Способ контроля состояния конструкции инженерно-строительного сооружения
CONTROL METHOD OF CONSTRUCTION ENGINEERING FACILITIES STRUCTURE STATE

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматизированного контроля состояния конструкции здания или инженерно-строительного сооружения в процессе его эксплуатации, позволяющего, в частности, своевременно выявлять деформации конструкций и предупреждать их разрушение.
Известен способ контроля состояния элементов строительных конструкций [Ренский А.Б. Руководство по тензометрированию строительных конструкций и материалов. М., 1971 г., стр. 133], основанный на том, что периодически проводят замеры деформаций элементов конструкции посредством тензометрических датчиков, установленных в опасных сечениях.
Недостатком способа является относительно низкая точность, обусловленная субъективностью снятия показаний с датчиков, и ручная обработка информации.
Известен также способ автоматизированного сбора тензометрической информации от датчиков, размещенных на инженерно-строительных сооружениях [Ренский А.Б. Руководство по тензометрированию строительных конструкций и материалов. М., 1971 г., стр. 149-155], характеризующийся тем, что поочередно подключают сигналы от датчиков к блоку измерения, преобразуют сигналы в цифровую форму и обрабатывают их в вычислительной машине.
По сравнению с ручным способом автоматизированная обработка результатов измерений обеспечивает повышение надежности результатов измерений за счет возможности увеличения количества измерений, устранения субъективных ошибок измерений и более полного использования полученной информации за счет глубокой обработки данных.
Аналогом заявляемого способа является способ дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерных сооружений [RU 2247958, С2, G01M 5/00, 10.03.2005], заключающийся в том, что на пункте контроля регистрируют сигналы с блоков измерения, установленных в местах диагностирования конструкции, сравнивают их с заранее зафиксированными значениями, и по отклонению поступивших сигналов от заранее зафиксированных судят о наличии изменений контролируемых параметров, причем, изготавливают элемент конструкции из того же материала, что и вся конструкция, размещают на нем блоки измерения, проводят метрологическую аттестацию элемента с размещенными на нем блоками измерения путем установления зависимостей между сигналами с блоков измерения и калиброванными внешними воздействиями, регистрируют эти зависимости на пункте контроля и используют их в качестве заранее зафиксированных сигналов, при этом врезают элемент с установленными на нем блоками измерения в места диагностирования конструкции и по отклонению поступивших сигналов с блоков измерения от заранее зарегистрированных сигналов судят о состоянии конструкции.
Этот способ отличается относительно высокой сложностью, обусловленной необходимостью изготовления элементов конструкции из того же материала, что и вся конструкция.
Известен также способ диагностирования состояния конструкции [RU 2395786, C1, G01B 7/16, 27.07.2010], согласно которому определяют как минимум один локальный участок вероятного возникновения дефекта, устанавливают на этом участке датчик и по его показаниям определяют состояние конструкции, причем датчик представляет собой основу, на которую нанесен цветовой индикатор, в качестве которой используют материал из графитизированных углеродных волокон на основе полиакрилонитрила, а в качестве цветового индикатора жидкокристаллический полимер, способный изменять свой цвет в зависимости от изменения электрического сопротивления основы, при этом датчик с натягом фиксируют на покрытом отверждаемым связующим исследуемом локальном участке до отверждения связующего, а для определения состояния локального участка к датчику подсоединяют источник тока и определяют напряженно-деформируемое состояние диагностируемой конструкции по экспериментально определенной зависимости цвета цветового индикатора от деформации.
Однако устройство не обеспечивает наглядности представления информации, что снижает оперативность реагирования на аварийную ситуацию, и предназначено преимущественно для отслеживания состояния конструкций трубопроводов.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ контроля состояния конструкции здания или инженерно-строительного сооружения [RU 2327105, С2, G01B 7/16, G01M 7/00, 20.06.2008], согласно которому осуществляют опрос датчиков, установленных в местах диагностирования конструкции, преобразуют полученную с датчиков информацию и передают ее на пункт контроля, выполненного в виде компьютера с программным обеспечением, где осуществляют регистрацию и сравнение полученной информации с заранее введенными в память компьютера фиксированными величинами, причем формируют условное изображение контролируемого объекта, повторяющее его конструкцию, размещают на нем в местах, соответствующих реальному расположению датчиков, цветные метки-индикаторы, выводят упомянутое изображение с метками-индикаторами на экран компьютера, обеспечивают постоянную связь упомянутых меток-индикаторов с датчиками, в качестве фиксированной величины для каждого датчика используют полученное путем предварительных расчетов предельное допустимое значение измеряемого параметра, а результаты опроса датчиков и результаты сравнения последней принятой с них информации отражают в реальном времени через цвет меток-индикаторов и его смену на условном изображении объекта, по которому судят об исправности датчиков и состоянии конструкции, причем в качестве датчиков используют тензометрические датчики.
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно узкая область применения, обусловленная тем, что при контроле состояния конструкции здания или инженерно-строительного сооружения используется информация от тензометрических датчиков, которая позволяет формировать информацию только о напряжениях, возникающих в датчиках, которые могут соответствовать напряжениям в конструкции в местах установки датчиков, но это не позволяет формировать информацию о деформациях, возникающих в конструкции в целом и на отдельных ее участках. Это снижает качество контроля состояния конструкции здания или инженерно-строительного сооружения,
Задачей заявляемого изобретения является повышение качества контроля путем расширения области применения и обеспечения контроля деформаций, возникающих в конструкции в целом и на отдельных ее участках.
Требуемый технический результат заключается в повышении качества контроля.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в способе, согласно которому в местах диагностирования контролируемой конструкции размещают датчики, осуществляют опрос датчиков, преобразуют полученную от датчиков информацию и передают ее на пункт контроля, выполненного в виде компьютера с программным обеспечением, где осуществляют регистрацию и сравнение полученной информации с заранее введенными в память компьютера фиксированными величинами, согласно изобретению датчики выполняют с возможностью получения от них информации о их пространственном положении, в пункте контроля формируют условное изображение контролируемой конструкции и фиксируют изменения пространственного положения датчиков, по которым определяют и регистрируют отклонения пространственного положения контролируемой конструкции или ее частей, а по результатам сравнения этих отклонений с заранее введенными в память компьютера фиксированными величинами, соответствующими их допустимым значениям, судят о состоянии контролируемой конструкции.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что условное изображение контролируемой конструкции выполняют в виде расчетной схемы конструкции.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что фиксацию изменений пространственного положения датчиков, по которым определяют и регистрируют отклонения пространственного положения контролируемой конструкции или ее частей, производят при различных нагружениях контролируемой конструкции.
На чертеже представлены:
на фиг. 1 - пример выполнения устройства контроля состояния конструкции инженерно-строительного сооружения для реализации предложенного способа совместно с контролируемой конструкцией в виде пролета одноэтажного безбалочного каркаса;
на фиг. 2 - пример использования информации по результатам двух измерений пространственного положения датчиков для определения и регистрации отклонений пространственного положения части контролируемой конструкции.
Устройство контроля состояния конструкции инженерно-строительного сооружения содержит датчики 1, размещенные в местах диагностирования контролируемой конструкции 2.
Кроме того, устройство содержит средства 3 опроса датчиков 1 и преобразования полученной от датчиков информации и ее передачи в пункт 4 контроля, выполненного в виде компьютера с программным обеспечением, где осуществляют регистрацию и сравнение полученной информации с заранее введенными в память компьютера фиксированными величинами.
В качестве средств опроса 3 датчиков 1 могут быть использованы электрические проводные соединения их с общей шиной компьютера пункта контроля 4.
Пункт 4 контроля выполнен с возможностью формирования условного изображения контролируемой конструкции 2, а датчики 1 выполнены с возможностью получения от них информации об их пространственном положении, например, путем снабжения каждого датчика не менее, чем двумя лазерными гироскопами с поперечно расположенными осями.
Компьютер с программным обеспечением в пункте 4 контроля выполнен с возможностью фиксации изменений пространственного положения датчиков, по которым определяют и регистрируют отклонения пространственного положения контролируемой конструкции или ее частей, а по результатам сравнения этих отклонений с заранее введенными в память компьютера фиксированными величинами, соответствующими их допустимым значениям, судят о состоянии контролируемой конструкции.
Условное изображение контролируемой конструкции выполняют в виде расчетной схемы конструкции, фиксации изменений пространственного положения датчиков, по которым определяют и регистрируют отклонения пространственного положения контролируемой конструкции или ее частей, используют отклонения в их пространственном положении при различных нагружениях контролируемой конструкции.
Реализуется предложенный способ следующим образом.
Основными показателями состояния конструкции здания или строительного сооружения являются наличие и величина деформации ее составных элементов. Поэтому в основном в качестве датчиков для проведения контроля состояния конструкции здания или строительного сооружения используют лазерные гироскопические датчики, выполненные с возможностью фиксации изменений их пространственного положения датчиков, по которым определяют и регистрируют отклонения пространственного положения контролируемой конструкции или ее частей, а по результатам сравнения этих отклонений с заранее введенными в память компьютера фиксированными величинами, соответствующими их допустимым значениям, судят о состоянии контролируемой конструкции.
Полученная при различных нагружениях конструкции информация о положении датчиков в пространстве сопоставляется с имеющимися в памяти компьютера числовыми значениями, соответствующими положениям датчиков для предельно допустимых значений прогибов и смещений частей конструкции. Определяемая на основе этого динамика приближения прогибов и смещений конструкции к предельно допустимым значениям позволяет выявить упругие и пластические характеристики частей конструкции, кинематические гипотезы их взаимных соединений. Это дает возможность уточнить прогноз условий достижения конструкцией предельно допустимых значений, препятствующих ее дальнейшей эксплуатации.
Таким образом, благодаря введению дополнительных операций, в частности выполнением датчиков с возможностью получения от них информации о их пространственном положении, фиксации в пункте контроля изменения пространственного положения датчиков, по которым определяют и регистрируют отклонения пространственного положения контролируемой конструкции или ее частей, и сравнения этих отклонений с заранее введенными в память компьютера фиксированными величинами, соответствующими их допустимым значениям, судят о состоянии контролируемой конструкции, достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении точности контроля, поскольку обеспечивается возможность формирования информацию о деформациях, возникающих в конструкции в целом и на отдельных ее участках (в отдельных элементах и узлах конструкции).