СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ИНЖЕНЕРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ (СМИК)


В соответствии с ГОСТ Р 22.1.13-2013 система мониторинга инженерных (несущих) конструкций, опасных природных процессов и явлений – это подсистема СМИС, осуществляющая в режиме реального времени контроль изменения состояния оснований, строительных конструкций зданий и сооружений, сооружений инженерной защиты, зон схода селей, оползней, лавин в зоне строительства и эксплуатации объекта мониторинга в целях предупреждения чрезвычайных ситуаций.

XXXL

 

Типовая система СМИК высотного здания состоит из нескольких измерительных подсистем:

– подсистема измерения механических напряжений и деформаций несущих стен и колонн, ферм и других элементов строительных конструкций, в которых сконцентрированы механические напряжения;
– подсистема измерения кренов и углов наклона основания и ядер жёсткости;
– подсистема измерения собственных частот и декрементов затухания колебаний строительных конструкций

Подсистема измерения деформаций несущих элементов строительных конструкций
Подсистема измерения деформаций состоит из датчиков деформаций, установленных одиночно или попарно и контролирующих деформации растяжения сжатия и/или деформации изгиба.
Выбор места установки датчиков деформации зависит от конструктивных особенностей здания, объемно-пространственной структуры, типа и способа построения несущего каркаса, высотности. К универсальным базовым принципам выбора мест размещения можно отнести следующие:

Струнный датчик деформации SVWG-D01– датчики сосредотачиваются на одной высотной отметке, в местах наибольших напряжений, заранее определенных модлированием
– при измерении деформации растяжения-сжатия достаточно установить одиночный датчик, при наличии одновременно изгибных деформаций устанавливаются два датчика с двух сторон оси симметрии конструкции
– необходимо избегать мест размещения датчиков, освещаемых прямыми солнечными лучами

На практике в системах мониторинга строительных конструкций применяются датчики деформации на основе пленочных тензорезисторов или струнные датчики деформации.
Датчики деформаций на основе пленочных тензорезисторов состоят двух или четырех тензорезисторов, наклееных на рабочее тело, включенных по полумостовой или мостовой схеме. Мостовая схема тензодатчика образована рабочей парой тензорезисторов и парой компенсационных тензорезисторов, расположенных рядом с рабочим на ненагруженной пластине или наклеенных на рабочее тело, но перпендикулярно направлению силы, вызывающей деформацию.
Основным достоинством таких датчиков является относительно невысокая стоимость и неприхотливость. Основным недостатком датчиков данного типа является его высокая конструктивная жесткость. В зависимости от конструктивного исполнения рабочего тела датчика деформации восстанавливающая сила противодействия датчика растяжению или сжатию может находится в диапазоне от нескольких сот до нескольких тысяч ньютон для датчиков, рабочее тело которых конструктивно выполнено в виде пластины. Эта сила деформирует крепление датчика, приводит к проскальзыванию датчика в креплении, что существенно увеличивает погрешность измерений деформаций. Увеличение прочности крепления приводит к увеличению неопределенности измерительной базы датчика и как следствие большой погрешности измерений.
НТП «Горизонт» предлагает датчик деформации на основе пленочных тензорезисторов серии TMG. Датчики деформации серии TMG выпускаются с аналоговым и цифровым выходом RS-485.
Перечисленных недостатков лишены струнные датчики деформации. Восстанавливающая сила струнного датчика деформации как правило не превышает нескольких десятков ньютон. Датчики данного типа могут быть закреплены на поверхности точечной сваркой или приклеены к объекту мониторинга. Струнные датчики имеют малый собственный дрейф нуля и низкую дополнительную температурную погрешность, просты в монтаже и долговечны.
НТП «Горизонт» предлагает струнный датчик деформации серии SVWG-D01 с встроенным электронным блоком и цифровым выходом RS-485. Передача данных по цифровым линиям RS-485 позволяет создавать последовательные измерительные цепи датчиков, подключаемых с помощью разветвителей на расстояния до 800м. Количество подключаемых датчиков ограничено только падением напряжения в цепях питания и составляет 20 шт. на одну измерительную линию.

 

Струнный датчик деформации SVWG-D01

Область применения SVWG:

– контроль кренов и изменения углов наклонов элементов строительных конструкций в системах мониторинга
– геотехнический мониторинг на этапе строительства
– длительные измерение относительной деформации и напряжения в системах СМИК
– диагностический контроль состояния конструкций зданий и сооружений при их строительстве
– мониторинг напряженно-деформированного состояния строительных конструкций

Особенности исполнения:

– Цифровой выход RS-485
– Подключение до 20 датчиков на линию
– Длина линии до 800м.

Струнный датчик деформации SVWG-1

Подсистема измерения кренов, углов наклона элементов строительной конструкции
Подсистема измерения кренов и углов наклона состоит из двухкоординатных инклинометров (датчиков угла наклона), устанавливаемых на фундаментную плиту и этажах по всей высоте здания. В зависимости от высотностиздания инклинометры устанавливают через каждые шесть-десять этажей. Количество и места установки датчиков выбираются таким образом, чтобы получить

Инклинометр двухкоординатный ИН-Д3

максимально наглядную картину изгибов здания и визуализировать ее с достаточной степенью достоверности. Инклинометры, установленные на фундаментной плите, позволяют контролировать неравномерность осадок при работе конструкции как по второму, так и по первому предельным состояниям.
Для построения подсистемы измерения кренов и углов наклона НТП Горизонт предлагает двухосевые прецизионные инклинометры ИН-Д3 различных диапазонов.

Выбор диапазона датчиков определяется на этапе проектирования и зависит расчетных допустимых максимальных угловых отклонений элемента конструкции, на котором размещен инклинометр.Но обобщая можно сказать, что как правило для установки:

– на фундаментные плиты, ростверки, основания,  опоры мостов  применяются датчики малых диапазонов 360 и 720 угл. сек.
– на этажи высотных зданий, трубах, антенно-мачтовых  сооружениях, пролетах мостов, резервуары устанавливаются датчики с диапазоном 1800, 3600, 7200 угл. сек.

По сравнению с инклинометрами, работающими на первичном преобразователе типа MEMS, инклинометры ИН-Д3 имеют существенно меньший температурный и собственный (временной) дрейф нуля, что является критичным для стационарных систем мониторинга строительных конструкций.

Инклинометры имеют цифровой выход RS-485 с поддержкой ModBus. Количество датчиков на линии до 20 шт. Для построения систем мониторинга в взрывоопасных зонах выпускаются датчики в взрывозащищенном исполнении.

Инклинометр двухкоординатный ИН-Д3

Области применения:

– Контроль кренов и изменения углов наклонов элементов строительных конструкций в системах мониторинга
– Геотехнический мониторинг на этапе строительства

Особенности исполнения:

— Измерение наклона по двум координатам.
— Исполнение с аналоговым и цифровым выходом RS/-485.
— Поддержка протокола обмена данными ModBUS.
— Различные диапазоны измерений для разных задач.
— Cтепень пыле-влагозащиты IP31, IP65.
— Возможность проведения периодической поверки на объекте без демонтажа

Инклинометр ИН-Д3


Подсистема мониторинга основных форм колебаний строительных конструкций

Принцип контроля изменения напряженно-деформированного состояния строительных конструкций основан на контроле изменения частот и декрементов затухания первых нескольких форм колебаний строительных конструкций. Принцип измерений подробно описан в ГОСТ 34081-2017 «Здания и сооружения. Определение параметров основного тона собственных колебаний».Для задач спектрального анализа НТП «Горизонт» предлагает двухосевые маятниковые электролитические инклинометры-акселерометры с цифровым выходом АН-Д3, цифровые трехосевые пьезокерамические акселерометры PCG-D01. Оба акселерометра могут поставляться с функционалом расчета основных форм колебаний.

Синхронизация датчиков по цифровым линиям производится по протоколу NTP с точностью до 5 мкс. при задержках в линии до 1 секунды. Это позволяет передать данные с акселерометров в пакетных сетях передачи данных с большими задержками, включая GPRS, без потери синхронизации.

Акселерометр-наклономер АН-Д3

Область применения АН-Д3:

– Определение частот и декрементов основных форм колебаний строительных конструкций
– Измерение и передача мгновенных значений ускорений
– Измерение среднего и максимального значения ускорения за период

Особенности исполнения:

– Цифровой выход RS-485
– Полоса частот 0-20Гц
– Кол-во датчиков в линии до 5 шт.
– Длина линии до 800м.
– Межповерочный интервал 2 года

 

Акселерометр-наклономер АН-Д3

 

Программное обеспечение СМИК
Программное обеспечение сервера сбора данных Gorizont IO Server является сервером ввода-вывода и обеспечивает сбор данных c большого количества датчиков, включая акселерометры. Прием данных возможен через виртуальные COM-порты и TCP порты. На базе Gorizont Server возможно построение территориально распределенных систем с передачей данных по GPRS/ UMTS c большим количеством узлов. Интеграция с серверами СМИК/СМИС возможна по OPC.
Расчет параметров основных форм колебаний по ГОСТ34081-2017 осуществляется в программном модуле Gorizont Spectrum Analysis. Расчет спектральной плотности мощности сигнала с акселерометров и выделение основных форма колебаний осуществляется по нескольким десяткам выборок. Количество выборок и длительность реализации может варьироваться и зависит от требований к разрешающей способности системы по частоте и точности определения декремента затуханий. Производится автоматическое определение основных форм колебаний и декрементов затуханий, что позволяет пользователю проводить ретроспективный анализ изменений частоты и декремента затуханий основных форм колебаний.

Геотехнический мониторинг

 

Инклинометр ИН-Д3 Монтаж инклинометра ИН-Д3 Струнный датчик деформации SVWG-D01 Тензометрическая станция TSG-S01 Акселерометр-наклономер АН-Д3 Инклинометр ИН-Д3 Акселерометр-наклономер АН-Д3