Системы мониторинга инженерных конструкций

Внедрение: 2013 г.

Часть 1.

Представляем примеры применения Установки измерительной LTR в сфере систем мониторинга инженерных конструкций (СМИК), регламентированной ГОСТ Р 22.1.12-2005  "Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Структурированная система мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений. Общие требования".

На рисунке 1 приведена типичная структурная схема СМИК по данным Инжинирингового центра ГОЧС «БАЗИС».

Рисунок 1. Обозначения: ЦОП – центр оперативной поддержки; АРМ  – автоматизированное рабочее место оператора; СМИС – система мониторинга инженерных систем (в которую входит СМИК по ГОСТ Р 22.1.12-2005).

Рисунок 2.  Программный комплекс ПК ЛС СМИК (Инжинирингового центра ГОЧС «БАЗИС») осуществляет мониторинг состояния инженерных (несущих) конструкций зданий и сооружений посредством непрерывного сбора и обработки показаний контрольно-измерительного оборудования (LTR11, LTR22, LTR43). 

ПК ЛС СМИК (рисунок 2) осуществляет в непрерывном режиме сбор данных с различных видов датчиков (инклинометров, акселерометров, датчиков температуры, тензометров и др.), проводит первоначальную обработку и передает данные в сервер СМИК.

Применение Установки измерительной LTR мы находим в "Проекте методики мониторинга зданий и сооружений"  Федерального центра науки и высоких технологий «Всероссийский научно-исследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций»
(ФГУ ВНИИ ГОЧС). Контролируемые характеристики в процессе мониторинга зданий и сооружений:

• частоты колебаний конструкций; 
• вертикальные прогибы от снеговых нагрузок, просадки, прогибы и крены для основных конструктивных элементов;
• ветровые, снеговые нагрузки и их распределение;
• влияние перепадов температур на напряженно-деформационное состояние несущих конструкций;
• геологические и сейсмические нагрузки.

Рисунок 3. Главное рабочее окно программы мониторинга зданий и сооружений (пример представления кровли объекта).

Часть 2. Построение систем мониторинга несущих конструкций с использованием динамических характеристик зданий и сооружений.

Этой теме посвящена работа [1] специалистов ЗАО «Инжинирингового центра ГОЧС «БАЗИС», представленная на XIX Международной научно-практической конференции по проблемам защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций.

Основная идея системы – вычисление в режиме реального времени частоты и формы несущих конструкций и сравнение их с соответствующими значениями, полученными по расчетам адекватной конечно-элементной модели здания или по результатам натурных измерений. Сигнальная система должна сообщать об отклонении данных интегральных характеристик от нормы оператору и другим заинтересованным службам.

В качестве демонстрационного образца был изготовлен макет высотного здания. Макет был оборудован акселерометром и инклинометром (рисунок 4).

Рисунок 4. Макет высотного здания.

Собственные частоты конструкции анализировались при действии микросейсмов без применения внешних воздействий на объект. Для измерений был использован 3-х компонентный акселерометр А1738, промышленный АЦП L-Сard LTR11 и ноутбук HP. Во время проведения натурных измерений данные снимались в течение 30 с, оцифровывались и подвергались быстрому преобразованию Фурье. Показания акселерометра снимались как с макета без дефекта, так и с дефектом. Дефект моделировался откручиванием болта, соединяющим фланцы. Полученные спектры в направлении оси наименьшей жесткости приведены на рисунке 5.

Рисунок 5. Спектры в направлении оси наименьшей жесткости (слева – макет без дефекта, справа – с дефектом).

Как видно из графиков, на модели без дефекта хорошо выделяются 3 собственных частоты: 1) 3,5 Гц; 2)  23 Гц; 3) 48 Гц. При внесении дефекта происходит понижение второй и третьей собственных частот, первая частота меняется несущественно. Новые значения составляют 2) 21 Гц; 3) 42 Гц. Разница между значениями составляет 2 Гц (10 %) и 6 Гц (14 %) соответственно. Данная тенденция качественно совпадает с таковой на конечно-элементной модели.

Авторами показана реальная возможность использовать такие динамические характеристики несущих конструкций, как собственные частоты, для построения системы мониторинга несущих конструкций в реальном режиме времени.

Дальнейшим развитием данного подхода является применение метода стоячих волн. Применение данного метода при создании автоматических систем мониторинга несущих конструкций позволяет дополнительно контролировать не только значение собственной частоты, но также формы, фазы и другие величины, что в свою очередь дополнительно увеличивает надежность работы системы. Возможность контроля дополнительных параметров, таких, как магнитуда землетрясений, динамический прогиб, делает данную систему более универсальным средством мониторинга несущих конструкций.

Источник:

Волков А.В., Троцко А.Ю., Мартынов В.Г. Построение систем мониторинга несущих конструкций с использованием динамических характеристик зданий и сооружений // Материалы XIX Международной научно-практической конференции по проблемам защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций. – Москва. – 2014. – С. 396-402.

Разработчик: Инжиниринговый центр ГОЧС «БАЗИС», ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ)