Мониторинг строительных конструкций — это метод сбора данных о техническом состоянии объектов, позволяющий в режиме онлайн фиксировать повреждения зданий и сооружений и выявлять негативные факторы, способные привести к разрушениям. Контроль осуществляется с использованием нескольких типов датчиков, встроенных в конструкции или прикреплённых к ним.
Создание системы мониторинга строительных конструкций предполагает установку датчиков, осуществление сбора и передачи данных и анализ поступающей информации. Система позволяет оценивать прочность, целостность и обеспечение эксплуатационных свойств конструкции зданий. Если на объекте выявлена перегрузка или какие-либо другие неблагоприятные факторы, то ответственным специалистам поступает информация о необходимости принять меры.
Цели мониторинга конструкций
- Повышение безопасности и функциональности существующих конструкций.
- Размещение датчиков в ходе строительных работ позволяет оценивать состояние конструкции и её отдельных элементов в динамике.
- Оценка целостности сооружения после землетрясений и аварий.
- Организация своевременного технического обслуживания, что позволяет снизить вероятность форс-мажоров.
- Сбор данных о реалистичных характеристиках конструкций, которые могут помочь в разработке более совершенных моделей в будущем.
По словам директора по научной работе ГК «СОДИС Лаб» Юрия Колотовичева, мониторинг в процессе строительства чаще всего организуется для устранения опасных неопределённостей. Существует множество рисков при строительстве зданий: отсутствие универсальных надёжных методов расчёта, возникновение дефектов при изготовлении конструкций, появление микротрещин, ошибки в технологии возведения, воздействие опасных природных явлений, техногенные аварии. Система мониторинга в процессе строительства помогает снизить риски непроектных деформаций фундаментных конструкций и вовремя провести контраварийные мероприятия.
Мониторинг конструкций включает в себя сбор и передачу данных, цифровую обработку и хранение данных, а также диагностику.
Сбор данных
При проектировании системы мониторинга специалисты определяют количество и тип используемых датчиков, способы их подключения и методы сохранения данных. Размещение датчиков не должно влиять на поведение конструкции. Этого можно достичь, предусмотрев размещение проводки, сервера и самих датчиков на стадии проектирования. Датчики должны подходить под задачи мониторинга, быть надёжными и выполнять свои функции в течение определённого периода времени. Каждый датчик может оценивать определённый аспект конструкции. С их помощью измеряют деформацию, прогиб, вращение, температуру, коррозийные деформации, предварительное напряжение и т. д.
Типы датчиков
В системах мониторинга конструкций чаще всего используются акселерометры, тензометры, наклономеры и пьезометры.
Акселерометр — это прибор для измерения ускорения, который фиксирует изменения положения устройства в пространстве. Датчик фиксирует удары и вибрации, резкое увеличение или уменьшение скорости и силы. Использование таких датчиков особенно актуально для объектов, находящихся в сейсмоопасной зоне.
Для контроля за деформациями элементов конструкций используются тензометры.Такие датчики широко применяются для мониторинга массивных сооружений из железобетона (плотины, мосты, тоннели) и металлоконструкций (грунтовые анкеры, распорки, арматурные каркасы и др.). Данные, получаемые от таких датчиков в процессе мониторинга, позволяют контролировать деформационное состояние сооружения в точке установки и оценивать состояние сооружения в целом.
Наклономеры необходимы для отслеживания прогиба и наклона (крена) конструкций. Использование данных приборов необходимо для предотвращения аварийных ситуаций и контроля рисков, связанных с развитием вращающих и изгибающих деформаций. Современные наклономеры широко применяются в автоматизированных системах мониторинга и, благодаря своей точности и скорости опроса, могут быть использованы в системах раннего предупреждения аварийных ситуаций.
В свою очередь, пьезометры в системах мониторинга конструкций необходимы для определения давления поровой воды и уровня грунтовых вод, которые оказывают непосредственное влияние на поведение грунта. Поэтому важно контролировать поровое давление на всех этапах строительства.
Примеры использования
В России одним из самых ярких примеров внедрения системы мониторинга зданий является многофункциональный комплекс «Лахта Центр» в Санкт-Петербурге. Здание сложное и высотное, поэтому проектировщикам и строителям было важно снизить вероятность возникновения внештатных ситуаций, вызванных неопределённостями в работе несущих конструкций здания и грунтов основания. Специалисты ГК «СОДИС Лаб» внедрили систему мониторинга на начальной стадии строительства небоскрёба для обеспечения безопасности.
На несущие конструкции комплекса было установлено более 2800 датчиков, в том числе тензометры и пьезометры. В итоге применение системы мониторинга в период строительства «Лахта Центра» позволило уточнить нагрузки и деформационные характеристики материалов, установить реальную жёсткость основания, рассчитать действующие внутренние усилия в элементах конструкций и тем самым подтвердить надёжность сооружения.
Ещё один интересный проект был реализован ГК «СОДИС Лаб» в Москве на территории подземного торгово-развлекательного центра «Павелецкая плаза». ТРЦ представляет собой 5-этажное подземное здание и ландшафтный парк.
На объекте была установлена система мониторинга несущих конструкций, в том числе 16 тензометрических датчиков и 24 наклономера. Тензометры установлены на колоннах ТРЦ для мониторинга нагрузки на покрытия. Наклономеры используются для мониторинга прогибов сетчатых оболочек атриумов, датчики фиксируют углы отклонения элементов конструкции от вертикальной оси по двум направлениям. Для сбора и обработки всех поступающих данных применяется платформа SODIS Building M, которая позволяет осуществлять контроль стабильности конструкции торгового центра.
