Разработка разнообразных систем мониторинга конструкций зданий и сооружений

Актуальной проблемой на сегодняшний день является разработка разнообразных систем мониторинга конструкций зданий и сооружений, и внедрение их в практику строительства.

Одно из них это - волоконно-оптические измерительные системы: свойства, принципы, применение.

Современное состояние строительной науки и практики в области градостроительства, инфраструктуры наземных транспортных коммуникаций, возведения сооружений в сейсмоопасных регионах, сооружения атомных станций и других актуальных приложений настоятельно требует разработки эффективных методик непрерывного исследования состояния материала строительных конструкций и воздействующих нагрузок. Развитие цивилизации в целом приводит, с одной стороны, к созданию новых методов для достижения большей надежности и безопасности, а, с другой стороны – к формированию условий повышенного потенциального риска техногенных катастроф. В этой связи усилия разработчиков систем мониторинга надежности направлены на создание смарт-технологий, способных организовать непрерывную автономную диагностику каких-либо конструкций, в режиме реального времени.

Современные волоконно-оптические датчики позволяют измерять многие физические параметры: деформацию, давление, температуру, расстояние, положение в пространстве, скорость вращения, скорость линейного перемещения, ускорение, колебания, массу, звуковые волны, уровень жидкости, концентрацию газа, и т.д..

Волоконно-оптические измерительные системы представляют собой набор волоконно-оптических датчиков (ВОД), объединенных в единую сеть той или иной топологической конфигурации с заданным алгоритмом опроса, которые целесообразно разделить на два широких класса в зависимости от роли волоконного световода (ВС), которую он играет в ВОД:

1. ВС выполняет только транзитную функцию среды-носителя для передачи оптического излучения к чувствительному элементу (ЧЭ), расположенному в зоне измерений;

2. ВС является средой-носителем для передачи сигналов и одновременно является чувствительным элементом ВОД.

В первом случае чувствительный элемент ВОД представляет собой объект, инородный по отношению к ВС, обладающий свойством изменять характеристики световой волны (амплитуда, фаза, поляризация, длина волны и т.д.) вследствие изменения измеряемого физического параметра. При этом чувствительный элемент находится в контакте с точкой среды, параметры которой (или параметры некоторой окрестности которой) контролируются ВОД. Поэтому для организации мониторинга, распределенного в некоторой трехмерной области сплошной среды, требуется наличие нескольких ВОД. Количество точек измерения можно определить как произведение количества ВОД на число измерительных каналов одного ВОД. Схема измерительных систем такого типа представлена на рис. 4.1.

Во втором случае волоконный световод в определенном смысле суть объект и субъект измерений одновременно. При этом предполагается, что имеется взаимнооднозначное соответствие между состоянием участка световода и параметрами окружающей его среды. Измерительные системы этого типа используют свойства световода преобразовывать измеряемые воздействия в соответствующие изменения характеристик световой волны, распространяющейся по световоду. В этом случае значительно упрощается оптическая схема измерительной системы и появляется возможность осуществлять распределенный контроль состояния объекта вдоль трассы прокладки волоконного световода. Соответствующая упрощенная схема измерительных систем представлена на рис.4.2.

 Целенаправленное изучение вопросов мониторинга с помощью волоконно-оптических измерительных систем, активно происходящее за рубежом, определяют необходимость анализа европейских и американских исследований в этом направлении. (Приложение 2)

Для осуществления такого мониторинга необходимо уже при разработке проектно-сметной документации предусматривать наличие в возводимом объекте устройств, контролирующих состояние его конструкций и элементов, сбор и отображение информации о напряжениях, деформациях, температуре, влажности и т.д. в контролируемых точках объекта. Мониторинг технического состояния элементов и конструкций уникальных объектов может проводиться и с использованием переносного комплекта приборов и устройств с определенной периодичностью в ходе эксплуатации объектов.

Такой подход позволит избежать внезапного возникновения аварийных ситуаций и обеспечит успешную и экономичную эксплуатацию сложных зданий и сооружений. Вместе с тем, для реализации такого подхода необходима соответствующая доработка нормативно-технической документации в области обследования технического состояния зданий и сооружений, учитывающая технико-экономическую эффективность этого мероприятия.

Заключение

Мониторинг технического состояния зданий и сооружений является самостоятельным направлением строительной деятельности, охватывающим комплекс вопросов, связанных с обеспечением эксплуатационной надежности зданий, с проведением ремонтно-восстановительных работ, а также с разработкой проектной документации по реконструкции зданий и сооружений.

Объем мониторинга зданий и сооружений увеличивается с каждым годом, что является следствием ряда факторов: физического и морального их износа, перевооружения и реконструкции производственных зданий промышленных предприятий, реконструкции малоэтажной старой застройки, изменения форм собственности и резкого повышения цен на недвижимость, земельные участки и др. Особенно важно проведение мониторинга зданий и сооружений, что часто связано с изменением действующих нагрузок, изменением конструктивных схем и необходимостью учета современных норм проектирований зданий. В процессе эксплуатации зданий вследствие различных причин происходят физический износ строительных конструкций, снижение и потери их несущей способности, деформации как отдельных элементов, так и здания в целом. Для разработки мероприятий по восстановлению эксплуатационных качеств конструкций, необходим мониторинг с целью выявления причин преждевременного износа понижения их несущей способности.

При мониторинге зданий и сооружений применяется лучшее оборудование и приборы, внесенные в Госреестр средств измерения РФ.

Большое значение для реального контроля технического состояния зданий и сооружений города с большепролетными конструкциями имеет аппаратурное обеспечение этого процесса. В этом направлении необходимо на основе исследований предлагаемых рынком систем, приборов и устройств создать каталог оборудования, рекомендуемого для мониторинга текущего технического состояния зданий и сооружений с большепролетными конструкциями. Кроме того, для мониторинга особо сложных и больших уникальных объектов с большепролетными конструкциями необходимо совершенствование оборудования и разработка комплексной автоматизированной станции, в том числе на беспроводной основе.[8].

Список использованной литературы

1. Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 53778-2010 "Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния" (утв. приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 25 марта 2010 г. N 37-ст). Москва, Стандартинформ ,2010

2. Бойко М.Д. Техническое обслуживание и ремонт зданий и сооружений. Л., Строй¬издат, 1986г.

3. Касьянов В.Ф., Калинин В.М., Авдеева Т.А., Сокова С.Д. Оценка технического состояния эксплуатируемых зданий и инженерных систем. М., МИСИ им. В.В. Куйбышева 1993г.

4. Козачек В.Г., Нечаев Н.В., и др. Обследование и испытание зданий и сооружений. ФГУТТ «Издательство «Высшая школа», М., 2004г., 446с.

5. Порывай Г.А., Датюк О.В. Техническая эксплуатация зданий. М., МИСИ им. В.В. Куйбышева, 1983г.

6. Стражников А.М., Ройтман А.Г., Мониторинг технического состояния жилых зданий. Опыт городов и регионов. Москва. 2000г.,9с.

7. Шубин Л.Ф., Датюк О.В., Кононович Ю.В. и др. Примеры расчетов по организации и управлению эксплуатацией зданий. М., Стройиздат, 1991г.

8. http://fire01.ucoz.ru/publ В.В. Гурьев. Опыт Российской инженерной академии и ГУП МНИИТЭП в области мониторинга безопасности строительных конструкций.

9. http://www.zetms.ru/support/articles/seismo/building_monitor.php?print=Y Капустян Н. К, Вознюк А. Б.Опыт проектирования и эксплуатации схем мониторинга конструкций и оснований высотных зданий/

10. Свод правил по проектированию и строительству Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений и N 28 от 9 марта 2004 г

Приложение

Байбурин, Р.А. Концепция системы мониторинга и управления рисками на резервуарных парках [Текст]/Р.А. Байбурин, Н.Х. Абдрахманов//Промышленная безопасность на взрывопожарных и химически опасных производственных объектах. Технический надзор, диагностика и экспертиза, 2007

Варфоломеев, А.Ю. Автоматизированная система диагностики промышленного оборудования [Текст]/А.Ю. Варфоломеев, А.В. Микулович, В.И. Микулович, В.Т. Шнитко//Техническая диагностика и неразрушающий контроль, 2006, №4

Введенский, П.В. Современные приборы мониторинга и диагностики промышленных сооружений [Текст]/П.В. Введенский //Промышленная безопасность на взрывопо-жарных и химически опасных производственных объектах. Технический надзор, диагностика и экспертиза, 2007

Харебов, В.Г. Система комплексного диагностического мониторинга опасных производственных объектов [Текст]/В.Г. Харебов, Ю.П. Бородин, В.А. Шапорев//В мире неразрушающего контроля, 2006, №4 (34)

 Потапкин, Е.В. Мониторинг существующих зданий и возводимых объектов – единый механизм строительства [Текст]/ Е.В. Потапкин//Промышленное и гражданское строительство, 2006, №12