Система мониторинга инженерных конструкций

Что такое СМИК?

СМИК – система мониторинга инженерных (несущих) конструкций, опасных природных процессов и явлений, осуществляющая в режиме реального времени контроль изменения состояния оснований, несущих конструкций зданий и сооружений; сооружений инженерной защиты, зон схода селей, оползней, лавин в зоне строительства и эксплуатации объекта мониторинга с целью предупреждения чрезвычайных ситуаций. СМИК является подсистемой СМИС объекта.

Система реализует подход, согласно которому изменение состояния конструкций объекта влечёт изменение общих интегральных характеристик конструкций и соответствующих контролируемых параметров. Мониторинг параметров выполняется инструментально, в режиме реального времени, с применением необходимых критериев. Чувствительность системы к изменениям состояния конструкций зависит от выбранных интегральных характеристик, используемых датчиков и принципов их размещения. Места установки измерительных устройств должны учитывать особенности механики работы конструкций, согласовываться с расчетным обоснованием напряженно-деформированного состояния, прочности, устойчивости и надежности несущих конструкций объекта.

Какие объекты оснащаются СМИК?

Оснащение объекта подсистемой СМИК выполняется при новом строительстве, реконструкции или капитальном ремонте. Перечень категорий объектов, подлежащих оснащению СМИК, соответствует перечню объектов для СМИС. Классификация включает особо опасные, технически сложные, промышленные и гражданские объекты повышенного уровня ответственности. Особого внимания заслуживают технически сложные, высотные, большепролетные уникальные объекты строительства, мониторинг изменения состояния несущих конструкций которых является наиболее востребованным современной практикой.

Какое оборудование входит в состав СМИК?

В состав СМИК может входить следующее оборудование:

• серверы и контроллеры СМИК;
• оборудование сети сбора и передачи данных;
• датчики;
• автоматизированное рабочее место.

Какие датчики применяются для организации СМИК?

Контроль основных параметров несущих конструкций зданий и сооружений выполняется с использованием следующих измерительных устройств.

Датчики измерения угла наклона (инклинометры, наклономеры, уклономеры, измерители наклона и пр.) позволяют измерять угол наклона несущих конструкций в двух плоскостях. С использованием датчиков выполняется контроль кренов колонн, рам, ядер жесткости, углов наклона поясов ферм и других элементов конструкций.

Акселерометры (сейсмоприемники, сейсмометры) позволяют измерять ускорения по трем взаимно перпендикулярным осям. С использованием датчиков и последующей обработки сигналов выполняется контроль виброускорений, значений резонансных частот, значений амплитуд колебаний для резонансных частот в различных точках, значений логарифмических декрементов затухания.

Также для организации СМИК и учета особых требований к эксплуатации объекта используют дополнительные типы датчиков и соответствующие контролируемые параметры.

Датчики (измерители) температуры и влажности применяют для контроля стабильности параметров окружающей среды и условий эксплуатации конструкций из древесины и других материалов. Существует технологическая возможность использования как отдельных датчиков, так и универсальных метеостанций.

Тензометрические датчики (тензодатчики, тензометры) позволяют контролировать развитие суммарных напряжений и деформаций в отдельных точках конструктивных элементов. Следует отметить, что изменение напряженно-деформированного состояния конструкций может объясняться множеством “локальных” факторов, что существенно затрудняет объективную непротиворечивую интерпретацию регистрируемых данных в масштабе здания. Примерами таких факторов могут выступать низкое качество монтажа измерительных устройств, трудности контроля состояния измерительного оборудования (метрологическое обеспечение, замена, перенос и пр.), низкое качество материалов, нарушение порядка проведения строительно-монтажных работ, неучтенные проектом дополнительные нагрузки (в т. ч. локальные), перераспределение внутренних усилий при проектной осадке каркаса здания.

Волоконно-оптические системы мониторинга (распределённые волоконно-оптических системы) позволяет с использованием оптического волокна и анализатора контролировать температуру и развитие напряжений и деформаций линейно протяжённых объектов, сред, конструктивных элементов или их совокупности. Подобные системы применяются для геотехнического мониторинга протяженных инфраструктурных объектов.

Датчики давления на грунт позволяют контролировать состояние грунтового массива в основании и в окрестности здания (сооружения), возникновение неравномерных осадок и совместную работу каркаса здания и грунтового массива по площади основания.

Датчики линейных перемещений (струнные датчики перемещений, измерители стыков, измерители раскрытия, преобразователи смещения) позволяют контролировать линейные перемещения между двумя точками. В зависимости от типа датчика применяются для контроля малых перемещений (технологические швы, стыки, сочленения, трещины, перемещения основных элементов относительно друг друга и т. д.) и больших смещений (оползни, наблюдения за разломами и т. д.).

Скважинные инклинометры (инклинометрические трубы, зонды) используют для контроля горизонтальных деформаций скважины, устроенной в грунтовой толщи участка объекта.

Датчики короля уровня грунтовых вод (уровнемеры) применяют для контроля гидрогеологического режима участка объекта.

Пьезометры используют для контроля уровня водоносных горизонтов и порового давления жидкости в разных типах грунтов от водонепроницаемых до водонасыщенных.

Пространственные цифровые лазерные сканеры (тахеометры, нивелиры, дальномеры) позволяют определить пространственные координаты точек поверхности объекта посредством измерения координатных характеристик множества точек (мишеней). Получаемые данные используются для анализа перемещений (в т. ч. отдельных элементов относительно друг друга, стыков и сочленений), контроля раскрытия швов, трещин и прочих параметров. Сканеры применяются в автоматизированных системах геодезического мониторинга высотных зданий.

ГЛОНАСС/GPS-мониторинг позволяет с использованием высокоточных навигационных приемников и опорной сети базовых станций определять перемещения внешних точек каркаса здания и поверхности грунтового основания в пространстве, что применяется для измерения осадок и кренов каркаса здания. Данная технология находит применение при мониторинге высотных объектов и опасных геологических процессов.

Какие параметры несущих конструкций контролирует СМИК?

В части несущих конструкций:

• квазистатические характеристики: перемещения (в т. ч. угловые), крены колонн, рам, ядер жесткости, углы наклона поясов ферм;
• динамические характеристики: уровень виброускорений, значения резонансных частот, значения амплитуд колебаний для резонансных частот, значения логарифмических декрементов затухания.

В части оснований зданий (сооружений):

• деформации фундаментов;
• совместность работы каркаса здания и грунтового массива по площади основания;
• неравномерность осадок.

В части параметров окружающей среды:

• температура;
• относительная влажность;
• кислотность;
• направление и характеристики скорости ветра.

В части опасных геологических процессов и явлений:

• сейсмический режим, уровень виброускорений;
• горизонтальные перемещения и смещения грунтового массива; скорость регистрируемых перемещений; частота проявления;
• гидрогеологический режим участка объекта; изменение уровня, температуры и других параметров подземных вод; поровое давление жидкости в грунте.

Кто будет получать сообщение об изменении состояния несущих конструкций объекта и развитии опасных геологических процессов и явлений?

Передача сообщений выполняется техническими средствами СМИС. В перечень получателей информации об изменении состояния входит служба эксплуатации объекта, единая дежурно-диспетчерская служба муниципального образования, центр управления в кризисных ситуациях МЧС России (ЦУКС) по субъекту РФ. Получателями сообщений могут выступать представители собственника объекта.

Эффект от эксплуатации СМИК

Предупреждение разрушения несущих конструкций и сокращение размеров ущерба за счет автоматического в режиме реального времени мониторинга изменения их состояния.

Накопленные данные инструментальных измерений СМИК используют как дополнительный источник, отражающий во временной области значительные изменения напряженно-деформированного состояния (НДС) несущих конструкций и основных динамических параметров объекта. Факт отсутствия значительных изменений НДС и константность основных динамических параметров свидетельствует о неизменности механических свойств и кинематических особенностей работы несущих конструкций, применяется для целей предварительного обследования и при общем мониторинге технического состояния объекта, является дополнительным массивом данных для планирования и анализа результатов развернутого детального обследования несущих конструкций здания (сооружения).