Мониторинг зданий и сооружений при помощи измерительного оборудования (датчиков) активно применяется как на этапе возведения, так и при эксплуатации строительных объектов различного назначения.

Согласно ГОСТ Р 22.1.13-2013 в целях предупреждения чрезвычайных ситуаций системами мониторинга инженерных (несущих) конструкций (СМИК) в обязательном порядке оснащаются уникальные здания и сооружения, к которым относятся объекты, имеющие высоту более 100м и/или пролета длиной более 100м, а также консоль более 20м или заглубление подземной части здания более 15м.

Несмотря на то, что необходимость мониторинга зданий и сооружений в ГОСТ определена лишь для уникальных объектов, владелец здания или эксплуатирующая организация по своему желанию имеет возможность на базе решений компании «СМИС Эксперт» провести на своем объекте альтернативное обследование и мониторинг зданий и сооружений с целью тщательной проверки технического состояния несущих конструкций по определенным параметрам и получения подробной информации об изменениях напряженно-деформированного состояния ответственных конструкционных элементов.

Стандартная система СМИК уникальных зданий состоит из 3-х основных методик измерений:
1. методика измерения деформации несущих конструкций здания: горизонтальные перекрытия, стены, столбы, стойки, колонны;
2. методика измерения кренов и углов наклона основания и конструктивных элементов здания;
3. методика измерения частот и декрементов затухания основных мод собственных колебаний строительных объектов.

Рассмотрим принципы организации каждой методики измерений и применяемые типы датчиков.

Измерение деформаций несущих конструкций

Согласно методике, устанавливаются датчики деформаций (одиночно или попарно), которые контролируют деформации растяжения-сжатия и/или деформации изгиба.

Выбор места установки датчиков деформации зависит от конструктивных особенностей несущего остова и конструктивной системы здания, его высотности. Основные принципы размещения:

- все датчики деформации монтируются на одном уровне высоты, как правило, это нижние этажи с уменьшенной толщиной несущих конструкций (столбов, стен). Горизонтальная схема распределения датчиков также позволяет более точно определить глубину опирания конструкции и места с неравномерным опиранием;

- датчики размещаются в местах наибольших механических напряжений, предварительно определенных моделированием. Не рекомендуется размещать датчики в узлах строительных конструкций с одновременным разнонаправленным напряжением;

- для измерения деформации растяжения-сжатия устанавливается один датчик;

- для одновременного измерения деформаций напряжения-сжатия и деформации изгиба строительных конструкций следует установить два датчика по обеим сторонам оси симметрии конструкционного элемента. При этом один датчик должен располагаться вдоль направления деформации растяжения-сжатия, второй - перпендикулярно направлению измеряемой деформации изгиба.

- нельзя допускать размещения датчиков в местах, освещаемых прямыми лучами солнца, поскольку при нагревании конструкция в местах установки датчиков происходит искажение данных по изменениям напряженно-деформированного состояния строительной конструкции.

В проектах мониторинг состояния зданий и сооружений используются датчики деформации на основе пленочных тензорезисторов или струнные датчики деформации, состоящие из 2-4 тензорезисторов, построенных по полумостовой или мостовой схеме.

Мостовая схема датчика предполагает наличие расположенных рядом двух рабочих и двух компенсационных пленочных тензорезисторов, которые наклеиваются на рабочее тело датчика перпендикулярно направлению силы, которая вызывает деформацию. Тензодатчики жестко крепятся к поверхности конструкции, поэтому деформация объекта мониторинга вызывает деформацию датчика.

Важное преимущество датчиков, рабочее тело которых имеет конструкцию в форме пластины - их низкая стоимость и неприхотливость, минус – жесткость конструкции. Различные конструктивные решения позволяют использовать данные датчики в широком диапазоне силы от нескольких сот до нескольких тысяч ньютон. Жесткость крепления датчика приводит к его деформации, и, как следствие, значительно увеличивает погрешность измерений деформации.
Одним из наиболее популярных пленочных тензорезисторов является тензометрический датчик деформации TMG-D01 с цифровым выходом RS-485, предлагаемый компанией НТП «Горизонт».

Струнные датчики деформации не имеют перечисленных недочетов. Датчики струнного типа жестко монтируются на поверхность объекта мониторинга при помощи анкерных болтов или точечной сварки, а нередко заливается в бетон. Погрешность измерений струнного датчика деформации, как правило, не превышает нескольких десятков ньютон. Такие датчики просты в монтаже и долговечны, являются полноценными элементами геодезического мониторинга зданий и сооружений.

Компания «СМИС Эксперт» использует в своих проектах для измерения напряженно-деформированного состояния строительных конструкций цифровой струнный датчик деформации SVWG-D01 (производства НТП «Горизонт») с цифровым выходом RS-485 и протоколом обмена ModBus, что позволяет оперативно монтировать длинные цифровые измерительные линии до 10-20 единиц струнных датчиков деформации в системах мониторинга инженерных конструкций.

Измерение кренов и углов наклона основания и конструкций зданий

Измерение крена и углов наклона производится при помощи датчиков угла наклона двухкоординатных инклинометров, которые размещаются на фундаменте и через каждые 6-10 этажей здания в местах, позволяющих определить величину и направления изгибов здания, чтобы визуализировать ее наглядно и достоверно.

Инклинометры, установленные на основании, осуществляют контроль неравномерности осадки фундамента здания по предельным состояниям. В последние годы на рынке измерения углов наклона все чаще используются MEMS-инклинометры, высокоточные, надежные и малогабаритные, с низкой стоимостью.
Непрерывно совершенствующиеся технологии использования MEMS-микросхем позволяют значительно снизить погрешность измерения инклинометров. Однако погрешность все остается достаточно высокой для задач непрерывного геотехнического мониторинга зданий и сооружений: временной и температурный дрейф может достигать нескольких процентов от диапазона.

Компания «СМИС Эксперт» применяет для измерений углов наклона в своих проектах первичные преобразователи маятникового типа, к примеру, инклинометр двухкоординатный ИН-Д3 (производство НТП «Горизонт), принцип действия которого основан на измерении динамики сопротивления электролита, заполняющего пространство между подвижным электродом-маятником и неподвижными электродами.

Применение мостовой схемы преобразует углы наклона через изменение расстояния между электродами, в изменение сопротивления, которое регистрируется электронным блоком с цифровым выходом. Таким образом, минимизируется влияние температуры и снижается временной и температурный дрейф.

Измерение основных форм колебаний строительных конструкций

Технология измерения напряженно-деформированного состояния строительных конструкций детально описана в ГОСТ 34081-2017 «Здания и сооружения. Определение параметров основного тона собственных колебаний». Основной принцип измерения - контроль изменения частот и декрементов затухания колебаний строительных конструкций по нескольким десяткам параметров.

Акселерометры с высокой чувствительностью регистрируют колебания конструкций. внешних или встроенными АЦП электронного блока датчика. Входной аналоговый сигнал акселерометров преобразуется в цифровой с помощью внешнего или встроенного аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Такая модель облегчает подключение акселерометров в измерительные системы, но предполагает использование большого количества дорогостоящего кабеля. Существует еще проблема передачи большого объема данных с десятков акселерометров по цифровым линиям в условиях ограниченной пропускной способности цифровых линий на больших расстояниях.

Радикально решить эту проблему можно при использовании для измерений датчиков с цифровым выходом RS-485, не требующих дорогостоящих внешних АЦП и простых в подключении. В этой модели измерений при передаче большого объема данных по цифровым линиям поток информации сокращается в сотни раз. При этом существенно возрастают требования к производительности микроконтроллера и к объему внутренней памяти электронного блока акселерометра.

Компания «СМИС Эксперт» применяет для измерения частот и декрементов затухания основных мод собственных колебаний строительных объектов;
- двухосевые маятниковые электролитические инклинометры-акселерометры с цифровым - выходом АН-Д3 (НТП «Горизонт»),
- цифровые 3-х-осевые пьезокерамические акселерометры A1738-D01 (НТП «Горизонт»).

Интеграционное решение на базе модульного OPC сервера Xpert позволяет собирать данные и производить расчет параметров и вычисления c большого количества акселерометров при наличии их синхронизации и визуализации..

Основным преимуществом автоматизированного мониторинга зданий и сооружений является возможность получения в режиме реального времени данных о техническом состоянии объектов, не привлекая к проекту геодезистов и организации дополнительных работ.

При выявлении в результате мониторинга критических изменений напряженно-деформированного состояния конструкций возможно провести более тщательное геотехническое обследование состояния конструкций зданий и сооружений.

Сделать заявку, задать вопрос и получить дополнительную информацию

Для получения бесплатной консультации, уточнения условий предоставления услуги, пожалуйста, обратитесь по телефону +7 (495) 532-52-62, по e-mail: info@smis-expert.com, закажите звонок или оставьте заявку на одной из контактных форм обратной связи на странице сайта.

Мы предоставим вам всю необходимую информацию, подберем оптимальное решение для Вашего объекта, сделаем предварительную оценку бюджета