Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Системный анализ организации функционирования сложных строительных сооружений (на примере автодорожных мостов) 11
1.1 Организация деятельности служб эксплуатации мостовых автодорожных сооружений в 1970-90 годы в России и за рубежом 11
1.2 Влияние внешней среды на эксплуатацию мостовых сооружений 24
1.3 Информационное обеспечение служб эксплуатации мостов 38
1.4 Создание системы инженерного мониторинга сложных строительных сооружений 51
Глава 2. Теоретические и методологические основы исследования организации функционирования сложных строительных сооружений 69
2.1 Системный подход к анализу устойчивости эксплуатационного цикла строительных сооружений 69
2.2 Методы моделирования в изучении сложных строительных систем .. 81
2.3 Применение современных информационных технологий в инженерном мониторинге сложных строительных сооружений 88
2.4 Формирование критериев оценки банка данных инженерного мониторинга сложных строительных сооружений 96
2.5 Разработка структуры САПР банка данных инженерного мониторинга Ю9
Глава 3. Исследование и разработка организации инженерного мониторинга функциональных параметров строительных сооружений 120
3.1 Разработка структуры проблемно-ориентированного программного обеспечения 120
3.2 Постановка и решение информационно-измерительных задач инженерного мониторинга 126
3.3 Математическая интерпретация организации инженерного мониторинга 137
3.4 Технология анализа информации и выработки организационных решений в системе инженерного мониторинга 143
3.5 Эффективность и практические примеры организации инженерного мониторинга при эксплуатации мостов 149
Глава 4. Исследование и разработка организации банка данных инженерного мониторинга мостовых сооружений 185
4.1 Организация и функционирование территориальных, региональных и федерального банка данных инженерного мониторинга мостовых сооружений 185
4.2 Разработка методики обоснования эффективности применения автоматизированного банка данных инженерного мониторинга 194
4.3 Результаты внедрения в системы инженерного мониторинга технического состояния мостового парка в соответствии с Федеральной программой... 199
Глава 5. Организация инженерного мониторинга и разработка САПР усиливаемых железобетонных автодорожных мостов 207
5.1 Способы усиления железобетонных балочных пролетных строений и условия их применения 207
5.2 Анализ напряженно-деформированного состояния железобетонных балок, усиливаемых наклейкой поверхностной арматуры 219
5.3 Экспериментальная проверка расчетных предпосылок и методов 228
5.4 Методика расчета усиления балок 241
5.5 Концепция и структура САПР усиления железобетонных пролетных строений автодорожных мостов 249
Общие выводы и результаты 258
Литература 262
Опубликованные работы автора 276
Приложение 1
- Влияние внешней среды на эксплуатацию мостовых сооружений
- Методы моделирования в изучении сложных строительных систем
- Постановка и решение информационно-измерительных задач инженерного мониторинга
- Разработка методики обоснования эффективности применения автоматизированного банка данных инженерного мониторинга
Введение к работе
Системотехнический анализ жизненного цикла сложных строительных сооружений позволяет утверждать, что организация устойчивой эксплуатации таких технических объектов является одной из основных предпосылок эффективного развития общества в целом. Типичными представителями сложных строительных сооружений являются крупные железобетонные автодорожные мосты, количество которых на федеральных дорогах превышает 5000. Для таких мостовых сооружений невозможно предусмотреть и регламентировать все эксплуатационные параметры, нагрузки и ситуации, изменяющиеся в течение их длительного эксплуатационного цикла.
При эксплуатации строительных сооружений и, в частности,
мостов проявляются негативные последствия воздействий
агрессивной внешней среды. Загрязнение рек и воздушной среды,
применение химически активных веществ службами эксплуатации
приводят к изменению несущих свойств грунтов и оснований опор,
к преждевременному разрушению покрытий и конструкций мостов.
В таких условиях даже соблюдение норм эксплуатации мостов не
является гарантией устойчивой реализации их расчетного
эксплуатационного цикла. Опыт прошлых лет подтверждает, что реальные воздействия внешней среды на объект имеют стохастический характер и трудно прогнозируются.
Для устойчивой эксплуатации сооружений необходим
постоянный контроль их функционирования в реальных условиях, системотехнический анализ выявляемых изменений, оперативное устранение деформаций и дефектов до начала потери устойчивости сооружений. Вероятностный характер жизненного цикла мостов, как сложных строительных сооружений, определяет необходимость создания организации инженерного мониторинга, включающего наблюдения за взаимным влиянием техногенных объектов на внешнюю среду и внешней среды на строительные сооружения.
Разработка подобной системы, ее организационного,
методического, инструментального, технического,
информационного, программного обеспечения на основе
системотехнического анализа и информационных технологий решает актуальную научно-техническую проблему в строительной отрасли.
Научно-техническая гипотеза работы предполагает создание нового направления системотехники строительства, «инженерного мониторинга строительных сооружений», который позволит организовать функциональную систему обеспечения устойчивой эксплуатации строительного сооружения в течение всего жизненного цикла.
Цель исследования: создание в интегрированной
информационной среде системы инженерного мониторинга
сложных строительных сооружений для организации их устойчивого эксплуатационного цикла (на примере железобетонных автодорожных мостов).
Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:
проанализирована практика текущих наблюдений за
эксплуатационным циклом сложных строительных сооружений,
систематизирован опыт работы служб эксплуатации, наблюдения
и контроля над техническим состоянием мостовых сооружений у
нашей стране и за рубежом;
- обоснована научная база исследования, разработан
системотехнический подход к организации эксплуатационного цикла сложных строительных сооружений, составлена общая методологическая схема исследования;
сформирована система организационных моделей инженерного
мониторинга, отобраны инструментальные средства,
математические методы и программное обеспечение, адекватно отражающие специфику организации эксплуатации сложных строительных сооружений;
разработана методология организации инженерного мониторинга
технического состояния мостового парка;
разработана организационная структура интегрированного банка
данных САПР инженерного мониторинга строительных
сооружений;
представлено обоснование эффективности организации
применения системы инженерного мониторинга при
эксплуатации мостовых сооружений;
проанализирован банк конструктивно-технических решений,
применяемых в течение эксплуатационного цикла для повышения
несущей способности, надежности и долговечности конструкций
и элементов мостов;
разработана эффективная конструкция усиления балок,
организован на большом количестве объектов практический
расчет и усиление балок;
представлена новая концепция САПР усиления железобетонных
пролетных строений автодорожных мостов;
организована система инженерного мониторинга при
эксплуатации железобетонных автодорожных мостов через реку
Волга, основные элементы системы инженерного мониторинга
реализованы при проведении комплекса работ по Федеральной
программе 1991-2000 гг.;
сформулированы направления дальнейших исследований по
проблеме.
Объект исследования: эксплуатационный цикл сложных
строительных сооружений как процесс непрерывного
взаимодействия подсистем сооружений между собой и с
динамическими воздействиями внешней среды.
Предмет исследования: железобетонные автодорожные
мосты, при эксплуатации которых в наибольшей степени
проявляются специфические особенности и характерные проблемы
сложных строительных сооружений.
Теоретическая и методологическая база исследования:
системный подход, системотехника строительства, теория
устойчивости систем, теория информации, вероятностно-
статистические методы, моделирование, целевое программирование,
методы решения многокритериальных задач, экспертные методы,
анализ информации и принятие решений, имитационно-
интерактивные модели, инструментально- измерительные методы
космической геодезии, экспериментально-лабораторные
исследования на моделях, расчетно-аналитическии аппарат теории
упругости. В расчетах широко применялась компьютерная техника.
Научная новизна исследований:
обоснована необходимость нового системотехнического подхода
к анализу эксплуатационного цикла сложных строительных
сооружений и сформулирована концепция устойчивого
эксплуатационного цикла таких сооружений на основе
организации и контроля воздействий внешней среды на
технический объект;
выявлена необходимость нового подхода к понятию «мониторинг» и организации системы инженерного мониторинга сложных строительных сооружений;
разработана методология организации инженерного мониторинга состояния мостового парка, основанная на открытой модели системы мониторинга и модульном принципе в интегрированной информационной среде САПР;
предложен метод организационно-технологический
многокритериальной оценки устойчивости эксплуатационного состояния сложных строительных сооружений;
адаптированы высокотехнологичные методы мониторинговых наблюдений за эксплуатационными параметрами мостовых сооружений;
разработана организационная структура и критерии оценки банка данных комплексного мониторинга железобетонных автодорожных мостов по отдельным территориям и РФ в целом;
разработана новая конструкция усиления балок наклейкой внешней дополнительной арматуры с комбинированным
каркасом, защищенная авторскими свидетельствами и патентами
на изобретения;
организовано и апробировано на большом количестве объектов
производство практического расчета и усиления балок крупных
мостов;
разработана новая концепция САПР организации мониторинга
усиления железобетонных пролетных строений автодорожных
мостов в течение эксплуатационного цикла.
На защиту выносятся:
концепция организации эксплуатационного цикла сложных
строительных сооружений на основе инженерного мониторинга
взаимодействия технического объекта и внешней среды;
методология организации инженерного мониторинга сложных
строительных сооружений;
метод организационно-технологической многокритериальной
оценки устойчивости эксплуатационного состояния сложных
строительных сооружений;
методы организации инструментальных наблюдений за
эксплуатационными параметрами мостовых сооружений с
применением технологий космической геодезии;
модель банка данных мониторинга железобетонных
автодорожных мостов по отдельным территориям и РФ в целом;
концепция САПР усиления железобетонных пролетных строений
автодорожных мостов.
Практическая значимость результатов исследования
подтверждена эффективностью организации инженерного
мониторинга при эксплуатации железобетонных автодорожных мостов. Разработанный в диссертации методологический подход к обеспечению устойчивого эксплуатационного цикла при постоянных мониторинговых наблюдениях за параметрами мостов и использовании интегрированных информационных ресурсов САПР может быть использован для систем инженерного мониторинга других типов сложных строительных сооружений.
Апробация результатов исследования.
Основные положения диссертационной работы многократно докладывались на научно-практических конференциях КГАСА, секции «Строительство» РИА, НЦП «Мосты и водоотводы» и др.
Схема формирования автоматизированного банка данных легла в основу «Предложений по формированию отраслевого банка данных», составленных по распоряжению Росавтодора от 18.09.2000 г.
Программа проведения мониторинга технического состояния мостового парка РФ на основе компьютерного БД использована при выполнении Контракта 53Д между Российским дорожным агентством и ГП «РосдорНИИ».
Вопросы практики текущих наблюдений, опыта диагностики технического состояния мостовых сооружений, систематизированные в данной работе, рассматривались на ежегодно проводимых межрегиональных школах при Владимирском ПТЦ ГП «РосдорНИИ», неоднократно обсуждались на отраслевых совещаниях в ФДС, Росавтодоре и т.д.
Основные разработанные методы и методики защищены авторскими свидетельствами и патентами на изобретения, а также в двух кандидатских диссертациях, выполненных при научной консультации автора.
Публикации. По теме диссертации опубликована монография и более 50 печатных работ; в том числе имеется 6 авторских свидетельств и 10 патентов на изобретения.
Влияние внешней среды на эксплуатацию мостовых сооружений
Системы управления и эксплуатации сложных строительныхсооружений в целом, и мостовых сооружений в частности,функционируют и развиваются как системы открытые,подверженные воздействиям со стороны внешней среды данных систем, а также взаимосвязанные с ней множеством ограничений.
Практика эксплуатации мостового парка позволяет отчетливо выделить тенденцию усиления воздействий внешней среды на сооружения и рост динамики подобных воздействий. В последнее время одним из самых распространенных методов исследования динамики и тенденций развития внешней среды становится мониторинг наиболее значимых параметров и характеристик окружающей среды.
Мониторинг как инструмент научных исследований официально начал использоваться в 1971 году. Данный термин был предложен Международным Советом научных союзов при ООН в связи с растущими проблемами окружающей среды. В начальный период под мониторингом подразумевалась система наблюдения за окружающей средой с целью контроля над опасными для человека процессами в природе и негативными воздействиями на неё. Затем, в 1987 году, Международная комиссия ООН по окружающей среде и развитию формулирует концепцию устойчивого развития, которая определяет развитие общества как устойчивое, в том случае, когда развитие удовлетворяет потребностям настоящего времени, но не ставит под угрозу жизнеспособность будущих поколений. Очевидно, что устойчивое развитие требует фундаментального научного осмысления состояния и динамики окружающей среды. В последние годы становится все более очевидным также и вывод о том, что устойчивая эксплуатация технических объектов является одной из основных подсистем устойчивого развития общества в целом.
В таком понимании мониторинг становится не только главным инструментом информирования о состоянии окружающей среды, но и инструментом, и информационной основой для контроля и предсказания процессов, происходящих в ней. Как следствие, к функциям мониторинга добавляется решение таких глобальных проблем, стоящих перед современным обществом, как контроль состояния и предсказуемость развития внешней среды.производственных объектов в отдельных отраслях регулируются на ведомственном уровне. Например, СНнП 2.01.15-90 определяет инженерно-геологический вид мониторинга как единую систему, включающую комплексные наблюдения за инженерно-геологическими процессами и состоянием сооружений, анализ результатов наблюдений, проектирование дополнительных мероприятий по обеспечению надежности сооружений и предотвращению социально-экономических последствий.
В соответствии с другими нормативными документами под мониторингом понимается слежение, оценка и анализ происходящих процессов в экосфере и их негативных последствий в составляющих техносферы, а также инженерное обоснование принимаемых решений [6]. В работе [112], цель мониторинга определяется как обеспечение надежности строительных и производственных объектов и защиту их окружающей территории от нарушений и загрязнений. Очевидно, что трактовка самого термина, а также преследуемых целей и задач отлична в разных исследованиях. Различаются также и требования немногочисленных действующих нормативных документов к объектам наблюдений, составу и содержанию работ при ведении мониторинга.
Мониторинг как вид деятельности в работах последних лет [7, 33, 105] связывается с оперативным управлением в области охраны внешней среды. В процессе деятельности по управлению окружающей средой выделяются следующие направления:общественная деятельность (определение стратегических задач развития, деятельность трудовых и производственных коллективов, связанная с охраной среды обитания и рациональным использованием природных ресурсов);законодательная деятельность (разработка соответствующих законов, закрепление и развитие в законодательстве требований охраны окружающей среды);организационная деятельность (создание системы органов, определение их функций и компетенции в области охраны природной среды);научно-техническая деятельность (формирование научнообоснованных государственных программ рациональногоиспользования природных ресурсов, разработка и внедрение безотходных технологий, норм и стандартов, системы оценок предполагаемых нововведений);информационная деятельность (систематизацияинформационных ресурсов о состоянии окружающей среды, имеющих стратегическое значение);экономическая деятельность (подготовка системыэкономической оценки природных ресурсов, механизмов, стимулирующих экономическую заинтересованность предприятий, строительных и эксплуатационных организаций в рациональном использовании ресурсов и охране окружающей среды).
В настоящее время разработано и функционирует большое количество разнообразных систем мониторинга. Большинство данных систем может быть определено как системы экологического мониторинга. Под экологическим мониторингом понимается система регулярных наблюдений в пространстве и времени, позволяющая оценивать динамику техногенного изменения природной среды и контролировать ее состояние при хозяйственной деятельности различного рода [7]. На практике функционирование систем экологического мониторинга дает возможность систематически отслеживать тенденции изменения параметров природных экосистем и биосферы, возникающие при техногенном воздействии, будь то строительство, промышленное производство или другое подобное воздействие.
Сопоставление разработок, посвященных проблемаммониторинга, показывает, что при всем многообразииэксплуатируемых систем экологического мониторинга, существуют некоторые общие принципы организации подобных систем, отработанные на практике. Остановимся на них более подробно.
Основным принципом организации мониторинга, несомненно, является цикличность. Для получения реальной картины динамики объектов исследования необходимы периодические наблюдения за отдельными составляющими природной среды или биосферой территории, региона в целом в течение определенного периода времени. Для оценки воздействия на внешнюю среду того или иного строительного или производственного объекта необходима организация экологических обследований района строительства еще до начала проведения какой-либо производственной деятельности.
Степень влияния возводимого строительного объекта на экосистемы необходимо определять путем сравнения результатов наблюдений до начала и в процессе его эксплуатации. В обратном случае будет весьма сложно определить тенденции техногенного
Методы моделирования в изучении сложных строительных систем
Для анализа, оценки и прогнозирования состояния сложныхстроительных объектов наиболее широко применяетсямоделирующий подход. Моделирование стало основным инструментом исследования, поскольку позволяет за счет качественного изменения методов изучения объекта повысить эффективность принимаемых решений.
Модель как условный образ объекта исследования конструируется наблюдателем так, чтобы отобразить параметры объекта, существенные для цели исследования. Это могут быть количественные и качественные свойства, взаимосвязи, структурные и функциональные связи. Разработка модели имеет практический смысл лишь в том случае, если модельный эксперимент более доступен наблюдателю в соответствии с имеющимися у него средствами, чем непосредственное изучение объекта.
Содержание моделирующего подхода составляют:изучение объекта и выделение его параметров, значимых для цели исследования;- разработка модели;экспериментальный или теоретический анализ модели;- сопоставление результатов с данными об объекте;корректировка модели.
Имеется несколько десятков классификаций и определений моделей применительно к различным типам прикладных задач.
При решении задач мониторинга внешней среды и инженерно-технических объектов в первую очередь используются абстрактные математические модели. Математическое моделирование становится наиболее доступным методом исследования из-за сложности реальной системы взаимодействия факторов внешней среды и строительного объекта, а, следовательно, невозможностью создания физической модели. С другой стороны современное развитие информационных технологий и программного обеспечения позволяет проводить компьютерное моделирование сложных систем.
По содержанию все множество моделей можно разделить на концептуальные и информационные. Если понятие «модель» употребляется без определений, чаще всего имеются в виду концептуальные модели. Концептуальная модель формируется исследователем в процессе наблюдения за объектом в виде представления о механизме его функционирования. Концепция фиксирует не конкретные значения переменных, а закономерные взаимосвязи между ними, определив которые можно прогнозировать изменения в состоянии объекта. На базе концептуальной модели оценивается информационная значимость параметров для отдельной прикладной задачи и определяется структура информационной модели. Информационная модель представляет собой полное множество существенных характеристик объекта моделирования, представленных как исходная информация для пользователя, эксперта или наблюдателя.
По признаку средств моделирования среди математическихмоделей, применяемых в мониторинге, можно выделить числовыемодели (с конкретными числовыми значениями характеристик),логические модели (блок-схемы алгоритмов и программыкомпьютерных расчетов) и графические модели (графики, диаграммы, картографическое представление информации).
По цели разработки существующие математические модели сложных строительных объектов делятся на две большие группы: нормативные модели и дескриптивные модели. Нормативные модели часто называют оптимизационными, поскольку разрабатываются они для определения такого состояния объекта, которое является наилучшим в некотором смысле или допустимым с точки зрения наблюдателя.
Цели мониторингового наблюдения за объектом - объяснение наблюдаемых фактов и прогноз поведения объекта. Для данных целей разрабатываются дескриптивные или имитационные модели объекта. Имитационная модель отличается от оптимизационной модели тем, что здесь не вырабатывается окончательное решение, аанализируются и проверяются различные гипотезы, последствиявозможных решений. Иными словами имитационные моделипомогают ответить на вопросы типа: «Почему это происходит?» и
«Как это будет развиваться?». Посредством имитационных моделейможно получить, например, оценку влияния различных стратегийэксплуатации на устойчивость эксплуатационного цикластроительного объекта, рассматривать основные закономерности егофункционирования. Как справедливо отмечается в работе [25],однозначно размежевать имитационные модели не удается,поскольку в «имитации» всегда могут быть выделены«оптимизирующие» посылки. С другой стороны оптимизационные модели все чаще основываются на логических модулях, характерных для имитационных моделей.
Применительно к задачам настоящего исследования, модель эксплуатационного цикла сложного строительного объекта может быть представлена как сложная динамическая система взаимодействия подсистем объекта между собой и воздействиями внешней среды. При выборе моделей системы инженерного мониторинга необходимо учитывать принципиальные особенности моделирования сложных динамических систем:одни и те же аспекты и взаимосвязи сложной динамической системы могут изучаться с помощью различных одинаково значимых моделей;параметры и воздействия, исключенные изинформационной модели в силу их малой значимости в ретроспективе и в текущий момент времени, могут оказаться в будущем весьма значимыми;внешняя среда или экосистема может с течением времени воздействовать на инженерный объект иначе, чем подсказывает интуиция, основанная на прошлом опыте; меры сложности и точности динамической системы -величины обратно пропорциональные.
Таким образом, на базе модели системы инженерного мониторинга наблюдатель должен иметь возможность использовать как структурированные базы данных, так и неформализуемые знания и опыт, а также различные типы моделей эксплуатационного цикла объекта.
С усложнением исследуемых систем и ростом неопределенности и размерности задач становится все сложнее разрабатывать имитационные модели на основе точных математических построений. Возможности имеющихся методов математического описания систем во многих случаях оказываются недостаточными для математически корректного описания моделируемой системы, законов ее функционирования и критериев управления. В первую очередь, это может быть отнесено к сложным строительным объектам, при моделировании которых не удается адекватно отразить такие характерные черты, как наличие объективной неопределенности эксплуатационного цикла, взаимодействие элементов непрерывного и дискретного действия, нелинейные связи между подсистемами, наличие детерминированных, вероятностных и непредсказуемых элементов и т.д. Конструирование адекватной математической модели требует отбора критериев, наиболее существенно отражающих функционирование объекта. Применительно к сложным многокритериальным системам это процесс достаточно трудоемкий, без необходимых формальных правил для выбора характеристик состояний и параметров исследуемых объектов. По многим аспектам функционирования сложной системы разработчикам приходится руководствоваться лишь интуицией и опытом в понимании сути процессов. Один из способов упрощения сложных систем в модели -использование эвристических приемов и рассуждений, позволяющих уменьшить размерность задач. Применение эвристических методов, как следствие, порождает проблемы отсутствия формальных правил и необходимость учета этого при выборе модели.
Постановка и решение информационно-измерительных задач инженерного мониторинга
В подсистеме (модуле) наблюдения некоторому реальному наблюдаемому состоянию объекта соотносится информационная модель данного состояния. Информационная модель понимается здесь как набор значений существенных переменных состояния. Она может быть представлена в виде точки в пространстве признаков, осями которого являются наблюдаемые переменные. Выделение наиболее информативных признаков или свойств сложного строительного объекта с целью снижения размерности пространства признаков - чрезвычайно сложная проблема для формализации. В большинстве прикладных задач данная проблема решается с помощью экспертных методов.
Эффективная работа подсистемы наблюдения заключается в получении надежной измерительной информации для контроля параметров объекта при минимальных материальных затратах. Поэтому создание подсистемы наблюдения требует решения проблем оптимизации структуры, программно-аналитического и инструментального обеспечения системы.
В рамках подсистемы наблюдения инженерного мониторинга решаются следующие информационно-измерительные задачи:- получение и накопление сопоставимых данных о состоянии сложного строительного сооружения;отождествление и классификация полученной из различных источников информации с целью выявления и оценки информативных признаков и критериев оценки эксплуатационного состояния объекта;представление информации в реальном масштабе времени с целью выработки рекомендаций или текущих управляющих воздействий, в том числе и при возникновении чрезвычайной ситуации;формирование банка данных и моделей состояний объекта наблюдения;архивирование информации. Управление информацией в подсистеме осуществляется с помощью любой из известных программ управления базами данных (Oracle, dBase, Sybase, FoxPro, Paradox, Informix, Ingres, QE Lib, DB2, Microsoft), которая поддерживает все стандартные функции работы с данными и обеспечивает: \ ввод данных из файла протокола измерений;получение данных по информационной сети от других базданных;ввод данных с терминала с привязкой координат постанаблюдения по чертежу или карте.
Система наблюдения и получения сопоставимых данных о состоянии, например, мостового сооружения формируется специалистами по эксплуатации подобных объектов. Для постоянного контроля над эксплуатационным состоянием любого сложного строительного объекта определяются наиболее ответственные конструкции, элементы, узлы и точки, параметры которых по характеру нагрузок и деформаций являются принципиально важными для сохранения эксплуатационных свойств объекта. Эксперты-профессионалы определяют и, если необходимо, по результатам мониторинга уточняют перечень постов наблюдения и пунктов опорной геодезической сети. Множество постов наблюдения и совокупность наблюдаемых параметров определяют требования к обеспечению измерительными средствами, организации мониторинга во времени и пространстве. Наблюдение за состоянием моста может проводиться как группой экспертов, так и с помощью встроенных дистанционных или мобильных инструментально-диагностических средств. Во время периодических режимных обследований объекта в рамках планово предупредительных ремонтов с помощью современных геодезических, спутниковых технологий, методов видеоконтроля и других инструментально-измерительных средств могут определяться деформации, осадки и крены опор, прогибы пролетных строений, другие изменения координат конструкций, повреждения, ухудшающие эксплуатационное состояние объекта, а также их динамика. В процессе эксплуатации сооружений, например, мостов выделяются три основные группы дефектов [105]:- дефекты моста как гидравлического сооружения; - дефекты моста как транспортного сооружения, обеспечивающего проезд; как силовой конструкции, воспринимающей нагрузки и передающей их на грунт. Периодичность осмотров и обследований моста не регламентируется. Период между отдельными наблюдениями устанавливается для внеклассного моста индивидуально в зависимости от динамических свойств наблюдаемых процессов. В составе подсистемы наблюдения выделяются специализированные комплексы работ: 1. сбор текущей фоновой информации: измерение параметров; регистрация информации, собранной с постов наблюдения или поступающей отдатчиков; предварительная статистическая обработка полученной информации; 2. отображение и сохранение информации: визуализация полученных результатов в форме, удобной для пользователя (оператора системы мониторинга или сетей передачи данных); архивирование и редактирование данных; 3. структуризация информации: представление информации о состоянии объекта в виде базы данных; формирование первоначального описания состояний наблюдаемого объекта; анализ информативности признаков измеренных параметров; отбор наиболее информативных признаков; классификация полученных параметров 4. передача информации по запросу. Подсистема наблюдений инженерного мониторинга проектируется как интегрированный элемент сети, имеющий информационную совместимость с остальными подсистемами мониторинга и сетевыми базами данных. Проанализируем структуру программного обеспечения подсистемы наблюдений. Для решения задач классификации
Разработка методики обоснования эффективности применения автоматизированного банка данных инженерного мониторинга
В основе существующих методов эксплуатации мостовых сооружений лежит разработка и принятие мер по ликвидации аварийного и предаварийного состояния объектов. Основанием для проведения ремонта сооружения до сих пор считается неудовлетворительное или аварийное состояние.
Мостовой парк только на федеральных автомобильных дорогах в настоящее время насчитывает более 5000 мостов, и вопросы содержания его на высоком техническом уровне имеют первостепенное значение. Анализ технического состояния сооружений, ежегодно проводимый Федеральной дорожной службой, доказал несостоятельность существующих методов эксплуатации. В целом состояние мостового парка РФ крайне неудовлетворительное, поскольку узко ведомственный подход к решению проблемы в масштабах одного территориального управления не может решить проблемы в целом по отрасли.
Как показал анализ зарубежной практики и отечественного опыта, небольшие инвестиции в профилактические мероприятия по устранению мелких дефектов позволяют существенно сократить затраты на капитальные ремонты [15,16]. Эта практика становится все более популярной в развитых европейских странах и в США, где справедливо рассматривают содержание мостового парка как государственную проблему.
Представим себе объект, эксплуатационные параметры которого полностью соответствуют проектным. В ходе эксплуатации происходит ухудшение его эксплуатационных качеств. Решение о ремонте или реконструкции принимают в том случае, когда мост приходит в неудовлетворительное или аварийное состояние и дальнейшая, нормальная эксплуатация его невозможна. Мост закрывают для пропуска транспортных средств, проводят ремонтно-восстановительные работы, реконструкцию или модернизацию. Далее начинается следующий эксплуатационный цикл.
Анализ и обработка информации, получаемой в результате проведения диагностики в соответствии с разработанной Инструкцией [62], позволяет дать объективную оценку технического состояния сооружения и выработать рекомендации по дальнейшему режиму эксплуатации. По результатам плановой диагностики, как было уже описано выше, разрабатываются планы профилактических мероприятий. В период между проведением плановой диагностики устраиваются текущие осмотры, которые при необходимости корректируют план профилактических мероприятий, уточняя его индивидуально на каждый год. Организация процесса эксплуатации с приоритетом профилактики сооружений позволяет, своевременно фиксируя начальную стадию появления дефектов, не допускать их дальнейшего развития и добиться эксплутационной устойчивости мостового парка [90, 108].
При количественной оценке эффективности мониторинга технического состояния мостов в качестве базовой информации для технико-экономических расчетов используются величины затрат на реконструкцию, строительство объездных путей, потерь от перерыва перевозок через мост, потерь от увеличения времени пребывания пассажира в пути, а с другой стороны - затрат на организацию мониторинга, затрат на профилактику и мелкие промежуточные ремонты. Выбор варианта осуществляется по минимальной величине строительных и эксплуатационных затрат с учетом народнохозяйственных потерь от снижения пропускной способности сооружения в период его реконструкции:варианту производства работ, дни.
Kci - сметная стоимость текущего содержания моста в течение ТРІ (продолжительность реконструкции);К„рі - доля затрат на профилактику за TPj
Затраты на сооружение или реконструкцию объездного пути в общем случае включают в себя затраты на сооружение временного мостового перехода и на строительство объездной дороги (при ее отсутствии) или ее реконструкции (при недостаточной пропускной способности).Среднесуточные потери от увеличения себестоимости перевозок грузов и пассажиров в период реконструкции моста определятся по формуле: N - интенсивность движения автомобилей по мосту в годреконструкции (авт./сутки);L - длина моста с подходами к нему, км;L0 - длина объездного пути (принимается равной L, есливесь поток автомобилей реализуется через уширенный мост), км;Р - коэффициент, учитывающий долю движениятранспортных средств, пропускаемых через объезд (при L0 L и SC SC; (J=0,5; при L0=L и SC=SC ; (3=1); yn - удельный вес автомобилей в потоке п-го типа; Sc, - средняя себестоимость пробега автомобилей по уширяемому мосту в существующих условиях в расчете на 1 авт.-км; Sc средняя себестоимость пробега автомобилей по уширяемому мосту в период его реконструкции в расчете на 1 авт.-км .Среднесуточные потери от увеличения времени пребывания в пути пассажиров в период реконструкции моста определяются по формуле:
