Автоматизированный мониторинг состояния несущих конструкций высотных зданий

может решить не только проблему эффективной теплоизоляции, но и строить сооружения с большим сроком долговечности и архитектурной выразительности за счёт цветных пигментов.

3. В практике подготовки арматурных каркасов перед укладкой бетона в зимний период обязательным условием должен быть прогрев (даже за счёт токов Фуко).

4. Производителям бетоносмеси-тельного оборудования необходимо настойчивее наполнять рынок мини-заводами на передвижной платфор-

ме, оборудованными складывающимися бетоноводами.

Список литературы:

1. Крылов Б. А. Методы производства бетонных работ с применением прогрева и обогрева конструкций. Второй международный симпозиум по зимнему бетонированию. - Стройиздат, М., - 1978.

2. Миронов С.А. Теория и методы зимнего бетонирования. - Стройиздат, М., 1975.

3. Усов Б.А., Околъникова Г.Э., Акимов С.Ю. Экология и производство строительных материалов. - Ж, Системные технологии. - №4. - 2015.

УДК 624.012.4:620.179:005.584.1 Д.Ю. Снежков, к.т.н, доцент,

С.Н. Леонович, д.т.н, профессор

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ

Назначением автоматизированных информационно-измерительных систем мониторинга деформационного состояния несущих конструкций здания является снижение риска аварийных ситуаций на основе ранней диагностики изменений напряженно-деформированного состояния конструкций и локализации мест такого изменения. В статье рассматривается система основанная на регистрации изменений углов наклона элементов каркаса здания датчиками — инклинометрами. Для определения характера деформации каркаса предлагается использовать показатели корреляции угловых перемещений его элементов.

Ключевые слова: автоматизация, конструкции, угловые перемещения.

The purpose of the automated information and measuring the state of deformation monitoring system load-bearing structures of the building is to reduce the risk of accidents on the basis of early diagnosis of stress-strain state of structures and localization of such

a change. The article deals with the system based on registration of changes of angles of inclination of the building frame elements sensors — inclinometers. To determine the nature of the deformation of the frame is proposed to use the correlation indicators angular displacement of its elements.

Keywords: automation, construction, angular movements.

По действующему в Беларуси ТКП 45-3.02-108-2008 - «Высотные здания. Строительные нормы проектирования» для всех проектируемых в Республике высотных зданий «... необходимо предусматривать научно-техническое сопровождение, включающее комплекс мероприятий, в том числе геотехнический мониторинг, мониторинг состояния несущих конструкций и фасадных систем, необходимые испытания конструкций и материалов, аэродинамические испытания и др.».

Структурно в системе автоматизированного мониторинга можно выделить два уровня:

- технический, в который входит собственно система сбора информации с сенсорными элементами, физическим интерфейсом объединения сенсоров в информационную сеть, центральным сервером под управлением программного пакета SCADA (supervisory control and data acquisition) для сбора, архивации, долговременного хранения информации и обеспечения доступа к ней ответственных лиц;

- уровень принятия решений, ядром которого является алгоритм распознавания приближения ава-

рийной ситуации по совокупности фактических значений полученных от сенсоров параметров деформации контролируемых элементов.

В настоящее время на рынке приборных средств нет недостатка в предложениях такого рода измерительно-информационных систем. Типичными контролируемыми параметрами являются величины линейной деформации, углы наклона и колебательное ускорение. Дополнительно могут устанавливаться сенсоры скорости и направления ветра, сенсоры температуры, а также датчики акустической эмиссии.

Было бы идеальным снабдить каждый элемент силового каркаса здания всем перечнем сенсоров. В реальности, конструктору приходится руководствоваться принципом разумной достаточности, принимая в рассмотрение конструктивную схему здания, характеристики грунта, диапазон рабочих нагрузок, вероятные техногенные и прочие факторы, а также характер использования помещений. Установка датчиков линейной деформации, независимо от физического принципа их работы, требует достаточно протяженной базы, на которой производится ре-

гистрация взаимного перемещения контрольных точек силового каркаса. Но это может быть неприемлемым по условиям монтажа или архитектурным или эстетическим соображениям. Выбор ключевых контролируемых конструкций и количество устанавливаемых сенсоров должен производиться на основе анализа вероятностных моделей деформации каркаса, что является нетривиальной задачей, зависящей от конкретного конструктивного исполнения здания, эволюции упруго-прочностных характеристик конструкционных материалов, характеристик грунтов и внешних воздействий. Ясной, одно-

значной регламентации этого вопроса действующими нормативами в настоящее время нет.

Рассматриваемый в этой статье один из "эконом-вариантов" основан на использовании датчиков угловых перемещений - так называемых ин-клиномеров. Типичные модели инклинометров обеспечивают измерение углов своего наклона в двух ортогональных вертикальных плоскостях X и У (рис. 1). Система установки инклинометров должна обеспечивать максимальную информативность, позволяя регистрировать наиболее вероятные изменения геометрии несущего каркаса здания. С таких по-

а).

б).

Ось ¡+1

Отметка к-1 Ось I

Рис. 1. Схема привязки индексов инклинометров и углов наклона колонн к осям здания

зиций наиболее эффективными ме- быть зарегистрирован по изменению стами установки инклинометров углов наклона контролируемых ко-являются несущие колонны в осях по лонн, а конкретный вид деформации

периметру дисков перекрытий моно-

по показателям корреляционных

литного каркаса. Для прямоугольных связей углов наклона. На рис. 2,б по-

в плане зданий целесообразно уста- казана деформация горизонтально-

навливать инклинометры на угловых го сдвига каркаса в пределах одного

колоннах. Некоторые наиболее веро- этажа здания: изменяются углы на-

ятные деформационные изменения клона колонн одного этажа, колонны

несущего каркаса представлены на смежные по высоте с контролируе-

мыми сохраняют свое угловое поло-

рис. 2 и рис. 3.

Для всех приведенных выше схем жение. На рис. 2,в отображен наклон факт деформации каркаса может всего каркаса здания: углы наклона

а)

Рис. 2. Схемы деформации фрагментов несущего каркаса здания

смежных по высоте колонн одинаковы. Схемы корреляционных связей в пределах одного этажа по рис. 2,б и рис. 2,в совпадают. Ориентация осей колонн и наименования углов наклона на рис. 2, рис. 3 выполнены в соответствии с рис. 1.

На рис. 3 отображена деформация кручения каркаса в горизонтальной плоскости. Характерным для такого типа деформации является взаимная корреляция углов в ортогональных плоскостях X и У (см. рис. 3,б).

Реальная картина деформирования несущего каркаса здания может представлять комбинацию приведенных на рис. 2, рис. 3 вариантов. Соответственно, схема корреляционных связей контролируемых углов будет представлять собой интерференцию рассмотренных выше составляющих.

Объектом мониторинга являлось высотное 21-этажное здание с монолитным железобетонным каркасом.

Рис. 3. Схема деформации кручения фрагмента несущего каркаса здания

Рис. 4. Совместные временные диаграммы угловых перемещений инклинометра Ю-01 технического этажа и температуры

Основу несущего каркаса объекта составляли несущие монолитные колонны, диски монолитных перекрытий и элементы поперечной жесткости.

Беспроводные сенсоры контроля угловых отклонений несущего каркаса здания устанавливались на трех уровнях: в подвальном этаже, 7 и 21 этажах в ключевых узлах конструкций здания. На кровле были установлены проводные сенсор скорости и направления ветра и сенсор-акселерометр. Обработка сигналов сенсоров происходила в центральном базовом блоке системы, в режиме реального времени. Предварительный анализ сигналов сенсоров-инклинометров за период июль - сентябрь 2015 года выявил сильную зависимость углов наклона от температурных изменений (см. рис. 4 и рис. 5).

Рис. 5. Годографы векторов угловых перемещений инклинометра Ю-057 этажа здания за период наблюдения

Также присутствовала значительная динамической составляющая углов наклона, имеющая стохастический характер, что могло иметь

разные причины, в том числе и не связанные с реальной деформацией элементов каркаса: ударными вибрациями при транспортировке и продолжающемся монтаже оборудования здания, шумами измерительного тракта сенсоров, значительными перепадами и бросками напряжения питающей сети. На рис. 5 приведены диаграммы угловых перемещений сенсоров в плоскости осей X*, У*приведенной системы координат, в таблице 1 приведены показатели корреляции угловых перемещений контролируемых колонн.

Выполненные работы показали достаточно высокую эффективность использования инклинометров в качестве измерительной основы автоматизированной системы мони-

Таблица 1

Коэффициенты взаимной корреляции модулей отклонения контролируемых колонн и их корреляции с температурой

Инклинометры технического (21) этажа Инклинометры 7 этажа Инклинометры подвального этажа

Коэфф. корелл. ID-01 Ю-02 ID-03 ID-04 ID-05 ID-06 ID-07 ID-08 Ю-09 ID-10 ID-11 ID-12 ID-13

n,t -0,767 -0,896 -0,970 -0,861 -0,283 -0,586 -0,560 -0,140 -0,985 -0,975 -0,756 +0,287 -0,733

Г01,02 0,297

Г01,04 0,345

г03.02 -0,801

Г04,02 0,899

Г05.06 0,282

Г05.08 0,067

Г07,06 0,968

Г07.08 0,208

Г09,10 0,921

^09,13 0,898

Г11,10 0,854

Г11,12 -0,317

Г12,13 0,280

Г10,13 0,838

торирования несущего каркаса строительных объектов.

Показатели чувствительности и долговременной стабильности метрологических характеристик инклинометров позволяют регистрировать практически любые деформационные изменения геометрии несущего каркаса здания, в том числе, обусловленные вариацией температуры.

Компактность конструкции и удобство монтажа датчиков в сочетании с беспроводным интерфейсом позволяет оперативно, с малыми издержками организовать информационно-измерительную мониторинговую сеть, а при необходимости осуществлять её переконфигурирование в эксплуатируемых зданиях и сооружениях.

И.В. Петрова, к.п.н, доцент кафедры строительного производства Чебоксарского политехнического института (ф) Университета машиностроения, декан факультета строительных и транспортных технологий, e-mail: iri551468@mail.ru О.В. Саввина, ст. преподаватель кафедры строительного производства Чебоксарского политехнического института (ф) Университета машиностроения,е-тай: savvina.07@mail.ru А.Н. Чопик, преподаватель кафедры строительного производства Чебоксарского политехнического института (ф) Университета

машиностроения, e-mail: Onyx 2005@mail.ru

ПЕРСПЕКТИВА ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИБЛОКОВ В МАЛОЭТАЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИСПЫТАНИЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ И ПРОЧНОСТИ

В статье рассмотрена эффективность использования в современном строительстве трехслойного блока (Полиблок), обладающего хорошими теплоизоляционными свойствами. На базе лабораторий Чебоксарского политехнического института проведено испытание трех образцов полиблоков производимых фирмой «Полиблок-Строй» д. Сюктерка Чувашской Республики. Приведены результаты исследований трехслойного теплоэффективного блока. Даны рекомендации по производству и применению данных блоков.