ГОСТ Р 54859-2011

Группа Ж19

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

Определение параметров основного тона собственных колебаний

Buildings and constructions. Determination of the parameters of the basic tone of free oscillations of buildings

ОКС 91.200

Дата введения 2012-07-01

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Общие положения"

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Государственным унитарным предприятием города Москвы "Московский научно-исследовательский и проектный институт типологии, экспериментального проектирования" (ГУП "МНИИТЭП")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 декабря 2011 г. N 1564-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

     1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает правила определения значений следующих параметров основного тона собственных колебаний зданий и сооружений (далее - зданий): период и логарифмический декремент, а также инструментальный метод определения значений периода и логарифмического декремента основного тона собственных колебаний зданий и сооружений (далее - периода и декремента).

Настоящий стандарт применим также для определения значений периодов обертонов собственных колебаний зданий с ограничениями в соответствии с приложением А.

Настоящий стандарт также устанавливает общие требования к составу и метрологическим характеристикам применяемой измерительной системы.

Требования настоящего стандарта распространяются на проведение измерений для целей и на объектах, входящих в область применения ГОСТ Р 53778.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 8.563-2009 Государственная система обеспечения единства измерений. Методики (методы) измерений

ГОСТ Р 53778-2010 Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния. Общие требования

ГОСТ 8.009-84 Государственная система обеспечения единства измерений. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений

ГОСТ 8.207-76 Государственная система обеспечения единства измерений. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

     3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 53778, а также по [1]-[5].

     4 Основные положения

4.1 Период и логарифмический декремент основного тона собственных колебаний здания являются важными расчетными параметрами при анализе изменений напряженно-деформированного состояния здания в процессе эксплуатации, в том числе при проведении обследований и мониторинга технического состояния здания. Стандартизация метода определения значений этих параметров проводится в соответствии с требованиями [6], а также для обеспечения соблюдения требований [3] и ГОСТ Р 53778.

4.2 Для определения значений периода применяют косвенный метод измерений, при котором регистрируют процессы колебаний здания по трем взаимно перпендикулярным осям. Значения периода по каждой из осей определяют по результатам измерений по соответствующей оси расчетным методом, основанным на анализе спектров мощности колебаний здания.

4.3 Значения декремента по каждой из взаимно перпендикулярных осей определяют также расчетным методом по результатам измерений, проведенных для определения значений периода.

4.4 Колебания здания представляют собой суперпозицию собственных и вынужденных колебаний, вызванных различными внутренними (работой бытовой техники и различных технических систем здания) и внешними (городским транспортом, стройками и т.п.) воздействиями.

4.4.1 Для определения значений периода, как правило, регистрируют собственные колебания здания, вызванные естественным динамическим природно-техногенным фоном города (при наличии оборудования, чувствительного к уровням естественного динамического воздействия), поэтому в процессе измерений дополнительных воздействий на здание не производят.

Примечание - Этот метод определения значений периода имеет ограничения по точности, если фоновый шум и вызываемые им собственные колебания здания близки по амплитуде.

4.4.2 В зависимости от требований к погрешности измерений для создания собственных колебаний здания, имеющих более высокую по сравнению с шумом амплитуду, на здание могут оказываться дополнительные динамические воздействия.

Примечание - Ввиду нелинейности характеристик здания как колебательной системы, значения периода, определенные методами, описанными в 4.4.1 и 4.4.2, могут различаться друг от друга. Наличие такого различия не создает препятствий при использовании полученных результатов. Сравнение результатов проводят только для одинаковых методов (в соответствии с 4.4.1 или 4.4.2). В случае применения метода по 4.4.2 способ и места оказания дополнительных динамических воздействий, а также уровни таких воздействий должны быть приблизительно одинаковыми.

4.4.3 Требования к способу создания дополнительных динамических воздействий на здание в настоящем стандарте не устанавливаются. Интенсивность вибраций здания, вызванных дополнительными динамическими воздействиями, не должна превышать допустимых значений, определяемых в соответствии с [7].

4.4.4 Для обеспечения возможности сопоставления результатов измерений, проводимых на здании в различные периоды времени и при различных технических состояниях здания, необходимо принимать меры к тому, чтобы при проведении измерений нагрузки, которым подвергается здание, были одинаковыми.

Примечания

1 Одним из основных факторов, которые могут повлиять на результаты измерения периода, является снеговая нагрузка, поэтому измерения рекомендуется проводить в летнее время. В случае необходимости проведения измерений при наличии снеговой нагрузки, ее значение должно быть задокументировано.

2 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, для чего эти позиции должны быть задокументированы в представляемом по результатам проведения измерений протоколе измерений. Допускается также проведение дополнительных исследований с целью установления связи между колебаниями конструкции здания и работой конкретного оборудования (см. также примечание 1 к пункту 1 приложения А).

4.5 Измерительная система должна обеспечивать преобразование аналоговых входных сигналов, пропорциональных измеряемым амплитудам колебаний здания, в цифровые, их регистрацию и сохранение, а также последующую обработку.

4.6 Метрологические характеристики применяемой измерительной системы должны обеспечивать погрешность измерений периода и декремента не выше допустимой погрешности измерения, значение которой, как правило, непосредственно связано с расчетами, определяющими зависимость изменений периода и декремента от напряженно-деформированного состояния конкретного здания. Требования к применяемым при этом методикам измерений - в соответствии с ГОСТ Р 8.563, [1], [8], [9].

Примечание - Термин "методика измерений" установлен в [1]. Согласно ГОСТ Р 8.563 вместо него применяют термин "методика выполнения измерений".

4.7 Результаты определения значений периода и декремента заносят в протокол измерений, форма которого приведена в приложении Б.

     5 Требования к измерительной системе

5.1 Применяемая для определения периода и декремента измерительная система включает в себя следующие подсистемы:

- сбора данных;

- регистрации и обработки данных.

5.1.1 Подсистема сбора данных состоит из трех первичных преобразователей, для которых измеряемой величиной являются параметры колебательных перемещений основания, на котором эти первичные преобразователи установлены. Первичные преобразователи устанавливают так, чтобы измерения проводились вдоль трех взаимно перпендикулярных осей, одна из которых является вертикальной плоскостью, а две другие - расположены в горизонтальной плоскости и совпадают с главными осями здания.

Примечание - В качестве первичных преобразователей могут применяться линейные акселерометры, датчики линейной скорости, датчики линейного перемещения.

5.1.1.1 Подсистема сбора данных предназначена для преобразования аналоговых входных сигналов первичных преобразователей, пропорциональных изменяющейся во времени измеряемой величине , в цифровые сигналы , где - дискретные значения времени (аналого-цифровое преобразование).

5.1.1.2 Цифровые выходные сигналы первичных преобразователей передаются в подсистему регистрации и обработки.

5.1.2 Подсистема регистрации и обработки данных предназначена для хранения информации, поступившей из подсистемы сбора данных, и выполнения всех необходимых операций по ее обработке. Входными сигналами для подсистемы регистрации и обработки данных являются цифровые выходные сигналы первичных преобразователей подсистемы сбора данных , пропорциональные изменяющейся во времени амплитуде колебаний здания, выходными - значения периода и декремента .

Примечание - Рекомендуется применение компьютера с соответствующим программным обеспечением. Требования к типу применяемого компьютера и программному обеспечению измерительной системы относительно конкретных способов обработки полученных данных настоящим стандартом не устанавливаются.

5.2 При проектировании (выборе) измерительной системы и разработке методики проведения измерений соблюдают требования приложения В, а также принимают допущения в соответствии с приложением Г, что позволяет выделить при оценке точности измерений наиболее значимые составляющие общей погрешности измерения и исключить из рассмотрения те составляющие, вклад которых в общую погрешность пренебрежимо мал.

5.3 Соблюдение требований и принятие допущений по 5.2 соответствуют ГОСТ Р 8.563, ГОСТ 8.009, [10] и позволяют сделать следующие выводы:

- случайная составляющая общей погрешности измерений значительно больше систематической;

- погрешностями, источниками которых являются подсистема регистрации и обработки, а также применяемые при градуировке средства измерений и устройства, можно пренебречь.

     6 Определение значений периода и логарифмического декремента основного тона собственных колебаний здания

6.1 Общие требования к порядку выполнения измерений параметров основного тона собственных колебаний здания

6.1.1 В соответствии с разделом 4 для определения значений параметров основного тона собственных колебаний здания проводят измерения, каждое из которых, осуществляемое с помощью измерительной системы, представляет собой серию из нескольких последовательно проводимых, одинаковых по времени дискретизации и продолжительности записей сигналов первичных преобразователей.

6.1.1.1 Число записей сигналов первичных преобразователей выбирают в зависимости от требований к точности (погрешности) измерений с учетом выбранного значения доверительной вероятности так, чтобы погрешность измерения не превышала допустимой.

Связь числа записей со значением погрешности измерения приведена в 6.4, а также в А.5 приложения А и в Д.4 приложения Д.

Значение доверительной вероятности выбирают, исходя из назначения здания и его элементов.

6.1.1.2 Время дискретизации сигналов первичных преобразователей (или соответствующую ему частоту дискретизации сигналов ) выбирают также в зависимости от требований к точности (погрешности) измерений, учитывая то, что частота дискретизации сигналов определяется требуемым частотным диапазоном измеряемого сигнала и ограничениями амплитудно-частотных характеристик первичных преобразователей. Частота дискретизации должна не менее чем в два-три раза превышать максимальную частоту возможного частотного диапазона измеряемого сигнала.

6.1.1.3 При выборе продолжительности записей сигналов первичных преобразователей учитывают, что установленный в настоящем стандарте инструментальный метод определения значений периода и декремента основан на анализе спектров мощности колебаний здания, поэтому продолжительность записей определяет разность между ближайшими частотами и минимальную частоту в разложении сигнала при его преобразовании для получения спектра мощности.

6.1.2 При подготовке к выполнению измерений разрабатывают схему размещения первичных преобразователей. Поскольку амплитуда собственных колебаний возрастает с высотой здания, то для повышения уровня полезного выходного сигнала первичные преобразователи размещают на несущих конструкциях верхней части здания, по возможности вблизи оси центра масс здания. При исследовании элементов зданий первичные преобразователи размещают в соответствии с разработанной программой исследований.

6.1.3 Первичные преобразователи градуируют в соответствии с полученными от их производителей методиками градуировки.

6.1.4 Подготавливают для протокола измерений (см. приложение Б) материалы, характеризующие объект, измерительную систему и методику измерений (см. приложение 1 к протоколу измерений), а также заполняют графы 1-4 протокола измерений.

6.2 Порядок проведения измерений периода и обработки их результатов

6.2.1 В соответствии со схемой размещения в здании устанавливают проградуированные первичные преобразователи.

Примечание - В зависимости от значения допустимой погрешности измерения ориентирование измерительных осей первичных преобразователей в соответствии с 5.1.1 может потребовать применения вспомогательных средств измерений.

6.2.2 Подготавливают для протокола измерений материалы, характеризующие методику и условия проведения измерений (см. приложение 2 к протоколу измерений), а также заполняют графу 5 протокола измерений.