Мобильная диагностика строительных конструкций
Передвижные диагностические комплексы стали важным инструментом обеспечении инженерной безопасности (реальной устойчивости, сейсмостойкости, остаточного ресурса долговечности) зданий, сооружений и технологических систем. Одним из примеров такой мобильной лаборатории является комплекс «Струна-2», разработанный специалистами ФЦ ВНИИ ГОЧС
Мобильная диагностика применима к зданиям любой конструкции. Она проводится силами оперативной группы по методике, разработанной специалистами ФЦ ВНИИ ГОЧС в рамках целевой программы развития Федеральной службы сейсмологических наблюдений. На объект воздействуют сверхслабыми неразрушающими колебаниями. Реакция на них замеряется высокочувствительной аппаратурой передвижной лаборатории «Струна-2» (рис. 1). Результатом такого обследования является информация о реальном состоянии объекта. На основании этих данных специалисты делают заключения о возможностях дальнейшей эксплуатации конструкции.
Обследование зданий и сооружений при помощи мобильных комплексов проводится в два этапа:
До начала предварительного обследования конструкций предпринимаются все необходимые меры для безопасного проведения работ. В процессе предварительного обследования анализируются техническая документация, проектные и фактические сведения, распределенные по периодам эксплуатации. Как правило, это:
Наличие дефектов и повреждений устанавливается по внешним признакам.
Для этого производится визуальный осмотр, фотографирование и составление карт распространения дефектов и повреждений конструкций.
На основании результатов предварительного анализа составляется программа детального обследования, формулируются заключения о вероятных причинах возникновения и степени опасности выявленных дефектов и повреждений, рассматриваются возможности дальнейшей эксплуатации здания и отдельных строительных конструкций в его составе, даются рекомендации по предотвращению обрушения конструкций и элементов, находящихся в аварийном состоянии.
В процессе детального обследования анализируется техническая документация; выполняются детальные измерения параметров технического состояния ограждающих конструкций в натурных условиях с испытаниями материалов конструкций неразрушающими методами; производятся вскрытие, отбор проб и образцов, испытания материалов в лабораторных условиях; выполняются поверочные расчеты. Помимо этого в процессе детального обследования проводятся динамические испытания здания при помощи мобильного комплекса. При необходимости производятся измерения параметров сред, в которых эксплуатируются конструкции, оформляются обмерные и другие чертежи и составляется заключение.
Заключение (рис. 2) по результатам детального обследования включает в себя текстовую часть, чертежи и приложения. Текстовая часть заключения содержит выводы о возможности использования обследованных конструкций в реконструированном здании с указанием мер по обеспечению такой возможности и исходных данных для проектирования восстановления или совершенствования эксплуатационных качеств конструкций. В приложения к заключению, как правило, входят: программа или техническое задание на проведение обследования; докладные записки, акты, письма, протоколы и другая аналогичная документация по вопросам проведения обследований; таблицы и графики с результатами испытаний конструкций и примененных в них материалов; фотографии, схемы и т. п.
Г.М. Нигметов
Заместитель начальника ФЦ ВНИИ ГОЧС МЧС России (начальник управления), к.т.н.
М.С. Бабусенко
Заместитель начальника отдела природных опасностей и сейсмического риска ФЦ ВНИИ ГОЧС МЧС России, к.т.н.
Диагностический комплекс «Струна» позволяет оперативно оценить безопасность зданий
После взрывов бытового газа в многоэтажных жилых домах возникают повреждения несущих конструкций, способные привести к их внезапному обрушению. Они также представляют угрозу для людей, находящихся внутри здания. Характер повреждения во многом зависит от конструктивного исполнения, этажности и размеров сооружения. Поэтому всегда требуется оперативная оценка его технического состояния. Специалистами ВНИИ ГО ЧС разработан новый метод диагностики сооружений с помощью динамико-геофизических испытаний с применением мобильного диагностического комплекса «Струна», сообщает сайт института.
В составе комплекса около 30 измерительных приборов. Использование «Струны» позволяет ускоренно обрабатывать данные, получаемые при динамических испытаниях на устойчивость зданий и сооружений.
Наш авторский метод основан на оценке интегральной жесткости здания по характерным признакам-критериям, которые выявляются при обработке динамических параметров системы «грунт-сооружение». Основным показателем, характеризующим жесткость здания, является частота его собственных колебаний. Научно подтверждено, что она прямо пропорциональна массе здания и обратно пропорциональна его жесткости. Поэтому, измеряя частоту собственных колебаний сооружения, можно оценить его жесткость,
— рассказал Геннадий Нигметов, ведущий научный сотрудник института.
В составе мобильного диагностического комплекса «Струна» — специальное оборудование: трёхкомпонентные сейсмовибрационные датчики, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, высокоточный тахеометр, приборы для неразрушающего контроля прочности и армирования и геофизические приборы для контроля грунтов. При этом используются разработанные учеными программы для анализа сейсмовибрационных сигналов.
Категории технического состояния здания определяются при сравнении нормативных и экспериментально полученных частот его собственных колебаний, которые, как правило, показывают снижение жесткости при длительной эксплуатации или других воздействиях.
Только с 2016 по 2020 год специалисты провели обследование более 1000 зданий и сооружений, собственникам которых были выданы сертификаты инженерной безопасности, содержащие объективную оценку технического состояния недвижимости.
ДИАГНОЗ СТАВИТ «СТРУНА»
Записала О. Максименко
В результате в распоряжении экспертов оказывается масса полезной информации о реальном состоянии «подопытного» здания. Частота и амплитуда собственных колебаний с помощью вполне стандартных расчетов указывают на прочность и жесткость конструкции в целом. Новое здание данной конструкции, выстроенное в точном соответствии с проектом, колеблется со вполне определенной частотой. Отклонение от этой величины, в подавляющем большинстве случаев в сторону более низких частот, указывает на большую степень износа, наличие дефектов или даже разрушений.
Теперь, зная точную локализацию дефектов, можно использовать и обычные инструментальные методы. Они позволяют выяснить, в чем дело и можно ли устранить источник потенциальной опасности. Сколько времени, сил и средств удается сэкономить, трудно даже вообразить. С помощью такого мобильного беспроводного диагностического комплекса, который весит-то всего 9 кг и весь умещается на небольшом столике, оценить устойчивость здания можно всего за два дня.
Кроме того, есть еще одна область применения «Струны». Дело в том, что свободных мест в Москве, да и вообще в больших городах, становится все меньше, и ямы для фундаментов новых домов приходится рыть в тесном окружении застроек. Велика опасность того, что грунт не выдержит и дома начнут потихоньку сползать в эту яму (как уже было с домом на улице Мясницкая, где находится, кстати, редакция журнала «Наука и жизнь»). Чтобы избежать опасности, яму заранее отгораживают, закрепляя ее диаметр врытыми глубоко в землю вертикальными бетонными колоннами. Для этого в грунте проделывают скважины и заполняют их бетоном. Такой «подземный забор» укрепляет стенки ямы и защищает дома, стоящие в опасной близости от новостройки.
III. Разработка систем мониторинга и диагностических комплексов неразрушающего контроля
Центр исследований экстремальных ситуаций занимается разработкой, производством, совершенствованием и внедрением диагностических комплексов для оценки технического состояния зданий и сооружений. Нами были разработаны и неоднократно модернизированы комплексы «Струна» и «Стрела», представляющие собой совокупность аппаратных и программных средств для экспериментального определения основных динамических характеристик строительных конструкций и последующего анализа их прочности и устойчивости.
Аппаратно-программный мобильный диагностический комплекс для экспериментального определения основных динамических характеристик строительных конструкций «Стрела-П» ТУ 4254-001-251001-2009.
Комплекс «Стрела-П» предназначен для оперативного неразрушающего контроля и мониторинга технического состояния несущих конструкций эксплуатируемых, строящихся и реконструируемых зданий и сооружений при решении задач по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.
Он обеспечивает требуемую точность при экспериментальном определении динамических параметров зданий и сооружений, характеризующих их упругие свойства, которые проявляются при динамических нагрузках (периоды и декременты собственных колебаний, передаточные функции, выражающие связь между различными элементами строительных конструкцией, между объектом и грунтовым основанием и др.) Эти параметры регламентированы межгосударственным стандартом ГОСТ 31937-2011 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния».
Комплекс «Стрела-П» ТУ 4254-001-251001-2009 сертифицирован в системе сертификации аварийно-спасательных средств МЧС России (сертификат соответствия № РОСС RU.03 ЭЧ 001.Н 0217 № 02760).
Основные технические характеристики комплекса «Стрела-П»:
Основные функции комплекса
Программное обеспечение
CentBox обеспечивает сбор, обработку, анализ и хранение аналоговых сигналов, преобразуемых в цифровой вид с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) комплекса (рисунок 1), а также сигналов, сохраненных в файлах данных.
CentBox предназначен для формирования единой интерактивной среды, позволяющей эксперту, работающему с комплексом, эффективно вести сбор и анализ данных динамических испытаний.
НТФ НОВИНТЕХ
НТФ НОВИНТЕХ
Общее описание
Системы измерительные «СТРУНА+» предназначены для измерения уровня, температуры, плотности, давления, вычисления объёма, массы светлых нефтепродуктов и сжиженного газа (СУГ) в одностенных и двустенных резервуарах, сигнализации наличия подтоварной воды, повышения уровня пожарной и экологической безопасности, автоматизации процессов учета нефтепродуктов на АЗС, АГЗС, нефтебазах. Системы могут применяться на предприятиях пищевой и химической промышленности, а также в качестве эталонных средств измерений II разряда согласно Государственной поверочной схеме для средств измерений уровня жидкости по ГОСТ 8.477-82 при градуировке резервуаров.
Система соответствует требованиям, предъявляемым к особо взрывобезопасному электрооборудованию подгруппы IIВ с видом взрывозащиты «Искробезопасная электрическая цепь уровня iа» согласно ГОСТ Р 51330.0-99 и ГОСТ Р 51330.10-99. Система зарегистрирована в Государственном реестре средств измерений (сертификат Госстандарта РФ).
Технические характеристики:
Состав систем измерительных СТРУНА+
ППП – первичный преобразователь параметров (уровень, плотность, температура, объем, масса);
ДУТ – датчик уровня и температуры в расширительном бачке двустенного резервуара;
ДД1 – датчик давления;
ДЗО – датчик загазованности оптический;
УР – устройство распределительное;
БИ1 – блок индикации;
БП2 – блок питания;
БУ2 – блок управления;
БР – блок распределительный;
БИЗ – блок изолятора;
БРИ1 – блок расширителя интерфейсов;
БСР1 – блок сервера;
БРМ5, БРМЗ – блок радиомодема.
Принцип распределения, обработки и сбора информации от датчиков позволяет увеличивать количество измерительных каналов до 64-х без потери производительности (по всем каналам данные обновляются в течение трёх секунд). Система включает от одного до четырёх устройств распределительных УР, имеющих до 16-ти измерительных каналов.
К одному каналу УР, на расстояние до 1200 метров, могут быть подключены следующие датчики:
Каждый ППП может быть оснащен от 1 до 3 погружными плотномерами (для АЗС, АГЗС – резервуары РГС) или от 1 до 7 погружными плотномерами (для нефтебаз – резервуары РВС).
В системе может быть до 64 каналов управления (силовые 220В 50Гц или релейные выходы). Информация может отображаться на локальном блоке индикации и внешних средствах отображения в соответствии с коммуникационными возможностями системы:
— выход RS-485 c протоколом «Моdbus STRUNA+»;
— выход RS-485 c протоколом «Кедр» или «Моdbus STRUNA+».
— RS-485 с протоколом «ModBus STRUNA+»;
— беспроводная связь до 1000м с протоколом «Кедр» или «ModBus STRUNA+».
Беспроводная связь между УР с ПЭВМ в операторской может использоваться для объектов, на которых затруднена прокладка кабелей от датчиков к операторской.
– удаленный мониторинг системы через веб-браузер по протоколу HTTP;
– удаленное изменение метрологических параметров системы по протоколу HTTP (тип продукта, смещение уровня, поправки по плотности, загрузка градуировочных таблиц и тд);
– удаленное изменение алгоритмов контроля и управления;
– регистратор событий подсистемы управления и модификации параметров ППП;
– возможность подключения термопринтера для печати текущих показаний измеряемых параметров.
— программы сторонних производителей могут связываться с АРМ «СТРУНА МВИ» по интерфейсам TCP/IP или ОРС (для SCADA — систем), через таблицы базы данных и файлы XML (для бухгалтерии 1С), поддержан протокол «Кедр» для систем отпуска;
— доступ к измерительной информации по локальной сети объекта или через Интернет, в том числе с мобильных устройств (планшеты, смартфоны и т.д.) по Wi-Fi;
— автоматическая регистрация поставок топлива с уведомлением по E-mail.
