Виды мониторинга технического состояния строительных конструкций промышленных и гражданских зданий и сооружений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерно-строительный институт

Кафедра «Строительные конструкции и управляемые системы»

Реферат на тему

Виды мониторинга технического состояния строительных конструкций промышленных и гражданских зданий и сооружений

Преподаватель В.В.К оренчук

Студент Е.А. Паршина

Красноярск 2018



Введение

Мониторинг - система наблюдений и контроля, производимых регулярно, по определенной программе для оценки состояния зданий и сооружений, анализа происходящих процессов и своевременного выявления тенденций негативного изменения.

Наблюдение - система мероприятий, обеспечивающих определение параметров, характеризующих состояние зданий и сооружений, отдельных элементов, видов воздействия.

Контроль - сопоставление полученных данных о состоянии зданий и сооружений с установленными критериями и нормами воздействия с целью оценки их соответствия.

Таким образом, из всего вышеперечисленного, мониторинг зданий и сооружений представляет собой контроль за функционированием различных систем: надежности всей конструкции, инженерной сети и ее отдельных узлов, контроль за состояние грунтового массива и т.д. Все это включает инженерные исследования, геодезические измерения, инженерно-геологические изыскания, измерение возможных деформаций и еще целого комплекса необходимых измерений.

Рис. 1. Техническое обследование



Цели и задачи мониторинга зданий

нагрузка грунт фундаментный плита

При выборе системы наблюдений необходимо учитывать цель проведения мониторинга, а также скорости протекания процессов и их и изменение во времени, продолжительность измерений, ошибки измерений, в том числе за счет изменения состояния окружающей среды, а также влияния помех и аномалий природно-техногенного характера. Программу проведения мониторинга согласовывают с заказчиком. В ней, наряду с перечислением видов работ, устанавливают периодичность наблюдений с учетом технического состояния объекта и общую продолжительность мониторинга. (Основной целью мониторинга является формирование плана капитального ремонта по стратегии "ремонт по отказу".

Цель мониторинга - проведение наблюдений и своевременное выявление недопустимых отклонений в поведении вновь существующих объектов, находящихся в зоне влияния нового строительства, а также сохранение окружающей природной среды.

Мониторинг технического состояния включает в себя сплошное обследование жилищного фонда один раз в пять лет для планирования капитального ремонта.

Рассмотрим принципиальную схему мониторинга зданияэ



Рис. 2. Блок схема инструментального мониторинга высотного комплекса «Континенталь» в Москве.

На рис. 3 показаны примеры инструментального оснащения схем мониторинга для плитного фундамента (Москва), а также и для плитно-свайного (Казань). Инструментальное оснащение мониторинга может варьироваться, но основными элементами являются:

- скважинные измерения осадок в грунтах, при малом числе скважин - дополняются измерениями наклонов,

- измерения порового давления и вариации уровня грунтовых вод,

- определения нагрузок на грунт и напряжений в фундаментной плите и сваях,

- измерение напряжений в конструкциях: стенах, пилонах и колонах,

- наблюдение колебаний здания.



Рис.3. Примеры инструментального оснащения схем мониторинга для плитного фундамента А(Москва), а также и для плитно-свайного В(Казань)

Задачи: Обеспечение безопасной эксплуатации зданий и сооружений промышленных предприятий является актуальной задачей, которая решается комплексом мер на стадиях от проектирования до ликвидации объекта. Обеспечение промышленной безопасности зданий и сооружений осуществляется на основе действующих нормативно-правовых документов, которые устанавливают требования непосредственно к конструкциям зданий и сооружений, по надзору за их техническим состоянием, к технологическим процессам, размещаемым в зданиях и сооружениях, к работающему и обслуживающему персоналу предприятий.

В зависимости от поставленных задач натурные обследования зданий и сооружений охватывают следующие этапы:

- предварительное обследование,

-детальное инструментальное обследование,

-определение физико-технических характеристик материалов обследуемых конструкций в лабораторных условиях,

- обобщение результатов обследований.

Предварительное обследование зданий и сооружений: определение общего состояния строительных конструкций, определение состава исследований, сбор первичной информации по объекту.

Детальное инструментальное обследование направлено на выявление: факторов, формирующих производственную среду и сравнение с нормативными требованиями; технического состояния несущих и ограждающих конструкций.

На практике постоянный мониторинг по экономическим соображениям предпринимается достаточно редко и только по отношению к отдельным сооружениям, причем по большей части с конкретными задачами. С общеметодической точки зрения такой мониторинг правильнее было бы назвать «длительным специальным обследованием» или «подконтрольной эксплуатацией» инженерного сооружения.

Для подобной практики имеются, как минимум, три основания:

-дороговизна оборудования;

-сложность обработки больших массивов постоянно поступающей информации и неотработанность механизмов оперативного принятия решения на ее основе;

-ограниченность номенклатуры доступных к универсальному использованию приборных систем, предназначенных для этой цели.

Управление риском в настоящее время является наиболее перспективным направлением, которое может включать в себя компоненты ранее разработанных методов оценки безопасности объектов. При этом, реализация методов управления рисками необходимо осуществлять с внедрением систем мониторинга объекта. На рис. 4 представлен подход по реализации методов оценки и управления рисками, контроля и мониторинга объектов с применением существующей системы по проведению экспертизы зданий и сооружений.

Рис.4. Повышение безопасности зданий и сооружений с применением методов управления рисками и мониторинга

Повторное обследование зданий и их элементов, находящихся в аварийном состоянии, - раз в шесть месяцев, находящихся в ветхом состоянии - раз в год, в неудовлетворительном состоянии - раз в два года, а также выборочное обследование отдельных конструкций и систем по запросам владельцев при выходе их из строя, повреждениях, нарушениях режимов с ежегодным анализом всех заявок, поступивших в объединенные диспетчерские системы (ОДС), для планирования текущего ремонта и технического обслуживания (ТО).

Современная нормативная база

Современная нормативная база по мониторингу технического состояния зданий и сооружений основана на ГОСТ 31937-2011 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния»

ГОСТ 31937-2011 предусматривает: общий мониторинг технического состояния зданий и сооружений; мониторинг технического состояния зданий и сооружений, находящихся в ограниченно работоспособном или аварийном состоянии; мониторинг технического состояния зданий и сооружений, попадающих в зону влияния нового строительства, реконструкции или природно-техногенных воздействий и мониторинг технического состояния уникальных зданий и сооружений.

Мониторинг технического состояния зданий и сооружений проводят для:

- контроля технического состояния зданий и сооружений и своевременного принятия мер по устранению возникающих негативных факторов, ведущих к ухудшению этого состояния;

- выявления объектов, на которых произошли изменения напряженно- деформированного состояния несущих конструкций и для которых необходимо обследование их технического состояния;

- обеспечения безопасного функционирования зданий и сооружений за счет своевременного обнаружения на ранней стадии негативного изменения напряженно-деформированного состояния конструкций и грунтов оснований, которые могут повлечь переход объектов в ограниченно работоспособное или в аварийное состояние;

- отслеживания степени и скорости изменения технического состояния объекта и принятия в случае необходимости экстренных мер по предотвращению его обрушения.

В тоже время технология мониторинга в настоящее время находится в стадии разработки, а ГОСТ 31937-2011 регламентирует проведение мониторинга по специально разработанным индивидуальным программам.

Для обеспечения требуемого уровня технического обслуживания и ремонтопригодности строительных конструкций в процессе эксплуатации, предложен комплекс мероприятий по непрерывному мониторингу технического состояния промышленных зданий металлургических производств.

Представленная ниже схема непрерывного мониторинга является достаточно трудоемкой, но оправдывает себя применительно к интенсивно-эксплуатируемым строительным конструкциям, поскольку позволяет своевременно и объективно назначать сроки проведения ремонтов и тем самым обеспечить одно из основных условий обеспечения нормативных сроков службы зданий, предусматривающее надлежащее техническое облуживание.

За основу в разработке системы непрерывного мониторинга приняты многолетние исследования действительной работы строительных конструкций многих промышленных предприятий металлургической отрасли Уральского региона и России. Система непрерывного мониторинга приведена на рис. 5.

Система непрерывного мониторинга технического состояния строительных конструкций включает в себя:

1) Надзор за техническим состоянием строительных конструкций со стороны предприятия, предусматривающий создание укомплектованной и технически обеспеченной внутрицеховой службы надзора, осуществляющей следующие мероприятия:

· Систематические наблюдения, предполагающие ежедневный, беглый осмотр конструкций без остановки производства, позволяющий своевременно обнаружить наиболее опасные повреждения, способные привести к аварийным ситуациям, а также возможные резкие увеличения размеров существующих повреждений, произошедшие вследствие нештатных ситуаций в работе оборудования (резкие критические увеличения крановой нагрузки, повреждения конструкции при ведении каких-либо ремонтных работ). Данные мероприятия способны значительно сократить риск аварий на опасном производственном объекте.



Рис. 5. Схема непрерывного мониторинга технического состояния строительных конструкций

· Текущие осмотры конструкций, производимые более детально. Проведение таких осмотров должно быть регулярным с заданной периодичностью и не привязанным к плановым остановкам производства, следовательно, необходима ускоренная схема произведения данных осмотров (экспресс-осмотры), не предполагающая остановку технологического процесса. Осуществление данных экспресс-осмотров позволит отслеживать динамику повреждаемости строительных конструкций в зависимости от количества циклов нагружения, что позволит более рационально подходить к назначению сроков проведения ремонтов.

Задача экспресс-осмотров - своевременное выявление дефектов, повреждений и других несоответствий конструкций нормам технической документации, также изучение динамики повреждаемости конструкций в количественном и качественном плане. Периодичность плановых экспресс-осмотров назначается исходя их прошедшего количества циклов нагружения конструкций. Внеплановые экспресс-осмотры назначаются после разовых изменений в интенсивности технологического процесса. По результатам экспресс-осмотров должна заполняться карта повреждаемости конструкций, позволяющая наглядно распознать динамику повреждаемости конструкций в количественном и качественном плане.

· Периодические осмотры проводятся во время остановки кранового и другого оборудования на ремонт. Периодичность таких осмотров тесно связана с проведением плановых ремонтов. Во время плановых периодических осмотров производится более детальное обследование элементов подкрановых конструкций и узлов, а также инструментальный контроль для определения фактических размеров выявленных дефектов и повреждений и степени их опасности, а также геодезический контроль конструкций. Результаты плановых периодических осмотров анализируются с учетом данных проводимых экспресс-осмотров. Результаты осмотров заносятся в отдельный журнал, а также составляется уточненная карта повреждаемости конструкций цеха. Также периодические осмотры проводят весной после оттаивания грунтов основания и осенью с целью подготовки в зиме. Периодические осмотры должны проводиться не реже двух раз в год.

· Внеплановые осмотры производятся после каких-либо внештатных ситуаций, связанных с инцидентами и авариями на производстве. Внеплановые осмотры и оформление их результатов производится аналогично периодическим осмотрам.

· Геодезический контроль пространственного положения конструкций с целью измерения отклонений элементов крановых путей от проектного положения в плане и профиле непременно должен проводиться вместе с периодическим или внеплановым осмотром.

По результатам всех вышеперечисленных мероприятий надлежащим образом должна оформляться и дополняться по факту вся предполагаемая в этом случае документация, а именно:

- паспорта на бумажных носителях и электронных носителях, включающие журналы осмотров и ремонтов конструкций, сертификаты на материалы, конструкции, технологическое оборудование, акты производства испытаний и другая эксплуатационная документация, предусмотренные нормативной документацией;

- дефектные ведомости, отражающие все выявленные дефекты и повреждения, их расположения, категории их опасности, даты обнаружения и фиксации и планируемые сроки устранения;

- исполнительные схемы геодезического контроля пространственного положения, с ведомостями выявленных отклонений и планируемыми сроками их устранения;

- графические карты повреждаемости, отражающие фактическое состояние каждой из конструкций на момент последнего осмотра, динамику развития тех или иных повреждений конструкции, оценку периода безопасной эксплуатации для каждой из конструкций.

2) Комплексное обследование технического состояния и экспертиза промышленной безопасности. Данные мероприятия проводятся сторонними специализированными организациями, имеющими лицензии в установленном нормативами порядке.

3) Целью данных мероприятий является оценка соответствия конструкций предъявляемым требованиям нормативной документации.

По результатам данных мероприятий выдаются экспертные заключения, включающие полную информацию о техническом состоянии конструкций, эксплуатационной документации и рекомендации по срокам проведения ремонтов. Данные экспертных заключений должны суммироваться и сравнительно анализироваться с результатами осмотров, проводимых внутрицеховой службой надзора.

4) Внешние проверки со стороны федеральных органов исполнительной власти уполномоченных по надзору за опасными производственными объектами. По результатам данных проверок осуществляется контроль деятельности как внутрицеховой службы надзора, так и деятельности сторонних экспертных организаций как в плане фактического выполнения всех вышеперечисленных мероприятий, так и правильности ведения документации.

Сроки проведения текущих и капитальных ремонтов назначаются исходя из комплексной обработки результатов всех вышеперечисленных мероприятий, осуществляемой внутрицеховой службой надзора.

Современные методы мониторинга

Современные методы мониторинга состояния зданий разнообразны по исполнению, информативности, стоимости работ, точности полученных результатов, сложности применяемой аппаратуры. Перед проведением мониторинга в здании выполняется детальное обследование его конструкций, отмечаются все выявленные дефекты, разрабатывается методика проведения мониторинга, определяются места установки и закладки аппаратуры и периодичность съема информации.

Не претендуя на полное освещение современных методов мониторинга, отметим наиболее перспективные из них, по нашему мнению:

1) Мониторинг каменных, бетонных и металлических конструкций
с помощью амплитудных волоконно_оптических систем.

Волоконно_оптические системы используются для регистрации деформаций и перемещений строительных конструкций (фундаменты, стены, перекрытия и т. д.), наблюдения за трещинами, появлением предельных деформаций, измерения температуры, влажности и др.

Волоконно_оптическая система мониторинга представляет собой оптический тестер, обеспечивающий непрерывный контроль по принципу норма_тревога, главным элементом тестера является волоконно_оптический световод. Световоды укладываются и закрепляются на поверхности обследуемой конструкции.

Волоконно_оптическая система мониторинга состоит из трех основных
частей:

- источник излучения;

- волоконно_оптический световод;

- измеритель оптической мощности.

Источник излучения, содержащий светодиод, генерирует световой луч, который, проходя по световоду, теряет некоторую часть своего потока вследствие ряда причин и, в частности, в результате внешнего воздействия на световод. Любое механическое или тепловое воздействие на световод порождает геометрическое изменение его формы или микроповреждение, что автоматически влечет изменение мощности светового потока, фиксируемого измерителем.

При достижении заданного критического значения, означающего наличие предельной механической или тепловой нагрузки в каком_либо месте конструкции, волоконно_оптическая система мониторинга сигнализирует оператору через электронный блок обработки сигналов об аварийной ситуации.

При этом даже при наличии разрыва неповрежденные отдельные отрезки световода полноценно работают как датчики при использовании. Потенциально волоконно_оптическая система мониторинга может выполнять более масштабную задачу, чем просто сигнал об аварийной ситуации или ухудшении качества контролируемой строительной конструкции.

Установить волоконно_оптический сигнализатор можно как на стадии строительства, так и на уже эксплуатируемую конструкцию здания.

2) Геодезический мониторинг зданий с использованием электронных
тахеометров.

При новом строительстве или наблюдении за уже существующими зданиями применяют геодезический мониторинг. Он заключается в проведении наблюдения за осадками фундаментов строящихся или уже построенных зданий, а также зданий, находящихся в зоне строительства.

Этот вид мониторинга включает в себя геодезические наблюдения за вертикальными смещениями (осадками) зданий и сооружений. Для этого в цокольной части по периметру обследуемого здания закладываются деформационные (осадочные) марки и производится высокоточное геометрическое нивелирование по ним с использованием прецизионных цифровых нивелиров. Разность высотных отметок осадочных марок, полученных из каждого последующего цикла измерений, позволяет судить об абсолютных величинах деформаций и скорости их изменений. Для получения полной картины состояния обследуемого объекта в целом одновременно с наблюдениями осадок его основания проводится геодезический мониторинг трещин фасадов зданий.

Для обработки полученных данных применяются специальные компьютерные программы, созданные для проведения автоматического мониторинга, непрерывного наблюдения в режиме реального времени за зданиями и сооружениями, котлованами, различными конструкциями.

Подобный метод наблюдений заключается в том, что на обследуемых зданиях, находящихся в зоне деформации, крепят деформационные призмы, а в пределах 100 м от здания устанавливают высокоточный электронный тахеометр, имеющий сервопривод и систему автоматического точного наведения на призму. Тахеометр управляется компьютерной программой.

На зданиях, находящихся вне зоны деформации, закрепляют жесткие опорные призмы, от которых происходят определение положения тахеометра и его ориентирование.

Данный метод наблюдения за деформациями любых объектов:

- позволяет оперативно получать результаты деформационных наблюдений на данный момент времени в любое время суток;

- дает возможность отследить и проанализировать влияние тех или иных факторов природного или технологического характера на деформационный процесс наблюдаемого объекта;

- требует минимум обслуживающего персонала для обеспечения процесса после монтажа и запуска наблюдательной станции;

- дает одновременное получение плановых и высотных деформаций наблюдаемого объекта.

3) Применение лазерного сканера при фотограмметрическом методе измерений деформаций и отклонений строительных конструкций

При помощи лазерного сканера возможно определять формы, размеры и положения строительных объектов по их фотографическим изображениям.

Применение лазерного сканера при мониторинге строительных конструкций и сооружений является сегодня перспективным направлением. Главное преимущество лазера перед традиционными методами фотограмметрии - сокращение трудозатрат и времени.

Основные направления используемого лазерного наземного сканирования при мониторинге строительных конструкций - получение трехмерных изображений строительных конструкций во времени с фиксированной точки и последующие их сравнение и сопоставление с ранее полученными изображениями. Особенно удобен лазер при съемке сложных фасадов. Изобразить такие фасады в двухмерном измерении на плане очень трудно. При помощи лазерного сканера получить трехмерное изображение фасада здания и проще, и удобнее. Для получения полной картины производится сканирование фасада с двух-трех сторон с заданных точек. Имея зафиксированные при помощи прибора координаты точек, можно в соответствии с заданной программой получить любые разрезы и сечения.

Метод лазерного наземного сканирования заключается в мгновенном получении координат десятков тысяч точек с объекта, так называемого "облака точек". Луч лазера проходит по поверхности, и точечная картинка мгновенно отображается на компьютере. Скорость сканирования прибора - от 1800 точек в секунду и более. Точность измерения - 4 мм. При этом нет необходимости в непосредственном доступе к объекту, достаточно лишь прямой видимости. Сканирование можно осуществлять с расстояния от 5 до 300 м и более.

Лазерный сканер имеет возможность кругового обозрения. При этом прибор вращается самостоятельно. Так, угол сканирования с одной точки по горизонтали может составить 360 градусов. Прибор также имеет возможность осуществлять вертикальное сканирование на 270 градусов.

Дальнейшая обработка полученных результатов на компьютере во времени позволяет осуществлять мониторинг характера развития деформационных процессов во времени.

4) Геодезический мониторинг высотных зданий и сооружений методом
спутниковой геодезии с применением системы навигации GPS

Метод проведения геодезического мониторинга высотных зданий и сооружений, основанный на использовании технологических измерений с помощью спутниковой навигации. Метод предполагает непрерывные наблюдения при помощи GPS_приемников с определенным интервалом. В результате мы получаем пространственные координаты, расположенные на поверхностях конструкций реперов в пределах интервалов измерений.

К достоинствам метода можно отнести:

- высокую точность;

- высокую чувствительность;

- полную автоматизацию на всех этапах работ.

Метод применяется для:

- определения деформаций плотин, мостов, высотных зданий и сооружений;

- площадного мониторинга территорий;

- наблюдения за осадками зданий и сооружений.

5) Метод фотофиксации дефектов.

Метод позволяет представлять изображение дефектов в цифровом виде, отслеживать динамику их развития во времени и пространстве с последующей компьютерной обработкой полученных результатов. Цифровое изображение зафиксированного дефекта может быть многократно преобразовано, подвергнуто масштабированию и выведено на печать. Используя накопленную систему в виде графиков, таблиц и цветных фотографических изображений, можно получить реальную и наглядную картину видимых изменений дефектов в конструкциях в процессе длительной эксплуатации зданий.

6) Мониторинг с применением динамических методов испытаний.

Такой мониторинг позволяет произвести комплексную оценку состояния как отдельных конструкций, так и всего здания в целом. При этом методе определяются частота и амплитуда собственных колебаний конструкций, что позволяет оценить качество бетона, состояние его армирования, наличие трещин и других дефектов. Для придания колебательного движения используются специальные вибраторы.

7) Видеогидростатический мониторинг

С помощью видеогидростатического счетчика ведется контроль наклона конструкций и крена здания с автоматической записью полученных результатов.

8) Мониторинг состояния материала конструкций с помощью химически
методов исследования

Этот вид мониторинга позволяет определить изменения физико_механических свойств исследуемых материалов во времени (металл, бетон, древесина, камень, кирпич).

9) Мониторинг с применением приборов и аппаратуры неразрушающего контроля

Этот метод широко применяется специалистами и достаточно хорошо изучен. Разработано большое число различных приборов неразрушающего контроля.

10) Метод моделирования

Моделирование позволяет прогнозировать поведение как отдельных элементов, так и всего здания в целом на различные периоды времени - 25, 50, 100 лет с учетом изменяющихся неблагоприятных дефектов.

Разработкой современных методов мониторинга занимаются российские и зарубежные специалисты, однако их действия разрознены и в основном направлены на решение отдельных локальных задач. Для комплексного решения этого вопроса необходимо создать центр мониторинга за техническим состоянием зданий в г. Москве с разработкой новых подходов, методик, аппаратуры и подготовкой специалистов.



Заключение

Мониторинг технического состояния зданий и сооружений является самостоятельным направлением строительной деятельности, охватывающим комплекс вопросов, связанных с обеспечением эксплуатационной надежности зданий, с проведением ремонтно-восстановительных работ, а также с разработкой проектной документации по реконструкции зданий и сооружений.

Объем мониторинга зданий и сооружений увеличивается с каждым годом, что является следствием ряда факторов: физического и морального их износа, перевооружения и реконструкции производственных зданий промышленных предприятий, реконструкции малоэтажной старой застройки, изменения форм собственности и резкого повышения цен на недвижимость, земельные участки и др. Особенно важно проведение мониторинга зданий и сооружений, что часто связано с изменением действующих нагрузок, изменением конструктивных схем и необходимостью учета современных норм проектирований зданий. В процессе эксплуатации зданий вследствие различных причин происходят физический износ строительных конструкций, снижение и потери их несущей способности, деформации как отдельных элементов, так и здания в целом. Для разработки мероприятий по восстановлению эксплуатационных качеств конструкций, необходим мониторинг с целью выявления причин преждевременного износа понижения их несущей способности.

При мониторинге зданий и сооружений применяется лучшее оборудование и приборы, внесенные в Госреестр средств измерения РФ.

Большое значение для реального контроля технического состояния зданий и сооружений города с большепролетными конструкциями имеет аппаратурное обеспечение этого процесса. В этом направлении необходимо на основе исследований предлагаемых рынком систем, приборов и устройств создать каталог оборудования, рекомендуемого для мониторинга текущего технического состояния зданий и сооружений с большепролетными конструкциями. Кроме того, для мониторинга особо сложных и больших уникальных объектов с большепролетными конструкциями необходимо совершенствование оборудования и разработка комплексной автоматизированной станции, в том числе на беспроводной основе.



Библиографический список

1. ГОСТ 31937-2011. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния.

2. Пермяков М.Б. Методика расчета остаточного ресурса зданий на опасных производственных объектах // Актуальные проблемы архитектуры, строительства и дизайна: материалы международной науч.-практ. конф. / Под общ.ред. М.Б. Пермякова, Э.П. Чернышовой. - Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. 169-175 с.

Размещено на Allbest.ru

...