Мониторинг зданий и сооружений / monitoring of buildings удк 528. 482


Скачать 52,54 Kb.
PDF просмотр
НазваниеМониторинг зданий и сооружений / monitoring of buildings удк 528. 482
Дата конвертации19.08.2012
Размер52,54 Kb.
ТипДокументы



 
МОНИТОРИНГ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ / MONITORING OF BUILDINGS 
 
УДК  528.482 
 
МОНИТОРИНГ СПЕЦИФИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИНЖЕНЕРНЫХ 
СООРУЖЕНИЙ 
 
MONITORING OF ENGINEERING STRUCTURES SPECIFIC PARAMETRES 
 
 
Пятницкий А.А. / Pyatnitsky A.A. 
 
кандидат  технических  наук,  доцент  кафедры  «Проектирование 
зданий»  МГСУ.  Является  главным  конструктором  и 
руководителем  сектора  обследования  зданий  и  сооружений 
научно-исследовательской 
и 
проектно-производственной 
лаборатории  «Проектирование  и  Конструирование» (НИиППЛ 
«ПиК»)  МГСУ./ Candidate of Tech.Sci., assistant professor of 
"Building Design" MGSU. Is the chief designer and head of 
sectorsurveys of buildings and structures of research, design 
andproduction laboratory "Design and Construction" (NIiPPL 
"PIC") MGSU 
 
 
email: pik-mgsu@mail.ru  
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
Кухта А. В./ Kuhta A.V. 
 
cтарший 
научный 
сотрудник, 
руководитель 
сектора 
строительного  мониторинга    НИиППЛ  «ПиК»  МГСУ/ The 
senior research assistant, the head of sector of building monitoring 
NIiPPL«PiK»MGSU 
 
e-mail: symon-pik@mail.ru 
 
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
 
Парфенова М.И./ Parfenova M.I.  
 
Аспирант  кафедры  "Инженерная  геодезия"/ Post-graduate 
student of chair "Engineering geodesy" 
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 
 
Срывкова М.В./ Srivkova M.V. 
  
Аспирант  кафедры  "Инженерная  геодезия"/ Post-graduate 
student of chair "Engineering geodesy" 
 
 
Аннотация.  Статья  посвящена  мониторингу 
Abstract. The article is devoted to the 
специфических  параметров,  к  которым  относятся,  в 
monitoring of specific parameters, particularly, extreme 
частности, предельные отклонения вершин высотных 
deviate of the tops of high-rise buildings and oscillation 
сооружений  и  частоты  колебаний.  С  целью 
frequency concern them. For the purpose of registration 
регистрации  изменений  специфических  параметров, 
of changes in specific parameters a mounting of special 
предлагается  установка  оригинального  оптического 
optic device is suggested. Moreover, the examples of 
устройства.  В  статье,  также,  приводятся  примеры 
application of monitoring systems for different objects 
применения  систем  мониторинга  на  различных 
are cited in the article. 
объектах.  
 
 
Keywords: 
мониторинг, 
высотные 
Ключевые  слова:  мониторинг,  высотные 
сооружения, частота колебаний. 
сооружения, частота колебаний. 
№03-04-2011   Международный научно-технический и производственный журнал «Науки о Земле»    
60


 
МОНИТОРИНГ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ / MONITORING OF BUILDINGS 
 
Советскими 
учеными: 
В.В. 
является  разрушение  бетона  связаное  с 
Болотиным,  А.Р.  Ржанициным  и  М.Н. 
образованием  трещин  и  предшествующих 
Степновым 
было 
установлено, 
что 
им  микротрещин.  Происходит  разрушение 
теоретически 
вероятность 
разрушения 
связей  между  отдельными  элементарными 
никогда  не  становится  равной  нулю [1,2].  частицами 
составляющими 
бетон, 
а 
Данные  утверждения  основаны  на  том,  что 
разрушение  связи  всегда  сопровождается 
условия  эксплуатации  конструкции,  и 
звуковым  импульсом.  Регистрируя  эти 
свойства, 
использованных 
при 
ее 
импульсы,  т.е.  регистрируя  акустическую 
возведении, 
материалов [3] являются 
эмиссию,  мы  регистрируем  интегральный 
случайными 
величинами. 
Случайными 
показатель  состояния  конструкции.  Низкий 
являются 
и 
 
результаты 
сложных 
уровень 
эмиссии 
свидетельствует 
о 
математических  расчетов  строительных 
благоприятном состоянии конструкции, а ее 
конструкций, определяемые математической 
резкий 
рост 
о 
наличии  негативных 
моделью  и  условностью  закладываемых  в 
процессов.  Наличие  трещин  значительно 
нее  свойств  грунтового  основания [4] и 
снижает 
скорость 
прохождения 
материалов  конструкции.  Весьма  заметное 
ультразвуковой  волны  в  материале  и 
влияние  на  величины  действующих  в 
увеличивает  степень  затухания  амплитуды 
элементах 
конструкций 
напряжений 
этой  волны.  Слежение  за  распространением 
оказывают 
технология 
возведения 
ультразвуковых 
волн 
в 
наблюдаемой 
сооружения и качество производства работ. 
конструкции 
также 
может 
быть 
Все перечисленные факты говорят об 
интегральным 
показателем. 
Изменение 
одном: мы не знаем истинного соотношения 
частот  так  же  является  интегральным 
величин 
воздействия 
и 
способности 
показателем 
состояния 
конструкции. 
конструкции 
сопротивляться 
этому 
Меняется соотношение массы и жесткости – 
воздействию.  В  связи  с  этим  необходимо 
меняется  частота.  Можно  спорить  о 
следить  за  истинными  значениями  величин 
достоинствах  и  недостатках  методов, 
воздействия  и  сопротивления  воздействию. 
приведенных  в  качестве  примеров,  однако 
Сопоставление  истинных  значений  этих 
факт наличия интегрального показателя для 
величин 
позволит 
нам 
говорить 
о 
большинства 
сооружений 
или 
их 
надежности конструкции на данный момент 
конструкций представляется бесспорным. 
времени,  а  прогноз  изменения  нагрузки  и 
Весьма 
специфическим 
и  
свойств 
материала, 
полученный 
по 
интересным 
является 
интегральный 
результатам  долговременных  наблюдений, 
показатель,  заключающийся  в  измерении  и 
позволит 
говорить 
о 
надежности 
записи  перемещений  вершины  высотного 
конструкции  в  некоторой  перспективе. 
сооружения с колебаниями по первой форме 
Совершенно  очевидно,  что  это  открывает 
и  преобладающим  вкладом  в  колебания  от 
нам 
возможность 
оперативного 
порывов 
ветра [5]. Для 
измерения 
вмешательства  в  работу  конструкции  с 
перемещений  традиционно  используются 
целью  не  допущения  даже  малейшего 
измерительные  комплексы,  построенные  на 
проявления 
нарушения 
 
ее 
основе 
контактных 
датчиков – 
работоспособности. 
пьезоакселерометров,  устанавливаемых  на 
Но  мы  можем  следить  и  за 
колеблющихся 
элементах 
сооружений. 
соотношением  параметров  воздействия  и 
Комплексы данного типа способны измерять 
сопротивления  этим  воздействиям.  Прогиб 
колебания  с  частотами  не  ниже 0,1 Гц,  то 
загруженной  балки  является  интегральным 
есть 
они 
не 
могут 
работать 
в 
показателем  воздействия  и  сопротивления 
квазистатическом 
диапазоне 
частот, 
воздействию. 
Если 
прогиб 
превысил 
который охватывает частоты от 0,1 до 0,001 
предельные 
значения, 
то 
не 
важно 
Гц.  Кроме  того,  результатом  обработки 
увеличилась  ли  нагрузка  или  снизились 
данных  в  этих  комплексах  являются 
показатели 
жесткости 
балки. 
Другим 
временные  развертки  и  спектры  ускорений, 
примером 
интегрального 
показателя 
в  то  время  как  для  практических  расчетов 
№ 03-04-2011  Международный научно-технический и производственный журнал «Науки о Земле»     
61


 
МОНИТОРИНГ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ / MONITORING OF BUILDINGS 
 
чаще необходимы данные по перемещениям 
сооружения  должна  быть  сведена  к 
элементов  сооружений.  В  связи  с  этим,  для 
минимуму. 
измерений перемещений в квазистатической 
Когда  мы  говорим    о необходимости 
зоне  частот  целесообразно  использование 
ведения 
наблюдений 
за 
какими-то 
оптических 
методов, 
не 
требующих 
параметрами  сооружения,  то  мы  должны 
достаточно 
сложных 
промежуточных 
определить  за  какими  именно  параметрами 
устройств  и  операций  для  преобразования 
должны  проводиться  эти  наблюдения. 
измеренных  ускорений  в  скорости  и 
Установка  датчиков  дождя  или  толщины 
перемещения. 
Предложенный 
метод 
снегового  покрова  с  целью  определения 
реализуется  в  устройстве  оптического 
напряженно-деформированного  состояния 
комплекса  состоящего  из:  видеокамеры  с 
(НДС)  и  надежности  работы  покрытия 
длиннофокусным 
объективом, 
сооружения  бессмысленна.  Наличие  или 
расположенной  у  основания  сооружения  на 
отсутствие  дождя  как  природного  явления 
площадке  не  подверженной  внешним 
или  величина  сугробов  не  влияют  на 
воздействиям,  и  специальной  мишени, 
работоспособность 
покрытия. 
расположенной  на  выносной  площадке  у 
Следовательно,  указанные  датчики  не 
вершины  сооружения.  Данный  комплекс 
являются  технически  обоснованными.  С 
способен  с  достаточно  высокой  точностью 
другой стороны мы можем установить массу 
без  искажений  измерять  перемещения  во 
самых 
разнообразных 
и 
технически 
всем  диапазоне  частот  до  1Гц.  Он 
обоснованных  чувствительных  элементов – 
отличается 
предельной 
простотой 
сенсоров на каждый элемент конструкции. В 
устройства,  надежностью  в  эксплуатации  и 
этом 
случае 
стоимость 
таких 
низкой 
себестоимостью. 
Недостатком 
чувствительных  элементов  в  совокупности 
комплекса 
является 
зависимость 
от 
со  стоимостью  системы  сбора  и  обработки 
атмосферных осадков и погодных условий.         информации  может  превысить  стоимость 
И  так,  мы  пришли  к  выводу  о  том, 
сооружения, 
что 
несомненно 
будет 
что  для  понимания  реальных  значений 
экономически необоснованным. 
надежности  конструкции  мы  должны 
Называя 
мониторингом 
систему 
следить  за  величинами  воздействия  и 
сбора  и  обработки  данных,  отвечающую 
сопротивления  этому  воздействию  или 
перечисленным 
выше 
требованиям 
следить за неким интегральным показателем 
сформулируем его определение.  
характеризующим 
их 
соотношение. 
Мониторинг – система  технически 
Одноразовые 
наблюдения 
дадут 
нам 
обоснованных и экономически оправданных 
понимание  степени  надежности  только  в 
наблюдений  за  факторами  воздействия, 
данный  момент  времени.  Как  же  быть  с 
сопротивления  этому  воздействию  и/или  за 
прогнозом?  Очень  просто – наблюдать  за 
иными 
интегральными 
показателями, 
выбранными 
показателями 
в 
течение 
определяющими 
работоспособность 
и 
времени.  Чем  дольше  мы  наблюдаем  за 
заданную 
надежность 
сооружения, 
объектом и чем больше таких объектов, тем 
производимых  с  периодом  при  котором 
достовернее  выводы,  основанные  на  этих 
вероятность 
возникновения 
наблюдениях. 
Вести 
непрерывные 
неблагоприятного  события  или  проявления 
наблюдения 
практически 
невозможно. 
его последствий ничтожно мала (сводится к 
Значит, 
мы 
должны 
ограничится 
минимуму 
или 
некоторой 
заданной 
периодическими 
наблюдениями. 
Тогда 
величине).  
возникает  вопрос  о  величине  периода 
Как 
правило, 
в 
строительстве 
наблюдений. 
В 
этой 
связи 
можно 
различают 
три 
стадии: 
подготовки 
сформулировать  постулат  о  том,  что 
строительства,  возведения  сооружения,  его 
вероятность  события  происходящего  между 
эксплуатации.  Каждой  из  этих  стадий 
моментами  наблюдения  и  способного 
соответствует своя программа мониторинга. 
проявить  заметное  влияние  на  работу 
Мониторинг  на  первой  стадии  по  сути 
совпадает  с  функциями  технического 
№ 03-04-2011  Международный научно-технический и производственный журнал «Науки о Земле»     
62


 
МОНИТОРИНГ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ / MONITORING OF BUILDINGS 
 
надзора,  мониторинг  на  второй  стадии 
нагрузками,  которые  могут  возникнуть  в 
представляет 
собой 
геодезические 
и 
элементах конструкции,  но  и  за  состоянием 
геомеханические 
наблюдения. 
Стадия 
самих  конструкций.  Если  первый  аспект 
эксплуатации  в  методическом  плане  самая 
находит  решение  на  стадии  возведения 
ответственная 
стадия 
строительного 
сооружения,  то  второй  аспект  требует 
мониторинга,  что  обусловлено  хотя  бы  ее 
специального 
мониторинга. 
В 
продолжительностью.  На  этой  стадии 
железобетонной  конструкции  мы  должны 
должно 
осуществляться 
слежение 
за 
следить  как  за  состоянием  арматуры  и 
возможными 
отклонениями 
в 
степенью  ее  коррозии,  так  и  за  состоянием 
работоспособности 
систем 
бетона  и  его  возможной  деструкцией. 
жизнеобеспечения  здания,  включая  и 
Вероятно,  здесь  потребуется  разработка 
систему  несущего  каркаса,  а  так  же  за 
новых  методов,  адаптация  старых  к  новым 
специфическими 
параметрами 
условиям. 
При 
разработке 
таковых 
эксплуатации. 
предпочтение  следует  отдать  методам,  при 
Остановимся  на  последних  более 
которых  определяются  свойства  материала 
подробно.  Служба  эксплуатации  призвана 
конструкции  на  возможно  большем  по 
обеспечить  безаварийную  работу  всех 
объему,  площади  или  протяженности 
систем здания и высокую надежность [6] его 
участке  конструкции.  В  частности  могут 
конструкций.  В  связи  с  этим  актуальным 
быть  использованы  методы,  основанные  на 
становиться 
постоянный 
мониторинг 
изменении  электрического  сопротивления 
инженерных  систем  здания.  Сбои  в  работе 
армирующих  сеток  при  коррозии  арматуры 
систем  водоснабжения  и  водоотведения, 
или  методы,  основанные  на  изменении 
могут 
привести: 
к 
значительному 
амплитудно-фазовых 
характеристик 
изменению 
массовых 
характеристик 
звуковой  волны  при  ее  прохождении  через 
сооружения  из-за  скопления  воды  в 
бетон  или  железобетон,  а  также  методы, 
локальных  зонах,  не  предусмотренных 
основанные на изменении светового потока, 
проектом; 
деструкции 
конструктивных 
проходящего по протяженному оптическому 
элементов 
сооружения; 
замачиванию 
волокну,  заложенному  в  конструкцию  при 
грунтов  основания  и  тем  самым  к 
механическом воздействии на него. 
изменению  их  свойств.  Отказ  в  работе 
Соотношения  величин  воздействия  и 
системы    приточной  вентиляции  при 
сопротивления этому воздействию, как было 
продолжающейся работе системы вытяжной 
отмечено  выше,  может  быть  заменено 
вентиляции может привести к значительной 
некими 
интегральными 
показателями. 
разности 
давлений 
внутри 
и 
вне 
Поэтому 
системы 
мониторинга, 
сооружения,  что  повлечет  непроектное 
используемые на стадии эксплуатации могут 
увеличение  воздействий  внешней  среды. 
и  должны  включать  наблюдения  за  этими 
Отказ  в  работе  системы  энергообеспечения 
показателями.  К  таковым  следует  отнести 
может  спровоцировать  прекращение  работ 
методы, 
основанные 
на 
измерении 
по  отчистке  снегового  покрова  и  т.п.  О 
собственных частот колебаний конструкции 
проблемах,  связанных  с  отказом  систем 
в  целом  или  ее  элементов,  а  также  уже 
пожаротушения лучше не упоминать. 
упоминавшейся 
акустический 
метод. 
Кроме  слежения  за  состоянием 
Изменения  собственных  колебаний  может 
инженерных  систем  службы  эксплуатации 
произойти  только  в  результате  изменения 
призваны 
следить 
и 
за 
состоянием 
соотношения 
массово-жесткостных 
конструктивных 
элементов 
здания. 
показателей 
системы. 
Показатель, 
Разрушение  этих  элементов  или  нарушение 
связанный  с  изменением  частот  колебаний 
нормативных  показателей  в  их  работе 
является  наиболее  общим  и  как  следствие, 
являются 
следствием 
превышения, 
в 
наименее 
надежным 
из 
возможных 
вероятностном  плане,  воздействие  над 
показателей  качества  сооружения.  Его 
сопротивлением 
воздействию. 
Значит 
расшифровка  и  тем  более  локализация 
необходимо  слежение  не  только  за 
дефекта, 
вызывающего 
изменения 
№ 03-04-2011  Международный научно-технический и производственный журнал «Науки о Земле»     
63


 
МОНИТОРИНГ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ / MONITORING OF BUILDINGS 
 
показателя  весьма  затруднены.  Метод, 
осуществлено  при  производстве  ремонтно-
основанный  на  акустической  эмиссии 
восстановительных  работ,  осуществляемых 
является 
интегральным 
показателем 
промышленными альпинистами. 
«здоровья»  конструкции  на  охватываемом 
К 
специфическим 
элементам 
участке.  Его  достоинство  заключается  в 
конструкции  также  относятся  межэтажные 
очень  низкой  стоимости  чувствительных 
перекрытия 
высотных 
сооружений 
элементов. 
башенного  типа.  Эти  перекрытия  призваны 
В сложных инженерных сооружениях 
увеличивать 
жесткость 
 
сооружения, 
с 
уникальными 
конструктивными 
снизить  амплитуду  колебаний,  увеличив  их 
элементами  необходим  мониторинг  за 
частоту.  Увеличение жесткости происходит 
состоянием  этих  элементов.  Наблюдения 
за  счет  выполнения  перекрытий  не 
могут  осуществляться:  за  геометрическими 
плоскими,  а  тарельчатыми.  Такая  форма 
параметрами 
элемента 
или 
его 
перекрытия  способствует  работе  ядра 
расположением 
по 
отношению 
к 
жесткости,  колонн  и  пилонов  как  единого 
сопряженным конструкциям (относительные 
геометрического  элемента  с  моментом 
перемещения 
на 
уровнях 
мостовых 
инерции 
многократно 
превосходящим 
переходов  центрального  шпиля  и  башен 
сумму 
моментов 
инерции 
отдельных 
«Восток»  и  «Запад»  высокого  комплекса 
составляющих  сечения.  Такие  перекрытия 
«Федерация»,  смещение  покрытия  ледового 
исключают 
возможность 
отклонения 
дворца  на  Ходынском  поле  относительно 
поверхности  конструкции  пола  устроенного 
жесткого  опорного  кольца  в  местах 
по  перекрытию  от  плоскости,  что  не 
опирания); 
частотой 
и 
амплитудой 
является 
характерным 
для 
плоского 
колебания  балластовых  грузов  (высотных 
межэтажного  перекрытия  отдельные  части 
сооружениях);  изменением  геометрических 
которого  могут  выходить  из  плоскости. 
характеристик 
конструкции 
(покрытие 
Второй 
специфической 
особенностью 
крытого  конькобежного  центра  (ККЦ) 
тарельчатого 
перекрытия 
является 
«Крылатское») 
или 
его 
отдельных 
увеличение 
«тарельчатости» 
по 
мере 
элементов 
(металлодеревянные 
фермы 
приближения к основанию. «Тарельчатость» 
ККЦ);  температурными  характеристиками  в 
верхних этажей меньше чем нижних.      
том  числе  неравномерностью  скорости 
 
замораживания – оттаивания    полей  с 
Литература 
 
искусственным льдом. 
1.  Болотин  В.В.  Применение  методов  теории 
К  весьма  сложной  относится  задача 
вероятности  и  теории  надежности  в  расчетах 
по мониторингу навесных фасадных систем. 
сооружений  М.,  Издательство  литературы  по 
Практически  невозможно  осуществлять 
строительству, 1971г. 
2.  Ржаницин  А.Р.  Теория  расчета  строительных 
контроль 
за 
состоянием 
нескольких 
конструкций  на  надежность.  М.,  Стройиздат, 
десятков  и  даже  сотен  тысяч  элементов 
1978г. 
облицовки  не  говоря  уже  о  их  креплении  к 
3.  Степнов 
М.Н. 
Статистическая 
обработка 
несущим 
конструкциям. 
Готовых, 
результатов 
механических 
испытаний. 
М., 
экономически 
обоснованных 
методов 
Машиностроение, 1972г. 
4.  Крыжановский  А.Л.,  Рубцов  О.И.  Вопросы 
мониторинга 
таких 
конструкций 
не 
надежности  проектного  решения  проектного 
существует. 
Эта 
сложная 
научно-
решения  фундаментных  плит  высотных  зданий. 
техническая  задача  ждет  своего  решения. 
Вестник МГСУ №1 2006г. 
Ясно  одно:  метод  мониторинга  подобных 
5.  Никитин  П.Н.  Разработка  и  внедрение  методов 
систем 
должен 
быть 
интегральным, 
расчета  высотных  металлических  конструкций  на 
воздействие  порывов  ветра  с  выделением 
охватывающим  значительную  поверхность 
квазистатической и резонансной составляющих их 
сооружения  и  позволяющим  проводить 
реакции.  Автореферат  диссертации  на  соискание 
локализацию  дефекта  с  точностью  до 
ученой  степени  кандидата  технических  наук.  М., 
нескольких 
элементов 
облицовки. 
ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова», 2006 г.  
Выявление  конкретного  элемента  и  причин 
6.  ГОСТ  27.002-89 Надежность в технике 
 
возникновения  повреждения  может  быть 
© Пятницкий А.А,, Кухта А.В., Парфенова М.И., Срывкова 
М.В., 2011
№ 03-04-2011  Международный научно-технический и производственный журнал «Науки о Земле»     
64


Разместите кнопку на своём сайте:
поделись


База данных защищена авторским правом ©dis.podelise.ru 2012
обратиться к администрации
АвтоРефераты
Главная страница