Введение к работе
Актуальность исследования. Как показывает опыт последних лет, происшедшие в различных регионах России и за рубежом многочисленные серьезные аварии строительных объектов сопровождаются значительными экономическими, социальными и моральными потерями, что является, в первую очередь, следствием ненадлежащего качества выполнения проектных и строительно-монтажных работ, а также нарушения условий нормативной эксплуатации сооружений.
В условиях мегаполисов дефекты и повреждения, накопленные конструкциями на различных этапах жизненного цикла, усугубляются воздействием негативных техногенных факторов, характерных для городской инфраструктуры, к которым можно отнести утечки из водонесущих коммуникаций, неравномерные воздействия на грунтовое основание в условиях стесненного строительства и др.
Наиболее эффективным способом предотвращения аварийных ситуаций, в особенности для высотных, большепролетных и других ответственных сооружений является контроль технического состояния несущих конструкций с помощью комплексных автоматизированных систем мониторинга, функционирующих в периодическом или постоянном режиме.
В ходе мониторинга объективная оценка технического состояния зданий и сооружений может быть получена только на основании результатов численных расчетов с обоснованной корректировкой расчетных моделей объектов, учитывающей изменения, произошедшие в ходе эксплуатации. Процесс регулярного уточнения расчетных моделей сооружений с учетом всех накапливающихся изменений и повреждений конструкций носит название актуализация.
Таким образом, при поверочном расчете сооружения должна использоваться адекватная его текущему техническому состоянию расчётная модель, построенная, как правило, на основе метода конечных элементов (МКЭ-модель) и актуализируемая на основании результатов инструментальных измерений. Данная модель должна с контролируемой точностью позволять оценивать фактическое техническое состояние сооружений на текущем этапе мониторинга. Однако, как показывает опыт, актуализация расчётных моделей либо не проводится, либо осуществляются вручную, что является длительным и трудоемким процессом.
Анализ современных подходов в зарубежной и отечественной практике мониторинга строительных конструкций показывает, что эффективной методики, позволяющей в реальном режиме времени, а значит, за короткий период автоматизировано проводить актуализацию расчетных моделей сооружений для оперативной численной оценки достоверного напряженно-деформированного состояния сооружений, не существует.
В целом актуальность темы диссертации определяется практической необходимостью создания обоснованной и эффективной методики автоматизированной актуализации расчётных моделей сооружений в ходе мониторинга технического состояния их несущих конструкций.
Целью диссертации является развитие и совершенствование методов расчёта, оценки и диагностики технического состояния строительных конструкций и сооружений путём разработки эффективной методики актуализации расчётных моделей зданий и сооружений в ходе их мониторинга на базе создания новых и
усовершенствования существующих методов и средств контроля технического состояния конструкций.
Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие задачи:
Разработана методика мониторинга пространственно-координатного положения конструкций с помощью лазерного сканирования для различных типов зданий и сооружений.
Разработана методика автоматизированного ввода данных инженерно-геологических изысканий с целью численной оценки НДС системы «основание-сооружение» в ходе мониторинга.
Разработана методика автоматизированной актуализации расчетных моделей зданий и сооружений с помощью программного комплекса численного конечно-элементного анализа сооружений ANSYS.
Проведена экспериментальная проверка и апробация результатов исследования в научно-практической деятельности.
Объектом исследования является процесс контроля технического состояния конструкций зданий и сооружений в ходе их эксплуатации.
Предметом исследования являются современные методы и средства обследования, мониторинга и диагностики технического состояния зданий и сооружений, позволяющие проводить поиск, выявление, измерение и моделирование деформаций, дефектов и повреждений конструкций с помощью современных информационных технологий сбора и обработки данных для получения достоверной информации о техническом состоянии зданий и сооружений.
Научная новизна диссертационной работы заключается в разработке следующих методик:
мониторинга пространственно-координатного положения зданий и сооружений с помощью лазерного сканирования в условиях различного доступа к объекту мониторинга.
формирования условных контролируемых узлов для решения задач мониторинга пространственного деформирования удаленных и труднодоступных стержневых конструкций.
формирования компьютерной расчётной модели системы «основание-сооружение» на основе данных инженерно-геологических изысканий.
автоматизированного определения общего напряжённо-деформированного состояния (НДС) сооружений и их элементов по результатам пространственно-координатных измерений деформаций.
оперативного учета наличия дефектов и повреждений конструкций в конечно-элементной расчётной модели сооружения, обнаруженных в процессе мониторинга технического состояния.
Практическая значимость результатов исследования. Разработанная методика актуализации расчетных моделей зданий и сооружений предназначена для практической деятельности специализированных организаций, проводящих обследование, мониторинг и численное моделирование работы зданий и сооружений. Применение разработанной методики позволяет повысить качество и эффективность проведения мониторинга строительных объектов. Разработанная
методика может использоваться для оценки и диагностики технического состояния зданий и сооружений различного назначения и различных конструктивных схем.
Внедрение результатов работы. Положения и результаты настоящей работы использовались в 2008-2011г.г. при мониторинге объектов г. Москвы и Московской области, в том числе здания входной группы терминала D аэропорта «Шереметьево-3», Московской области., г. Химки, Шереметьево 2, вл. 3.
Апробация работы. Основные положения проведенных исследований по теме диссертации докладывались автором на международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство -формирование среды жизнедеятельности», г. Москва, 2009-2011г.г.; на семинарах и заседаниях кафедры испытаний сооружений МГСУ в 2009-2011г. г.
Научные результаты работы были получены, в том числе, при выполнении Гранта Президента Российской Федерации по государственной поддержке молодых российских ученых - кандидатов наук (МК-2563.2009.8): «Разработка математических и информационных моделей конструкций, зданий и сооружений для создания интегрированной информационной технологии мониторинга технического состояния строительных объектов в условиях мегаполисов».
В результате выполнения диссертационной работы автором разработана и зарегистрирована «Программа для автоматизированного учета трещиноподобного дефекта в двутавровых балках с последующим расчетом коэффициентов интенсивности напряжений и J-интеграла» (свидетельство о государственной регистрации №2011619254).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них 5 статей, опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК, 3 статьи в сборниках трудов международных и всероссийских научно-практических и научно-технических конференций, 1 статья в специализированной научно-технической периодике.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка из 152 наименований, приложений и содержит 191 страниц машинописного текста, 83 рисунка, 8 таблиц и 8 графиков.
