть выполнена металлическими и/или железобетонными, при этом, по крайней мере, часть связей образуют горизонтальные или вертикальные рамы различной конфигурации.

Каркасная конструкция может быть выполнена по форме близкой к параллелепипеду, а связи с возможностью регулирования длины и/или ширины и и/или высоты каркасной конструкции.

Вибростенд может быть изготовлен в виде цельной конструкции, либо в виде сборно-разборной конструкции.

Вибростенд может быть дополнительно снабжен креплениями и/или конструкциями для фиксации испытуемых конструкций и/или оборудования, например, конструкциями и креплениями для фасадной системы и/или иных видов облицовки.

По высоте вибростенда, предпочтительно вверху, может быть установлен как минимум один источник вибраций, представляющий собой вибромашину инерционного действия или иной аналогичный источник вибраций, используемый для возбуждения вынужденных динамических колебаний.

Источник вибрации может представлять собой вибромашину инерционного действия, которая включает основание, корпус, дебалансы, шпиндели дебалансов, электромоторы вращения дебалансов, механизм регулировки эксцентриситета дебалансов, электромотор механизма регулировки эксцентриситетов дебалансов, программируемый комплекс управления, причем дебалансы насажены на шпиндели и имеют ниши и/или отверстия, конфигурация которых обеспечивает возможность поворота дебалансов в вертикальных плоскостях под действием механизма регулировки эксцентриситетов во время вращения шпинделей вибромашины, причем программируемый комплекс управления снабжен, по меньшей мере, одним модулем энергонезависимой памяти.

Источник вибраций может быть выполнен с возможностью изменения частот, генерируемых ее колебаний в горизонтальном и/или в вертикальном положении.

Вибростенд может быть снабжен как минимум одним дополнительным источником вибрации, установленным, предпочтительно в нижней части каркасной конструкции, например, источником ударной вертикальной и/или горизонтальной нагрузки в виде импульса или синусоиды.

Для размещения источника вибрации внутри каркасной конструкции и обеспечения вариативности колебаний вибростенд может быть дополнительно снабжен платформой или конструкцией, размещенной внутри каркасной конструкции и закрепленной, предпочтительно, шарнирно к перекрытию, предпочтительно верхнему или связям каркасной конструкции посредством дополнительных гибких и/или жестких связей.

Конструкция, размещенная внутри каркасной конструкции, может быть выполнена обеспечивающей возможность использования в качестве самостоятельного стенда для проведения испытаний на динамическую устойчивость и сейсмостойкость конструкций, оборудования, их фрагментов или моделей - макетов.

Для повышения грузоподъемности конструкции, размещенной внутри каркасной конструкции и используемой в качестве самостоятельного вибростенда, она может быть установлена на опоры в виде катков и иных аналогичных приспособлений, не препятствующих горизонтальным смещениям.

Вибростенд может включать измерительные датчики такие как, например, датчики деформаций и ускорений - однокомпонентные и/или многокомпонентные.

Вибростенд может включать программируемый комплекс управления, снабженный, по меньшей мере, одним модулем энергонезависимой памяти.

Вибростенд может быть дополнительно снабжен программными средствами и измерительно-вычислительным комплексом для сбора, преобразования, регистрации, обработки, передачи и представления информации поступающей с датчиков.

Измерительно-вычислительный комплекс может быть выполнен с возможностью или оснащен средствами для построения и/или публикации, в том числе на физических носителях графиков или отчетов по результатам испытаний.

Техническим результатом, достигаемым заявленным техническим решением, является создание надежного, относительно простого в эксплуатации и ремонте вибростенда, при одновременном удешевлении и повышении его надежности в рамках выполнения работ по экспериментальной оценке и подтверждению динамической устойчивости и сейсмостойкости конструкций, их узлов соединений, оборудования. Благоприятные свойства вибростенда достигаются за счет исключения необходимости обязательного использования дорогостоящих виброплатформ, повышения вариабельности имитаций нагружения зданий и сооружений различного типа и конструктивных решений при одновременной экономии электроэнергии за счет выполнения источника вибрации съемным, а вибростенда - цельным или съемным переносным, в результате чего обеспечивается возможность регулирования частот и амплитуд генерируемых им колебаний в заранее заданных пределах. Использование вибростенда на практике позволяет приблизить условия испытаний к реальным нагрузкам, возникающим в момент сейсмической активности и других знакопеременных воздействий, в том числе при воздействии пульсационной составляющей ветровой нагрузки и получить более полные данные об устойчивости и уязвимости испытываемых конструкций. При этом, испытания могут выполняться на любой площадке и заводе, путем доставки и установки вибрационного оборудования со стендом к месту планируемых испытаний.

Основным свойством, определяющим надежность и безопасность испытуемой конструкции или навесного оборудования при воздействии динамических нагрузок, является ее способность сохранять определенные эксплуатационные свойства, характеризующуюся предельными состояниями (контролируемыми значениями усилий, перемещений и пр.) в сравнении с нормативными требованиями, установленными в технических регламентах, национальных стандартов и иных нормативно-технических документах, разработанных в их развитие.

Предельные состояния работы конструкций или оборудования при динамическом воздействии подразделяются на две группы:

- первая группа включает предельные состояния, которые ведут к полной непригодности к эксплуатации испытуемой конструкции или оборудования или к полной или частичной потере несущей способности их основных элементов и креплений;

- вторая группа включает предельные состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкции или оборудования.

Предельные состояния первой группы характеризуются:

- разрушением креплений и элементов испытуемой конструкции или оборудования любого характера - пластическим, хрупким, усталостным;

- потерей устойчивости формы составных элементов конструкции или оборудования, приводящей к ее полной непригодности;

- потерей устойчивости положения элементов и узлов соединений конструкций или оборудования;

- переходом конструкции или оборудования полностью или частично в изменяемую систему;

- качественным изменением конфигурации конструкции или оборудования;

- другими явлениями, при которых возникает необходимость прекращения эксплуатации, например, чрезмерными деформациями в результате сдвига в соединениях, раскрытия швов и пр.

Все перечисленные параметры могут изучаться с использованием вибростенда. Непосредственное определение нормируемых значений количественных и качественных характеристик, соответствующих предельным состояниям конкретной конструкции или оборудования, в отношении которого проводятся испытания, являются предметом специальных исследований.

Техническое решение поясняется чертежами, не охватывающими и, тем более, не ограничивающими весь объем притязаний данного решения, а лишь являющихся частным случаем его выполнения:

На фиг.1 изображена общая схема вибростенда в сборе в аксонометрии;

на фиг.2 изображен фрагмент каркасной конструкции в месте ее крепления к фундаментному основанию посредством анкеров (химических и пр.);

на фиг.3-5 на примере испытаний навесных фасадных конструкций изображена общая схема формирования испытательного стенда на разных этапах установки испытательных образцов, вибрационного оборудования и регистрирующей аппаратуры.

на фиг.6 показан вид вибростенда после испытаний

на фиг.7 - то же, что на фиг.6 (вид сбоку);

на фиг.8 показан вибростенд в аксонометрии без источника вибрации с опорами в виде балок.

На фиг.9 показана схема вибростенда.

На фиг.10 показана схема вибростенда, снабженного дополнительным источником вибрации.

Вибростенд включает каркасную конструкцию 1, фундамент, выполненный в виде отдельных опор 2 или основание 3, один источник вибрации 4 и датчики (не показано), причем каркасная конструкция 1 включает вертикальные и поперечные связи 5, пересекающиеся в узлах 6 конструкции и одно перекрытие 7. Основание 4 может быть выполнено в виде монолитной плиты, либо рамной конструкции (условно не показаны).

Нижняя часть каркасной конструкции 1 закреплена на фундаменте 2 или основании. Один источник вибрации 4 выполнен инерционным, съемным, с возможностью изменения частот генерируемых им динамических колебаний и расположен на каркасной конструкции 1 выше уровня фундамента 2 или основания, или в пределах каркасной конструкции 1, предпочтительно, на перекрытии 7.

Источник вибрации 4 выполнен съемным, с возможностью применения вибромашины инерционного действия или иного источника возбуждения колебаний в пределах частот, характерных для динамических, в том числе сейсмических и прочих аналогичных воздействий на реальные здания и сооружения, их конструкции и оборудование, расположенного, предпочтительно, в верхней части 8 каркасной конструкции в уровне перекрытия.

Источники возбуждения могут устанавливаться на верхнем уровне (перекрытии) или в нескольких уровнях (перекрытиях) и синхронизированы по методам воздействия на конструкцию (условно не показано). При необходимости, вибростенд может устанавливаться также на специальные вибро- и сейсмоплатформы.

Узлы 6 конструкции 1 могут быть выполнены с возможностью изменения типа закрепления, например, с жестокого на шарнирное.

По меньшей мере, часть связей 5 каркасной конструкции 1 может быть выполнена жесткими или гибкими.

В другом варианте выполнения часть связей 5 каркасной конструкции 1 выполнена гибкими, а часть жесткими.

Вибростенд может дополнительно содержать наклонные, в том числе перекрещивающиеся, связи (на чертежах не показано) и другие элементы, способствующие изменения принципов динамической работы здания или сооружения во взаимодействии с элементами и конструкциями, в отношении которых проводятся испытания.

По меньшей мере, часть связей может быть выполнена металлическими.

По меньшей мере, часть связей может быть выполнена железобетонными.

По крайней мере, часть элементов со связями образуют горизонтальные или вертикальные рамы.

Вибростенд дополнительно содержит одно или несколько перекрытий, в зависимости от постановки задач по моделированию работы конструкции и целей проведения испытаний.

Вибростенд может быть выполнен в виде параллелепипеда с различным соотношением геометрических параметров (длина, ширина, высота) и соотношений жесткости горизонтальных и вертикальных конструкций стенда, характерных для различных типов и конструкций зданий или сооружений.

Фундамент 2 для стенда выполнен в виде фундаментной плиты и/или в виде отдельных фундаментных опор под, по меньшей мере, часть вертикальных связей 5 каркасной конструкции. Каркасная конструкция закреплена на фундаментном основании посредством анкеров 9, например, химических и пр.

Основание может быть выполнено в виде рамной конструкции.

Вибростенд дополнительно снабжен креплениями (не показано) для фиксации навесных элементов, встраиваемых конструкций и оборудования.

Как минимум один уровень (например, верх каркасной конструкции 1) дополнительно снабжен перекрытием, на котором размещается источник вибрации 3, предпочтительно вибромашина.

Источник вибрации 4 может представлять собой вибромашину, предпочтительно, инерционного типа, которая выполнена с возможностью изменения частот, генерируемых ее колебаний или иной источник возбуждения динамических колебаний (источник вибрации).

Источник вибрации может быть расположен на перекрытии, а при их отсутствии - на связях, например, по меньшей мере, двух балках коробчатого сечения, выполненных из сваренных между собой прокатных профилей, имеющих необходимый запас прочности и жесткости для восприятия планируемых динамических нагрузок.

Для испытаний фасадной облицовки 10 каркасную конструкцию оснащают кронштейнами 11 консольно закрепленными на связях 5 и направляющими 12, соединенными с кронштейнами 10.

Вибростенд обеспечения вариативности колебаний моделирования различных схем воздействий может быть снабжен как минимум одним дополнительным источником вибрации 13 (фиг.9), установленным, предпочтительно в нижней части каркасной конструкции. Для размещения дополнительного источника вибрации 13 внутри каркасной конструкции вибростенд может быть снабжен платформой 14 или конструкцией 15, размещенной внутри каркасной конструкции 1 и закрепленной, предпочтительно, шарнирно к перекрытию, предпочтительно верхнему перекрытию 7 или связям 5 каркасной конструкции 1 посредством дополнительных жестких связей 16.

Кроме источника вибраций вибростенд содержит программируемый комплекс управления (условно не показан), который, в свою очередь снабжен, по меньшей мере, одним модулем энергонезависимой памяти. Вибростенд включает измерительные датчики такие как, например, датчики деформаций и ускорений, а также тензометры.

Для измерения ускорений, частот колебаний динамических перемещений стенд снабжен однокомпонентными датчиками. Могут использоваться иные виды измерительных приборов, включая многокомпонентные датчики.

Вибростенд дополнительно снабжен специализированным измерительно-вычислительным комплексом для сбора (на чертежах не показано), преобразования, регистрации, обработки, передачи и представления информации, поступающей с датчиков.

Техническое решение может быть проиллюстрировано вариантом выполнения вибростенда и описанием работы устройства.

Вибростенд для динамических испытаний представляет собой специально изготовленную каркасную конструкцию, выполненную в виде рамной пространственной конструкции из металлических прокатных элементов с жесткими и гибкими связями, которые имитируют работу несущей системы здания (стены, колонны, перекрытия).

Низ конструкции крепится к фундаментному основанию, жестко или гибко, в зависимости от поставленный задачи и требований программы испытаний. Наверх конструкции крепится источник вибрации, например вибромашина инерционного действия для горизонтального динамического нагружения. При необходимости, стенд может устанавливаться на действующие вибро- и сейсмоплатформы.

На конструкцию подвешивается или встраиваются испытуемые конструкции или оборудование, например, фрагменты стены, перегородки, навесные фасады, иные элементы, парапеты и пр.

При колебаниях вибростенд и испытуемая конструкция входят в резонанс одновременно или веерным способом. В различных элементах испытуемого оборудования возникают колебания - ускорения и перемещения определенной частоты, которые фиксируются специальным измерительным оборудованием. При соответствующих ускорениях и перемещениях и частоте фиксируются повреждения, характер и уровень развития которых после сравнения с действующими нагрузками и другими контролируемыми показателями, например максимальные перемещения узлов конструкции, резонансные характеристики оборудования, что дает возможность получать объективные выводы о динамической устойчивости, надежности, сейсмостойкости и безопасности испытуемой конструкции или оборудования.

Элементы рамной конструкции, включая сечения, количество, места крепления, способы их соединения, например жесткое на сварке, гибкое - на болтах, а также методы установки испытуемого оборудования подбираются по результатам предварительного расчетного анализа и соблюдении условий подобия, чтобы с максимальной степенью достоверности имитировать работу системы «здание - соединение - конструкция или оборудование» при сейсмическом и иных динамических воздействиях.

Регистрация и измерение сигналов проводится при помощи специализированного измерительно-вычислительного комплекса, например, типа MIC - 036 или иного аналогичного оборудования, предназначенного для сбора, преобразования, регистрации, обработки, передачи и представления информации поступающей с датчиков. Такое оборудование должно обеспечивать измерения соответствующих характеристик в заранее заданном диапазоне частот и амплитуд колебаний.

С использованием вибростенда обеспечивается выполнение следующих функций:

- максимально возможно достоверная имитация работы конструкции при динамическом (сейсмическом) воздействии;

- возбуждение, измерение, регистрация и обеспечение первичной обработки сигналов, частотных, дискретных и прочих, полученных в результате испытаний;

- отображение значений измеряемых величин или преобразованных параметров на мониторе;

- фиксация полученных в результате испытаний количественных и качественных характеристик предельного состояния конструкции или оборудования и их составных элементов;

- осуществление контроля значений измеряемых величин или преобразованных параметров; оценка результатов их измерения и преобразования;

- самодиагностика проводимых измерений, включая анализ работоспособности с возможностью вызова диагностических программ.

Для измерения ускорений, частот колебаний, а также динамических перемещений применяют специальные датчики, например, акселерометры AT 1105 - 10 м, которые устанавливаются вблизи источника возбуждения колебаний, на элементы стенда и испытуемой конструкции.

Точки расположения датчиков выбирают исходя из следующих условий:

- места, где по результатам расчетов ожидается развитие максимальных напряжений и деформаций;

- возможность одновременного определения относительных деформаций в разных координатных плоскостях;

- возможность одновременного получения данных колебательного процесса синхронно с источника возбуждения колебаний, конструкций вибростенда и на испытуемой конструкции, для возможности их сравнительного анализа.

Общее количество контролируемых точек и количество датчиков не ограничивается.

Для создания динамических воздействий используется по крайне мере один источник вибрации или вынужденных колебаний, например, вибромашина инерционного действия типа ВИД-12/08М и другое аналогичное оборудование. Главное требование, чтобы источник динамических колебаний имел возможность создавать необходимые значения параметров воздействия в широком диапазоне частот и инерционных нагрузок путем возбуждения механических колебаний как минимум в одной горизонтальной или вертикальной плоскости.

Управление источником вибраций осуществляется, как правило, с пульта управления, расположенного на удалении от вибростенда.

В случае отсутствия перекрытий на стенде источник колебаний установлен на вибростенде, опираясь на специальные металлические балки коробчатого или иного сечения сверху на две балки коробчатого сечения путем сварки, болтов или иным способом. Балки привариваются к каркасной конструкции или закрепляются иным способом, обеспечивающим их жесткое крепление.

Все элементы и крепления имеют необходимый запас прочности для восприятия планируемых динамических нагрузок.

Методика проведения испытаний

Натурные испытания конструкций и оборудования проводятся вибрационным или резонансным методом, который позволяет измерить количественно силовую нагрузку, имитирующую сейсмическое воздействие в широком диапазоне частот.

По данным вибрационных испытаний для конкретных уровней нагружения строятся амплитудно-частотные характеристики испытуемого фрагмента, элементов испытуемых конструкций, представляющие зависимость амплитуд колебаний сооружения от частоты гармонического воздействия.

Изменяя частоту воздействия, оценивают динамические характеристики, например частоты основного тона колебаний, диссипативные свойства и пр., а также принципиальный характер работы системы «вибростенд - испытуемая конструкция». По результатам испытаний фиксируются количественные и качественные показатели результатов воздействия, например деформации, характер и уровень повреждений.

Полученные в результате измерений повреждения, величины усилий и деформаций, динамические характеристики сравниваются с расчетными значениями и/или нормативными параметрами, а также между собой, в результате чего делаются соответствующие выводы о надежности и безопасности испытуемой конструкции или оборудования.

При этом, начальные динамические характеристики вибростенда, образцов для испытаний определяют заранее с целью выбора наиболее оптимального, с точки зрения решаемых задач, режима испытаний. Такие испытания проводят, например, путем оттяжки верхней точки вибростенда и испытуемой конструкции или иным способом, например, путем включения - выключения источника вибраций, с регистрацией режима затухания колебаний перед началом всего цикла испытаний, в процессе проведения испытаний и после их завершения. Полученные в результате частоты и периоды колебаний также сравниваются с расчетными значениями.

Одновременно с определением динамических характеристик фиксируется начальное техническое состояние конструкции, например отсутствие или наличие повреждений, их характер, размеры трещин, узлов соединений и пр. Эти характеристики также в дальнейшем используются при анализе результатов испытаний.

Параметры динамического нагружения назначают по результатам расчетного анализа, с учетом начальных динамических характеристик опытных образцов и уточняются на этапах проведения испытаний.

Этапы нагружения выбирают таким образом, чтобы иметь возможность прохождения системой резонанса как от здания к испытуемой конструкции или оборудованию, так и отдельно для испытуемой конструкции или оборудования.

Поэтапное изменение уровня нагружения осуществляется посредством регулировки работы вибрационного источника. Время нагружения определяется при постановке программы испытаний.

Использование предложенного вибростенда позволяет максимально обеспечить потребности исследователей при проведении оценки и подтверждения соответствия конструкций и навесного оборудования требованиям по надежности и безопасности расчетно-экспериментальным путем.

Комплексные данные, полученные по результатам такого анализа, дают возможность высказывать объективное суждение о сейсмостойкости, динамической устойчивости конструкций и оборудования зданий и сооружений.

Тем самым, достигаются удешевление затрат на выполнение испытаний за счет исключения необходимости использования дорогостоящего испытательного оборудования, громоздких вибро- и сейсмоплатформ, обеспечивается увеличенная вариабельность имитаций нагружения зданий и сооружений при одновременной экономии электроэнергии за счет выполнения источника вибрации съемным и переносным. Применение вибростенда с указанными характеристиками позволяет приблизить условия испытаний к реальному нагружению, присущему знакопеременным воздействиям, вероятным при природно-техногенных явлениях, таких как воздействие пульсаций ветра, движения транспорта и прочее, получить более полные данные о конструктивной надежности и безопасности конструкций и/или оборудования в режиме динамического нагружения.

Предложенное устройство характеризуется также простотой эксплуатации и ремонтопригодностью, надежностью и универсальностью.

1. Вибростенд, характеризующийся тем, что он включает каркасную конструкцию, фундамент и/или основание, по меньшей мере, один источник вибрации и датчики, причем каркасная конструкция включает вертикальные и поперечные связи, пересекающиеся в узлах конструкции, и, по меньшей мере, одно перекрытие, при этом нижняя часть каркасной конструкции закреплена на фундаменте и/или основании, а, по меньшей мере, один источник вибрации выполнен инерционным, съемным, с возможностью изменения частот генерируемых им динамических колебаний и расположен на каркасной конструкции выше уровня фундамента или основания или в пределах каркасной конструкции, предпочтительно на перекрытии.

2. Вибростенд по п.1, отличающийся тем, что перекрытие выполнено в виде по, меньшей мере, двух горизонтальных балок, перекрывающих пролет между противолежащими вертикальными связями.

3. Вибростенд по п.2, отличающийся тем, что балки перекрытий выполнены предпочтительно коробчатого сечения из прокатных профилей, соединены между собой и/или со связями каркасной конструкции предпочтительно разъемно или неразъемно, например, посредством сварки с обеспечением надежной передачи динамической нагрузки от источника колебаний к остальным конструкциям.

4. Вибростенд по п.1, отличающийся тем, что источник вибрации размещен на верхнем перекрытии, например, выполненном в виде покрытия каркасной конструкции.

5. Вибростенд по п.1, отличающийся тем, что фундамент выполнен в виде фундаментной плиты и/или в виде отдельных фундаментных опор под, по меньшей мере, частью вертикальных связей каркасной конструкции.

6. Вибростенд по п.1, отличающийся тем, что каркасная конструкция закреплена на основании или фундаменте посредством анкеров или иным способом, обеспечивающим жесткое и/или податливое соединение в зависимости от установленных требований по проведению испытаний.

7. Вибростенд по п.5, отличающийся тем, что фундаментные опоры дополнительно установлены на вибро- или сейсмоплатформе.

8. Вибростенд по п.1, отличающийся тем, что узлы конструкции выполнены с возможностью изменения типа закрепления, например с жестокого на податливое, например шарнирное.

9. Вибростенд по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть связей каркасной конструкции выполнена жесткой или гибкой, или часть связей каркасной конструкции выполнена гибкой, а часть жесткой.

10. Вибростенд по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит наклонные, в том числе перекрещивающиеся связи и/или связевые диафрагмы, позволяющие регулировать его динамические свойства.

11. Вибростенд по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть связей выполнена металлической и/или железобетонной, при этом, по крайней мере, часть связей образует горизонтальные или вертикальные рамы различной конфигурации.

12. Вибростенд по п.1, отличающийся тем, что каркасная конструкция выполнена по форме, близкой к параллелепипеду, а связи с возможностью регулирования длины, и/или ширины, и/или высоты каркасной конструкции.

13. Вибростенд по п.1, отличающийся тем, что он изготовлен в виде цельной конструкции либо в виде сборно-разборной конструкции.

14. Вибростенд по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен креплениями и/или конструкциями для фиксации испытуемых конструкций и/или оборудования, например конструкциями и креплениями для фасадной системы облицовки - кронштейнами, консольно закрепленными на связях, и направляющими, соединенными с кронштейнами.

15. Вибростенд по п.1, отличающийся тем, что по его высоте, предпочтительно вверху, установлен как минимум один источник вибраций, представляющий собой вибромашину инерционного действия или иной аналогичный источник вибраций, используемый для возбуждения вынужденных динамических колебаний.

16. Вибростенд по п.1, отличающийся тем, что источник вибрации представляет собой вибромашину инерционного действия, которая включает основание, корпус, дебалансы, шпиндели дебалансов, электромоторы вращения дебалансов, механизм регулировки эксцентриситета дебалансов, электромотор механизма регулировки эксцентриситетов дебалансов, программируемый комплекс управления, причем дебалансы насажены на шпиндели и имеют ниши и/или отверстия, конфигурация которых обеспечивает возможность поворота дебалансов в вертикальных плоскостях под действием механизма регулировки эксцентриситетов во время вращения шпинделей вибромашины, причем программируемый комплекс управления снабжен, по меньшей мере, одним модулем энергонезависимой памяти.

17. Вибростенд по п.1, отличающийся тем, что источник вибраций выполнен с возможностью изменения частот генерируемых им колебаний в горизонтальном и/или в вертикальном положении.

18. Вибростенд по п.1, отличающийся тем, что он снабжен как минимум одним дополнительным источником вибрации, установленным предпочтительно в нижней части каркасной конструкции, например источником ударной вертикальной и/или горизонтальной нагрузки в виде импульса или синусоиды.

19. Вибростенд по п.18, отличающийся тем, что для размещения дополнительного источника вибрации внутри каркасной конструкции и обеспечения вариативности колебаний он дополнительно снабжен платформой или конструкцией, размещенной внутри каркасной конструкции и закрепленной предпочтительно шарнирно к перекрытию, предпочтительно верхнему, или связям каркасной конструкции посредством дополнительных гибких и/или жестких связей.

20. Вибростенд по п.19, отличающийся тем, что конструкция, размещенная внутри каркасной конструкции, выполнена обеспечивающей возможность использования в качестве самостоятельного стенда для проведения испытаний на динамическую устойчивость и сейсмостойкость конструкций, оборудования, их фрагментов или моделей-макетов.

21. Вибростенд по п.20, отличающийся тем, что для повышения грузоподъемности конструкции, размещенной внутри каркасной конструкции и используемой в качестве самостоятельного вибростенда, она установлена на опоры в виде катков и иных аналогичных приспособлений, не препятствующих горизонтальным смещениям.

22. Вибростенд по п.1, отличающийся тем, что он включает измерительные датчики, такие, как, например, датчики деформаций и ускорений - однокомпонентные и/или многокомпонентные.

23. Вибростенд по п.22, отличающийся тем, что он включает программируемый комплекс управления, снабженный, по меньшей мере, одним модулем энергонезависимой памяти.

24. Вибростенд по п.22, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен программными средствами и измерительно-вычислительным комплексом для сбора, преобразования, регистрации, обработки, передачи и представления информации, поступающей с датчиков.

25. Вибростенд по п.24, отличающийся тем, что измерительно-вычислительный комплекс выполнен с возможностью или оснащен средствами для построения и/или публикации, в том числе на физических носителях графиков или отчетов по результатам испытаний.