Машиностроение ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ

ДИСТАНЦИОННЫЙ МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ПОКРЫТИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В ВИДЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КУПОЛОВ

Обсуждаются вопросы организации мониторинга состояния конструкций зданий и сооружений в по­стоянном автоматическом режиме. На примере реконструируемого здания Курского государственного цирка рассматриваются принципы и основные подходы к его организации.

Ключевые слова: мониторинг технического состояния строительных конструкций, дистанцион­ный мониторинг, железобетонные купола, пространственные конструкции.

Пространственные несущие конст­рукции покрытий зданий и сооружений - это не только наиболее экономичные и эффективные несущие конструкции, но и наиболее опасные и требующие к себе особого внимания силовые элементы. Как показали случаи разрушения зданий Ак - вапарка и Бауманского рынка в г. Моск­ве, аварии в Польше и Германии зимой 2006 года, обрушение конструкций тор - гово-развлекательного центра в Санкт - Петербурге (2010 год), отсутствие надле­жащего мониторинга состояния конст­рукций влечет не только огромные мате­риальные потери, но и гибель людей.

В Российской Федерации имеются нормативные документы, позволяющие однозначно определять сроки очередных переосвидетельствований конструкций зданий и сооружений. Постоянный мо­ниторинг состояния конструкций зданий ведут специалисты предприятий, экс-

1. ФЗ № 384 «О безопасности зданий и со­оружений» от 30.12.2009г.; РД.22-01.97 Требования к проведению оценки безопасности эксплуатации производственных зданий и сооружений поднад­зорных промышленных производств и объектов (обследования строительных конструкций специа­лизированными организациями); СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных кон­струкций зданий и сооружений; ГОСТ Р 57778­2010. Здания и сооружения. Правила обследова­ния и мониторинга технического состояния.

Плуатирующих эти здания и сооружения, которым зачастую не хватает опыта и знаний, чтобы в короткое время адекват­но оценить создающуюся опасную обста­новку, связанную с состоянием несущих конструкций здания.

При обследовании зданий специали­зированными организациями, как прави­ло, фиксируется текущее состояние кон­струкций, а материалы предыдущих об­следований могут быть утеряны, или по­священы аспектам, которые не помогают создать полную картину развития дефек­тов во времени.

Наконец пространственные оболо - чечные системы требуют от эксперта не­обходимости вести работы на большой высоте, в труднодоступных местах и т. п., что выдвигает требования к наличию специального подъемного оборудования, требует дополнительных затрат, а в ряде случаев невозможно обеспечить доступ специалиста из-за условий эксплуатации.

Все сказанное выше приводит к мысли о проведении постоянного дис­танционного мониторинга ответственных конструкций зданий и сооружений с по­мощью современных датчиков и компью­теров, позволяющих не только фиксиро­вать показания приборов, но и следить за динамикой изменения отдельных пара­метров или проводить анализ действи­тельного состояния конструкции в теку­щий момент.

Следует выделить основные направ­ления дистанционного мониторинга про­странственных конструкций: контроль пространственного положения конструк­ций; контроль геометрических размеров и взаимного расположения конструкций; контроль за изменением формы конст­рукций; контроль за деформациями кон­струкций; контроль за наличием дефек­тов и их поведением (например, раскры­тием - закрытием трещин, изменением их размеров и формы и т. п.); контроль за изменением условий нагружения; кон­троль за изменением условий деформи­рования (влажность, вредная для конст­рукций среда и т. п.).

Первые три вида дистанционного мониторинга, относящиеся к визуально­му мониторингу, позволяют вести посто­янный контроль несущей способности здания или сооружения по внешним при­знакам разрушения. Очевидно, что по­стоянный дистанционный визуальный контроль ведется в соответствии с заклю­чением специализированной экспертной организации в строго определенном не­большом количестве мест, позволяющих сделать заключение о ненадлежащем по­ведении конструкции.

Мониторинг деформаций конструк­ций позволяет непосредственно судить об остаточном ресурсе прочности конструк­ции и возможности ее дальнейшей экс­плуатации.

Три последних вида мониторинга позволяют вводить уточнения в расчет­ную схему конструкции и уточнять дей­ствительную математическую модель конструкции в работе.

Таким образом, можно выделить три основные составляющие дистанционного мониторинга несущей способности кон­струкций зданий и сооружений:

- визуальный мониторинг с помо­щью камер и другого оборудования, по­зволяющий фиксировать во времени со­стояние конструкций и вести обработку материалов на ЭВМ;

- дистанционный инструментальный контроль, позволяющий фиксировать за­данные параметры, характеризующие со­стояние конструкций;

- анализ и синтез математической модели конструкции на основе получае­мой информации с целью определения остаточного ресурса прочности и работо­способности строительной конструкции.

На рисунке 1 показана блок-схема измерительного комплекса дистанцион­ного мониторинга состояния конструк­ций здания. Учитывая достаточно высо­кую стоимость периодических обследо­ваний зданий и сооружений, а так же привлекаемых машин и механизмов, при достаточно большой протяженности экс­плуатации ответственных зданий и со­оружений, затраты на предлагаемый ком­плекс будут оправданными.

Указанную методику планируется предложить для постоянного дистанци­онного мониторинга состояния купола Курского государственного цирка. Зда­ние цирка пострадало от сильного пожара в декабре 1996 г. и с тех пор не эксплуа­тируется. К настоящему времени в конст­рукциях здания накопились дефекты, возникшие при эксплуатации и в после­дующее время, когда здание не эксплуа­тировалось. При проведении ремонта и реконструкции здания потребуется про­вести мероприятия по устранению дефек­тов и усилению конструкций. В дальней­шем будет необходим мониторинг со­стояния конструкций с целью обеспече­ния безопасной эксплуатации здания.

Здание цирка на 2000 мест было по­строено в 1969 - 1971 г. по типовому проекту 264-11-1 с привязкой к местным условиям, выполненной проектной орга­низацией «Курскгражданпроект». Здание состоит из административно-вспомога­тельной части и зрелищной части, имею­щей в плане форму правильного восьми­угольника перекрытой пологой сборной железобетонной оболочкой диаметром 43,5 м и высотой подъёма 6 м. Высота трёхэтажной зрелищной части здания (далее здание) 21,8 м, наибольший попе­речный размер по крайним осям 55,5 м,

А

Имеются подвальные помещения, служа­щие для размещения инженерного обору­дования здания и помещений иллюзиони­ста. Фундаменты здания свайные.

При проведении мониторинга целе­сообразно сочетать непосредственный мониторинг (периодические обследова­ния технического состояния) с дистанци­онным мониторингом. Эти виды наблю­дения имеют свои преимущества и недос­татки. Использование обоих методов по­зволит наиболее полно и своевременно получать информацию о техническом со­стоянии конструкций.

D

На первом этапе необходимо подго­товить расчетную модель здания с купо­лом, учтя неустранимые (если таковые имеются) дефекты. После проведения расчетов следует наметить места опасных сечений, в которых будет постоянно ана­лизироваться прочность оболочки, и мес­та установки приборов визуального кон­троля и инструментального контроля.

Положение приборов визуального контроля должно позволять судить о пе­ремещениях колец верхнего выреза обо­лочки и опорного кольца.

В случае действия симметричной на­грузки, приборы инструментального кон­троля следует устанавливать в точках 1, 2, 3, показанных на рис. 2. Необходимо помнить, что положение этих точек су­щественно зависит от соотношения диа­метров D/d и стрелы подъема оболочки.

В настоящее время существуют из­мерительные комплексы, состоящие из датчиков перемещения, относительной влажности воздуха, температуры, тепло­вого потока, датчиков контроля воздуш­ной среды и др., и регистрирующих при­боров, например многоканальный уни­версальный регистратор «Терем -4», про­изводимый НПП «Интерприбор». Под­ключение измерительного комплекса к компьютеру позволит автоматизировать сбор и хранение информации по состоя­нию несущих и ограждающих конструк­ций.

Используя датчики перемещения, можно следить за ростом трещин, проги­бами и напряжениями в конструкции. Датчики относительной влажности воз­духа, температуры и тепловых потоков позволят следить за температурно - влажностным режимом конструкций в труднодоступных местах, выявлять места повышенной влажности из-за протечек или конденсации влаги из воздуха, места нарушения теплозащиты ограждающих конструкций. К тому же универсальному регистратору можно подключить и дру­гие датчики для мониторинга характери­стик, напрямую не связанных с состояни­ем несущих или ограждающих конструк­ций, например датчики задымлённости и газоанализаторы.

Считаем, что после ремонта и рекон­струкции здание цирка в г. Курске нуж­дается как в проведении периодических непосредственных обследований, так и в организации дистанционного мониторин­га состояния несущих и ограждающих конструкций здания, учитывая значи­мость этого здания для города.