ИЗУЧЕНИЕ ВОПРОСОВ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
Конференция: LXXIII Международная научно-практическая конференция «Научный форум: технические и физико-математические науки»
Секция: Строительство и архитектура
LXXIII Международная научно-практическая конференция «Научный форум: технические и физико-математические науки»
ИЗУЧЕНИЕ ВОПРОСОВ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
STUDYING THE ISSUES OF BUILDING A MONITORING SYSTEM FOR LOAD-BEARING STRUCTURES
Sergey Lomov
Student, undergraduate, Industrial University of Tyumen, Russia, Tyumen
Mikhail Stepanov
Scientific supervisor, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Industrial University of Tyumen, Russia, Tyumen
Аннотация. Классифицированы методы и средства проведения мониторинга. Систематизированы требования к мониторингу строящихся зданий. Проанализирована нормативная документация. Рассмотрены контролируемые параметры. Уточнено понятие аварийного состояния здания. Описаны решения проблем, вызванные на стадиях возведения. Сделаны выводы и сформулированы направления дальнейших исследований.
Abstract. Methods and means of monitoring are classified. The requirements for monitoring buildings under construction are systematized. The regulatory documentation has been analyzed. The controlled parameters are considered. The concept of the emergency condition of the building has been clarified. Solutions to the problems caused at the stages of construction are described. Conclusions are drawn and directions for further research are formulated.
Ключевые слова: численное моделирование, мониторинг несущих конструкций, датчики, осадка, контролируемые параметры, проблемы мониторинга, шаблон мониторинга.
Keywords: numerical modeling, monitoring of load-bearing structures, sensors, sediment, controlled parameters, monitoring problems, monitoring pattern.
Мониторинг объектов строительства позволяет быть уверенным в том, что строительство идет по плану, а также заранее позволяет предупреждать о деформациях конструкций и предотвращать чрезвычайные ситуации на стадии строительства и эксплуатации.
Выделяются следующие основные виды мониторинга зданий и сооружений в таблице 1 [1. Рис.1].
Таблица 1.
Виды мониторинга зданий и сооружений
|
Мониторинг строящихся зданий и сооружений |
Мониторинг существующих зданий и сооружений |
||
|
Геотехнический мониторинг |
Мониторинг несущих конструкций |
Мониторинг устройства фасадных систем |
|
Выделяются такие виды мониторинга зданий и сооружений: геотехнический, геодезический, мониторинг несущих конструкций, а также мониторинг устройства фасадных систем.
В результате проведения каждого этапа мониторинга должна быть получена информация, достаточная для подготовки обоснованного заключения о текущем состоянии здания или сооружения и выдачи краткосрочного прогноза о его состоянии на ближайший период [2, С. 48].
Приоритетная задача мониторинга — это несущие конструкции, потому как анализ несущих конструкций на протяжении определенного времени позволяют обеспечить гарантированную безопасность и надежность эксплуатации [3, С. 588].
Актуальной задачей является подробное изучение и структуризация в одном документе нормативной документации.
В настоящей работе рассматриваются проблемы проектирования систем мониторинга уникальных зданий, а также собрана вся информация по проектированию.
Объект исследования: мониторинг несущих конструкций уникальных зданий.
Предмет исследования: системы наблюдения и методы измерения деформаций несущих конструкций уникальных зданий при их мониторинге.
Гипотеза: если систематизировать и дополнить нормативную документацию для систем мониторинга зданий в целом, то затраты на создание этих систем уменьшится.
Система геотехнического мониторинга включает в себя:
- мониторинг подземных вод (измерения уровней, температуры, определение химического состава, режим водоотлива и дренажа);
- наблюдение за вертикальными и горизонтальными перемещениями массивов грунта, вызванных опасными геологическими процессами;
- мониторинг напряженно-деформированного состояния грунтового массива в месте контакта фундамента с основанием;
- наблюдения за возводимыми зданиями и сооружениями (осадки зданий, напряжения в основании, крены, колебания зданий, регулярные визуальные обследования поверхностей фасадов и несущих конструкций, трещины);
- наблюдения за внешними воздействиями на объект (ветровые нагрузки, вибрационные и сейсмические воздействия, температура воздуха, атмосферное давление, атмосферные осадки) [4, С. 20].
Основные проблемы при проектировании систем мониторинга:
- Первой проблемой при создании систем мониторинга является ее уникальность и инновационность, так как до этого в стране никто их не проектировал;
- Второй проблемой при создании систем мониторинга являются осложнения, которые появляются при мониторинге строящегося здания, так как многие стандартные методы мониторинга могут не подходить для мониторинга в период строительства уникальных зданий, а также могут быть недостаточными из-за некачественного проектирования системы;
- Третьей проблемой при создании систем мониторинга являются осложнения, которые вызваны отсутствием таких систем в зданиях, где проводится реконструкция;
- Четвертой проблемой при создании систем мониторинга являются осложнения, которые вызваны при проектировании геодезического мониторинга строящегося, а также реконструкции исторической важности зданий.
Задачи исследования
- Проанализировать всю имеющуюся информацию, а также мировой и российский опыт проектирования систем мониторинга, внедрение и анализ полученных данных;
- Систематизировать нормативные документы по строительному мониторингу;
- Создать шаблон системы и рекомендаций проектирования систем мониторинга;
- Рассмотреть особенности и выполнить пример численного моделирования здания для системы мониторинга.
Цель: систематизировать и улучшить нормативные требования к системе мониторинга зданий.
Основные нормативные документы по мониторингу:
- СП 22.13330 - контролируемые параметры, категории геотехнической сложности, состав работ по геотехническому мониторингу, объемы, периодичность, сроки и методы геотехнического мониторинга, в т.ч. для окружающей застройки [5, С. 160];
- По СП 305.1325800 - количество и расположение датчиков устанавливается, виды датчиков регистрации данных для каждого контролируемого параметра, количество измерительных точек для контроля усилий в анкерных креплениях [6, С. 20];
- СП 126.13330 - Рекомендуемая частота проведения наблюдений за каждым видом деформаций, перемещения горизонтальные и вертикальные здания прописаны [7, С. 60].
Для обеспечения работоспособности система мониторинга должна состоять из следующих основных частей:
1. Система датчиков на элементах конструкции
2. Система сбора и архивирования данных с датчиков
3. Система для диспетчерского наблюдения за показаниями групп датчиков
4. Система принятия управленческих решений
5. Интерактивная расчетная схема для назначения критериев «тревожного» и «аварийного» состояния
При создании системы мониторинга необходимо руководствоваться следующими правилами:
- критерии состояния конструкций недопустимо назначать, только исходя из предельного состояния этих элементов по нормам;
- для обеспечения работоспособности системы мониторинга необходимо введение понятия «прогнозируемое значение параметра»;
- в качестве тревожного сигнала необходимо рассматривать существенное отклонение от прогнозируемого параметра.
Чтобы анализировать данные с расчетной модели, необходимо следить за контролируемыми параметрами, которые показаны в таблице 2.
Таблица 2.
Критерии нахождения в областях «светофора»
|
Тип Фундамента |
Контролируемые параметры |
|||
|
Максимальная или средняя осадка |
Неравномерность осадок |
Расчетное сопротивление грунта |
Несущая способность сваи |
|
|
Ленточный |
+ |
+ |
+ |
|
|
Плитный или оболочечный |
+ |
+ |
|
|
|
Свайный КСПФ |
+ |
+ |
|
+ |
Контролируемые параметры в численном виде для фундаментов показаны в таблице 3.
Таблица 3.
Численные критерии нахождения в областях «светофора» для фундамента
|
Сооружения |
Предельные деформации основания фундаментов |
||
|
1 Производственные и гражданские одноэтажные и многоэтажные здания с полным каркасом: |
Относительная разность осадок (Δs/L)u |
Крен iu |
Максимальная Su max или средняя осадка, S, см |
|
железобетонным |
0,002 |
- |
10 |
|
то же, с устройством железобетонных поясов или монолитных перекрытий, а также здания монолитной конструкции |
0,003 |
- |
15 |
|
стальным |
0,004 |
- |
15 |
|
то же, с устройством железобетонных поясов или монолитных перекрытий |
0,005 |
- |
18 |
Контролируемые параметры в численном виде для перекрытий показаны в таблице 4.
Таблица 4.
Численные критерии нахождения в областях «светофора» для перекрытий
|
Элементы конструкций |
Предъявляемые требования |
Вертикальные предельные прогибы fu |
Нагрузки для определения вертикальных прогибов |
|
2 Балки, фермы, ригели, прогоны, плиты, настилы (включая поперечные ребра плит и настилов): |
Эстетико-психоло гические |
Постоянные и длительные, а также нагрузки, указанные в таблице 8.3, с понижающим коэффициентом, равным 0,35, и снеговые нагрузки с понижающим коэффициентом, равным 0,5 |
|
|
а) покрытий и перекрытий, открытых для обзора, при пролете l, м: |
|||
|
l <= 1 |
l/120 |
||
|
l = 3 |
l/150 |
||
|
l = 6 |
l/200 |
Для анализа реакции конструкций модели объекта необходимо руководствоваться критериями «светофора», которые показаны на рисунке 1.
Рисунок 1. Степень возможности работы конструкции объекта при моделировании
Пример численного моделирования для системы мониторинга. Расчет ведется с полной нагрузкой.
Рисунок 2. Расчетная модель объекта в 3D постановке
Параметры системы мониторинга показаны на рисунке 3.
Рисунок 3. Параметры системы мониторинга
Анализ численной модели объекта.
Стержневые экстензометры СКГМ для напряжений в сваях, а также струнные датчики давления между основанием и подошвой фундамента. Значения осадок не превышают нормы.
Рисунок 4. Первый этап
Фиксация значений прогибов плиты покрытия выполняется с помощью геодезических приборов. Значения прогибов не превышают нормы.
Рисунок 5. Второй этап
Фиксация значений прогибов плиты покрытия выполняется с помощью геодезических приборов. Значения прогибов не превышают нормы.
Рисунок 6. Третий этап
Фиксация значений прогибов плиты покрытия выполняется с помощью геодезических приборов. Значения прогибов не превышают нормы.
Рисунок 7. Четвертый этап
Фиксация значений прогибов плиты покрытия выполняется с помощью геодезических приборов. Значения прогибов не превышают нормы.
Рисунок 8. Пятый этап
Фиксация значений прогибов плиты покрытия выполняется с помощью геодезических приборов. Значения прогибов не превышают нормы.
Рисунок 9. Шестой этап
Фиксация значений прогибов плиты покрытия выполняется с помощью геодезических приборов. Значения прогибов не превышают нормы.
Рисунок 10. Седьмой этап
Фиксация значений прогибов плиты покрытия выполняется с помощью геодезических приборов. Значения прогибов не превышают нормы.
Рисунок 11. Восьмой этап
Фиксация значений прогибов плиты покрытия выполняется с помощью геодезических приборов. Значения прогибов не превышают нормы.
Рисунок 12. Девятый этап
Фиксация значений прогибов плиты покрытия выполняется с помощью геодезических приборов. Значения прогибов не превышают нормы.
Рисунок 13. Десятый этап
Фиксация значений прогибов плиты покрытия выполняется с помощью геодезических приборов. Значения прогибов не превышают нормы.
Рисунок 14. Одиннадцатый этап
Выводы:
В рамках выполненной работы представлена программа мониторинга, учитывающая вероятные различные сценарии развития событий при мониторинге объекта.
