En  |  Pyc
 

Комплексный Мониторинг Сложных Строительных Сооружений: Инструментальное и Системное Обеспечение

В задачах обеспечения безопасности строительных сооружений всегда  существовал ряд проблем, решение которых в настоящее время может быть существенно продвинуто за счет значительного прогресса в вычислительной технике, средствах коммуникаций и регистрации сигналов, генерируемых окружающей средой, а также в разработке эффективных алгоритмов сбора и обработки информации. Одна из таких задач – мониторинг и эффективный анализ состояния сооружения в режиме времени, близком к реальному

Основные задачи мониторинга сооружений:

обеспечение безопасности и структурной целостности этих сооружений в условиях постоянно меняющихся нагрузок на эти сооружениями.

Причины изменения нагрузок:

землетрясения, карстовые обрушения, атмосферные, в частности, ветровые нагрузки, вибрации от близлежащих транспортных магистралей, и ряд других. В силу вышесказанного такой мониторинг называется структурным.

1. Зачем нужен структурный мониторинг?

Определение и мониторинг динамических характеристик сооружений, называемых также модальными параметрами, при построении (конечно-элементной) модели этого сооружения и определении его состояния (разрушения, крипы, просадки, и т.д.).

2. К чему это сводится на практике:

К анализу реакции сооружения на воздействие окружающей среды, главным образом такое, как вибрационное воздействие от транспортных потоков, атмосферное и ветровое давление, а также динамических процессов геологической среды, что становится особенно актуальным в условиях современного мегаполиса с его карстово-суффозионными и оползневыми процессам, повышенной микросейсмичностью и опасностью генерации сейсмических событий с балльностью, превышающей расчетную в рамках городского Генплана.

3. Что делать дальше?

Если на основе динамического поведения структуры выявляется разрушение, то это разрушение должно быть локализовано и количественно определена его степень. На основе этой информации должны быть сделаны надежные оценки текущей безопасности сооружения. При этом требуется значительная исследовательская работа прежде чем эта информация воплотится в конкретные меры по чрезвычайному планированию.

Современный подход к решению проблемы

  • Распределенная сеть цифровых акселерографов
  • GPS приемники геодезической точности
  • Дополнительные цифровые сейсмографы (для определения корреляционных зависимостей между процессами, связанными со структурной стабильностью сооружения и сейсмичностью)
  • Система экстренного оповещения
  • Система реального времени наблюдений и обработки данных

Основой такой системы мониторинга должна являться распределенная по всему сооружению сеть датчиков ускорения (акселерометров), и система обработки реального времени, включающая в себя функции оповещения об опасности, а также подсистема интерактивного анализа.

Аппаратура для регистрации

  • IP-мобильный цифровой многоканальный регистратор с GPS приемником и ручным терминалом настройки
    вертикальный датчик
  • 3- компонентный датчик
  • Скважинный цифровой датчик ускорения
  • Cкважинный 3-компонентный зонд (установка без бурения)

Комплексные технические решения

  • В настоящее время задача структурного мониторинга решается, главным образом, на основе следующих измерений, дополняющих основное – измерение ускорений при помощи акселерометров:
  • Скорость и направление ветра;
  • Внешняя температура;
  • Другие климатические параметры (уровень осадков, влажность, солнечная радиация, и т.д.);
  • Внутренняя, или структурная температура;
  • Статические наклоны;
  • Усталостное разрушение Коррозия;
  • Акустическая эмиссия, и Некоторые другие

В то же время, основные данные о состоянии конструкции в динамике можно получить совмещением двух современных технологий: вибро-мониторинга на основе акселерометров и GPS наблюдений так, как это для общего случая показано на рисунке.

Сбор и обработка в SNDA (© SYNAPSE Science Center) данных сенсорной сети структурного мониторинга

Характерные схемы расстановки сети акселерометров

В общем случае, акселерометры устанавливаются по всему зданию в зависимости от выбранной модели наблюдений. На верхнем рисунке представлено 6 основных (простейших) моделей наблюдений (стрелками указаны компоненты акселерометров):

 

Регистраторы в помещении энергоблока ядерной электростанции Property of Refraction Technology, Inc, Technical Proposal for Chernobyl Shelter Implementation Plan, 2002.

California Strong Motion Instrumentation Program Basics

Building instrumentation objectives generally include measurement of the following parameters:

  • .input ground motion;
  • .building base motion;
  • .lateral floor motion;
  • .torsional floor motion;
  • .floor or wall diaphragm motions; and
  • .shear wall rocking motion.
  1. Model 1: Base or Reference Free-Field Only
  2. Model 2: Base and Roof
  3. Model 3: Reference/Free Field, Base and Roof
  4. Model 4: Base, Mid-height, and Roof
  5. Model 5: Multi-Level Lateral Motion, Roof-Only Torsion
  6. Model 6: Multi-level Lateral and Torsional Motion
  7. Building Height and Configuration

The number of intermediate levels instrumented depends on the building height and configuration:

  • For buildings up to three stories in height, each level is often instrumented in order to allow calculation of inter-story drift at each story;
  • For mid-rise buildings (four to seven stories), two intermediate levels are usually instrumented;
  • For high-rise buildings (eight stories or more), at least two intermediate levels are instrumented, and additional instrument may be added at levels where there is a discontinuity in stiffness. Additional levels should generally be instrumented for tall buildings (15 stores and up).

 

 

Download: Комплексный Мониторинг Сложных Строительных Сооружений: Инструментальное и Системное Обеспечение

 
 
Your are here: