Novocherkassk, Russian Federation
Russian Federation
South Russian State Polytechnic University (Novocherkassk Polytechnic Institute) named after M.I. Platov (Department of Industrial, Civil Engineering, Geotechnics and Foundation Engineering, postgraduate student)
from 01.01.2023 until now
from 01.01.2023 until now
Novocherkassk, Rostov-on-Don, Russian Federation
UDK 681.3 (Вычислительная техника. Машины и устройства для обработки данных. Автоматическая обработка данных. Электронные вычислительные машины (ЭВМ). Калькуляторы) Исключено E&C 18 [1996]
The article presents data on the implementation of technical monitoring using the engineering structures monitoring system (SMIC) for the technical condition of the load-bearing building structures covering the Main Building of JSC "DMZ". The monitoring of the workshop coating elements was carried out after a complex of instrumental surveys with the strengthening of individual building structures, general geodetic monitoring with subsequent strengthening of crisis structures.
instrumental examination, reinforcement, geodetic monitoring, monitoring system, strain gauge, intelligent load cell, interface converter, bearing capacity, rigidity, stability
Введение
Обеспечение безопасной эксплуатации производственных объектов организовано отлаженной системой наблюдения за используемым в них сложным инженерным оборудованием и механизмами, а также периодичными обследованиями самих зданий в соответствии с требованиями актуальных нормативных документов. Периодичная информация, заключенная в экспертизах, систематизируется и выстраивается в целостную цепочку мероприятий, обеспечивающих недопущение производственных аварий и негативных влияний на окружающую среду. Однако, иногда возникает необходимость с целью контроля, оценки или прогноза поведения отдельных строительных конструкций организация специального, систематического наблюдения за отдельными их параметрами, что обеспечивается мониторингом их технического состояния.
Основным документом, регламентирующим проведение мониторинга в настоящее время является национальный стандарт Российской Федерации «ГОСТ Р 22.1.12-2005. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Структуированная система мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений. Общие требования. М., 2005», распространяющийся как на потенциально-опасные объекты, здания и сооружения, подлежащие оснащению структуированными системами мониторинга и управления инженерными системами, так и на здания и сооружения, где проведение мониторинга явилось локальной задачей, возникшей при стечении определенных производственных условий, требующих получения оперативной информации на заданных временных параметрах. Для обеспечения такого рода мониторинга также применяются комплексы измерительных средств, средства автоматизации, проводные или беспроводные сети передачи информации, а также соответствующие программы расчета напряженно-деформированного состояния контролируемых строительных конструкций зданий и сооружений.
Методы мониторинга напряженно-деформированного технического состояния отдельных строительных конструкций зданий и сооружений многообразны и широко применяются на практике [1, 2]
В настоящей статье описан опыт наблюдения за строительными конструкциями покрытия в осях В-Гх26-27 здания Главного корпуса АО «ДМЗ» [3], в связи с выявленными в них критическими деформациями. Для этого был проведен комплекс инженерных исследований, включающий восемь этапов. На основании опыта обследования и анализа применяемых практических решений по восстановлению работоспособности строительных конструкций [4] первый этап включал инструментальное обследование деформированных стропильных ферм 3-го пролета в осях В-Гх24-29, по результатам которого в рамках второго этапа был разработан проект усиления деформированных стропильных ферм 3-го пролета в осях В-Гх24-29. На третьем этапе выполнен геодезический мониторинг за техническим состоянием металлического каркаса здания Главного корпуса, что явилось основанием для четвертого этапа, где был разработан проект усиления 44 –х стропильных ферм, находящихся в критическом состоянии. Пятый этап включил в себя инструментальное обследование всех строительных конструкций здания Главного корпуса с последующим шестым этапом, где по результатам инструментального обследования и параллельного геодезического мониторинга был разработан проект усиления 17-и стропильных ферм. И уже после полного комплекса инструментального обследования и геодезического мониторинга было принято решение о проведении технического мониторинга с применением системы мониторинга инженерных конструкций (СМИК) за техническим состоянием несущих строительных конструкций покрытия Главного корпуса.
В конце октября начале ноября 2022 г. группой специалистов ООО «СПУ» были установлены элементы системы мониторинга инженерных конструкций (СМИК) [5] для ведения удаленного мониторинга за техническим состоянием несущих строительных конструкций покрытия здания Главного корпуса АО «ДМЗ» в д. Демихово Московской области.
Объекты и методы исследования
Система мониторинга инженерных конструкций (СМИК) состоит из следующих элементов:
- тензорезистор BF350-4BB (11) N6-F-X-V2;
- интеллектуальный тензодатчик ZET 7010 – Tensometer-485;
- преобразователь интерфейса ZET 7076.
Обработка и анализ результатов измерений были выполнены в программе ZETLab.
Тензорезистор (рис. 1, 2) состоит из чувствительного элемента, подложки и выводов. Тензорезисторы BF350-4BB (11) N6-F-X-V2 выпускаются на фенольной пленочной подложке (фенолоформальдегидная смола).
Рис. 1. Подготовленное место на стальном элементе фермы для наклейки тензорезистора
Рис. 2. Тензорезистор
Принцип действия тензорезисторов основан на тензорезистивном эффекте, т.е. на свойстве изменения электросопротивления проводника в результате его деформации. По значению сопротивления тензорезистора измерительный модуль ZET 7010 Tensometer-485 рассчитывает параметры деформации.
Тензорезисторы BF350-4BB N6-F-X-V2 предназначены для измерения одноосевой деформации.
Цифровой тензодатчик ZET 7010 (рис. 3, 4) предназначен для измерения относительной деформации с помощью первичных преобразователей, выполненных на базе тензорезисторов.
Рис. 3. Вид тензодатчика на месте установки
Рис. 4. Вид тензодатчика на месте установки
К цифровым тензодатчикам подключаются либо готовые тензодатчики (датчики силы, датчики крутящего момента), либо отдельные тензорезисторы, подключаемые по полумостовой либо мостовой схеме (в текущем случае полумостовая схема).
Питание датчика осуществляется постоянным напряжением, таким образом, с помощью ZET 7010 проводятся статические измерения.
Датчики крепятся на объекте измерений (фермы покрытия), а интерфейсные модули, которые обеспечивают передачу информации располагаются в герметичном боксе (узел сбора информации).
Цифровой тензометрический датчик состоит из первичного преобразователя и измерительного модуля ZET 7010.
В качестве первичного преобразователя может использоваться датчик силы растяжения/сжатия балочного, консольного, кромочного типа, S-образный тензодатчик и др., или тензомост, собранный по мостовой или полумостовой схеме.
Для подключения измерительной сети к системам ZETLAB и ZETVIEW используется преобразователь интерфейса ZET 7070 (USB ↔ RS-485) или ZET 7076 (Etherneti ↔ RS-485) (рис. 5).
Рис. 5. Схема подключения к измерительной линии
Узел сбора информации СМИК (рис. 6-8) для передачи данных от измерительной линии на промышленный компьютер или сервер системы мониторинга инженерных конструкций. Обладает следующими достоинствами:
- возможность объединения в один узел до 12 измерительных линий;
- передача измерительной информации по интерфейсу Ethernet;
- привязки к единому времени информации с цифровых датчиков входящих в состав узла сбора информации;
- возможность регистрации на flash-накопитель в циклическом режиме всех данных, регистрируемых с цифровых датчиков измерительной линии (опция);
- возможность организации дополнительного канала передачи данных на сервер от узлов сбора информации по беспроводному каналу GSM (опция);
- компактное исполнение узла сбора;
- информации СМИК позволяет производить установку в местах с ограниченным пространством.
Рис. 6. Вид узла сбора информации СМИК
Рис. 7. Узел СМИК. Структурная схема
Рис. 8. Вид узла сбора информации СМИК
О применяемом программном обеспечении
Средства записи и воспроизведения сигналов позволяют в реальном времени записывать сигналы с каналов модулей АЦП ЦАП, анализаторов спектра, цифровых датчиков и других регистрирующих устройств ZETLAB на жесткий диск ПК и воспроизводить их (рис. 9). При воспроизведении сигналов из файлов все программы измерения, отображения и анализа сигналов из состава ZETLAB обрабатывают данные из файлов (рис. 10).
Рис. 9. Регистрация устройств ZETLAB на жесткий диск ПК
Рис. 10. Пример графиков изменения напряженно-деформированного состояния конструкций за заданный период
SCADA система ZETVIEW представляет собой высокоэффективную среду графического программирования.
SCADA система ZETVIEW используется как система сбора и обработки данных от устройств, подключенных к персональному компьютеру (анализаторы спектра, платы АЦП ЦАП, мультиметры). Также, SCADA система предназначена для автоматизации управления технологическими процессами.
Результаты исследований
Определение полной накопленной деформации объекта
Основной целью мониторинга является определение фактической и накопленной деформации (вертикальных прогибов) конструкций ферм покрытия здания Главного корпуса в период всего цикла мониторинга.
При установке датчиков, каждый из них принял «исходное» значение, обусловленное текущим его положением и условиями установки. Данные базовые значения не должны превышать определенные для каждого из них значений деформаций в мкм/м.
На рис. 11 и 12 представлены схемы расположения смонтированных элементов.
Как видно из схем, было установлено 28 датчиков, из которых 25 установлено на нижние пояса ферм покрытия в средней части конструкций, три (A6, A7 и D3) – на опорные раскосы ферм. Два датчика находятся в офисе ООО «СПУ» на случай выхода из строя одного из смонтированных или закрепления их на дополнительные конструкции.
Рис. 11. Схема измерительной линии № 1
Рис. 12. Схема измерительной линии № 2
Исходными данными для проведения мониторинга являются:
- проектные решения;
- результаты 5-ти циклов инструментального наблюдения (геодезического мониторинга) за техническим состоянием металлического каркаса здания главного корпуса, расположенное на территории АО «ДМЗ».
Согласно серии 1.460.3-14 стропильные фермы пролетом 24,0 м имеют обратный выгиб, проектное значение которого составляет 180 мм. Предельные значения прогибов конструкций составляют 96 мм (l/250) согласно табл. Д.1 приложения Д СП 20.13330.2016 и предельно-допустимого значения по серии 1.460.3-14 – 96 мм.
На данный момент выполнена настройка оборудования, производится калибровка и анализ получаемой информации. Ниже представлен отсчет базовых значений измерений за расчетный период.
Таблица 1.
Базовые значение измерений
|
Ферма |
№ датчика |
с 01.11.2022 по 25.11.2022 |
|
Допуск |
|||||
|
Значение деформации, мкм/м |
Значение деформации, мкм/м |
||||||||
|
мин. |
макс. |
сред. |
мин. |
макс. |
сред. |
Dсред. |
|||
|
В-Гх27 |
А1(26) |
926,263 |
931,284 |
929,073 |
|
|
|
|
|
|
В-Гх26-27 (2) |
А2(23) |
-464,59 |
-460,164 |
-462,575 |
|
|
|
|
|
|
В-Гх26-27 (1) |
А3(22) |
647,496 |
652,202 |
649,833 |
|
|
|
|
|
|
В-Гх25-26 (2) |
А4(21) |
102,106 |
108,439 |
104,972 |
|
|
|
|
|
|
В-Гх25-26 (1) |
А5(19) |
-283,453 |
-278,201 |
-280,821 |
|
|
|
|
|
|
В-Гх25-26 (1) |
А6(20) |
-485,98 |
-482,867 |
-484,341 |
|
|
|
|
|
|
Б-Вх25-26 (1) |
А7(13) |
-676,616 |
-672,536 |
-674,778 |
|
|
|
|
|
|
Б-Вх25-26 (1) |
А8(14) |
-570,627 |
-566,236 |
-568,255 |
|
|
|
|
|
|
Б-Вх25 |
А9(15) |
285,036 |
291,305 |
288,164 |
|
|
|
|
|
|
В-Гх28-29 (1) |
В1(27) |
1030,39 |
1044,185 |
1038,195 |
|
|
|
|
|
|
В-Гх29-30 (1) |
В2(25) |
-635,812 |
-617,847 |
-625,464 |
|
|
|
|
|
|
В-Гх29-30 (2) |
В3(24) |
7,751 |
19,728 |
11,644 |
|
|
|
|
|
|
Б-Вх29-30 (2) |
В4(12) |
-203,101 |
-184,971 |
-195,578 |
|
|
|
|
|
|
А-Бх29-30 (2) |
В5(17) |
345,684 |
356,65 |
349,658 |
|
|
|
|
|
|
В-Гх5-6 (1) |
C1(31) |
-1354,02 |
-1325,99 |
-1344,86 |
|
|
|
|
|
|
В-Гх4 |
С2(32) |
189,456 |
194,268 |
191,971 |
|
|
|
|
|
|
Б-Вх3-4 (2) |
С3(28) |
690,423 |
696,039 |
693,586 |
|
|
|
|
|
|
Б-Вх4 |
С4(30) |
-274,188 |
-261,887 |
-267,198 |
|
|
|
|
|
|
Б-Вх4-5 (1) |
С5(29) |
1519,748 |
1537,281 |
1528,417 |
|
|
|
|
|
|
Г-Дх5 |
D1(11) |
615,993 |
626,892 |
622,825 |
|
|
|
|
|
|
Г-Дх5-6 (1) |
D2(10) |
-41,733 |
-19,317 |
-36,965 |
|
|
|
|
|
|
Г-Дх5-6 (1) |
D3(5) |
1919,793 |
1925,173 |
1922,666 |
|
|
|
|
|
|
Д-Ех5-6 (1) |
D4(9) |
390,194 |
404,446 |
393,768 |
|
|
|
|
|
|
Д-Ех6-7 (2) |
D5(8) |
-392,143 |
-327,905 |
-345,598 |
|
|
|
|
|
|
Д-Ех7-8 (1) |
D6(6) |
2650,898 |
2688,299 |
2661,348 |
|
|
|
|
|
|
Д-Ех8-9 (1) |
D7(7) |
379,988 |
396,723 |
384,395 |
|
|
|
|
|
|
Д-Ех8-9 (2) |
D8(3) |
1220,196 |
1304,183 |
1247,252 |
|
|
|
|
|
|
Д-Ех9-10 (2) |
D9(4) |
-1326,9 |
-1316,02 |
-1323,74 |
|
|
|
|
|
Выводы
Выполнена разработка схемы установки тензодатчиков и проведение мониторинга технического состояния несущих строительных конструкций покрытия здания Главного корпуса Демиховского машиностроительного завода АО «ДМЗ» с применением системы мониторинга инженерных конструкций (СМИК), которая позволяет с помощью тензометрических датчиков удалено наблюдать в реальном масштабе времени за состоянием как всего покрытия, так и усиленных строительных конструкций.
1. Evtushenko S.I., Kuchumov M.A. Monitoring system of cracks in building structures // Modern equipment, methods of instrumental inspection and reinforcement of buildings and structures: collection of scientific articles on mater. International Scientific and Practical Conference, Krasnodar: KubGAU, 2019. - pp. 7-12.
2. Krakhmalny T.A., Firsov V.V., Lepikhova V.A., Kuchumov M.A., Yevtushenko S.I. New systems for monitoring and control of defects and damages of building structures// Construction and architecture. - 2020. - Vol. 8, Issue 1 (26). - pp. 11-18. DOIhttps://doi.org/10.29039/2308-0191-2020-8-1-11-18.
3. Subbotin A.I., Varenitsa A.P., Idrisov M.I., Subbotin V.A. A set of studies to determine the accident rate of coating elements of a machine-building enterprise workshop / Information technologies in the survey of operated buildings and structures: materials of the XX International Scientific and Practical Conference, October 6-7, 2021, Novocherkassk / Yuzhno-Russian State Polytechnic University (NPI) named after M.I. Platov. - Novocherkassk : Lik, 2021. - pp. 146-152.
4. Subbotin A.I., Subbotin V.A., Subbotin I.A., Huseynov R.A. ogly. The practice of decision-making on the restoration of defective building structures of buildings / Information technologies in the survey of operated buildings and structures: materials of the XXI International Scientific and Practical Conference, October 27, 2022, Novocherkassk / South Russian State Polytechnic University (NPI) named after M.I. Platov. - Novocherkassk : Lik, 2022. - pp. 71-77.
5. Intelligent automation technology systems. ZETVIEW SCADA system. https://insat.ru/products/?category=9&yclid=7036311214936555519
