Введение к работе
Актуальность. Современное строительство характеризуется высокими
темпами внедрения новых инновационных технологий. При этом, при их
создании и внедрении, на практике, важную роль играют методы
экспериментально-теоретических исследований поведения
крупномасштабных строительных конструкций зданий и сооружений. Одну из подобных задач решают автоматизированные системы мониторинга технического состояния строительных конструкций. Однако, в подавляющем большинстве случаев, системы мониторинга применяются при оценке технического состояния космической и авиационной техники, подводных лодок и надводных кораблей и в существенно меньшем объеме при строительстве и последующей эксплуатации зданий и сооружений.
С 1 июля 2010 года вступил в силу Федеральный закон от 30 декабря 2009 года N 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений». Согласно статье 15 п. 9 и статьи 18 п. 5 в проектной документации в целях обеспечения безопасности зданий и сооружений должны быть предусмотрены мероприятия по мониторингу компонентов окружающей среды, состояния основания, строительных конструкций и систем инженерно-технического обеспечения в процессе эксплуатации здания или сооружения.
В связи с отмеченным, создание инновационных технологий мониторинга строительных конструкций для обеспечения безопасности зданий и сооружений, является своевременной и актуальной задачей в строительной отрасли.
Цель исследования заключается в разработке автоматизированной системы мониторинга текущего состояния строительных конструкций на основе экспериментально-теоретического анализа динамического поведения натурных конструкций и ее внедрении при строительстве или в процессе эксплуатации зданий и сооружений для обеспечения их безопасности.
Задачи, которые необходимо решить для достижения цели:
критический анализ известных систем мониторинга напряженно-деформированного состояния конструкций из отечественной и зарубежной практики;
разработка комплекса технических и программных средств для определения динамических характеристик строительных конструкций (собственная частота колебаний, форма колебаний, коэффициент затухания);
разработка комплексной технологии динамического мониторинга строительных конструкций, включающая технологию информационного моделирования, технологию конечно-элементного (КЭ) моделирования и технологию теоретического и экспериментального модального анализа.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
-
Разработана инновационная технология динамического мониторинга строительных конструкций, которая включает комплекс технических и программных средств для определения динамических характеристик строительных конструкций.
-
Разработан способ описания вибрационной диагностики конструкций в виде спектрограмм, диаграмм гармоник, карт распределения источников гармоник, которые предлагается использовать для оценки изменения технического состояния конструкций во времени.
-
Разработана методика оценки технического состояния конструкций при случайном воздействии путем идентификации результатов измерений колебаний и результатов численного расчета, что повышает достоверность определения собственных частот и форм колебаний конструкций.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена сравнением результатов расчета по предложенным методам и данных лабораторных и натурных измерений динамических характеристик с применением комплекса стандартных и высокоинформативных методов физического и численного моделирования. Натурные измерения имеют необходимое метрологическое обеспечение, систему дублирования измерений основных параметров, позволяющую контролировать достоверность результатов экспериментов.
Практическая значимость. В результате выполненных исследований разработана методика динамического мониторинга строительных конструкций, которая позволяет оценивать техническое состояние строительных конструкций непрерывно во времени, что повышает безопасность эксплуатации зданий и сооружений и снижает затраты на их ремонт.
Внедрение результатов. Основные теоретические и прикладные результаты работы применены в составе проектной документации по реальным объектам, прошли государственную экспертизу и получили практическую апробацию при эксплуатации ледовой арены в г. Омске, в процессе эксплуатации Балаковской АЭС и вибрационном обследовании фундаментов спецоборудования, чувствительного к колебаниям основания, предприятия ПО «Корпус» (г. Саратов).
На защиту выносятся:
технология динамического мониторинга строительных конструкций;
метод описания вибрационного состояния строительных конструкций;
анализ результатов динамического мониторинга натурных строительных конструкций;
методика идентификации (калибровки) КЭ моделей по результатам натурных измерений динамических характеристик.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научно-
технических конференциях: международный конгресс «Наука и инновации в строительстве SIB-2008» (Воронеж, ВГАСУ, 2008); первый национальный конгресс «Комплексная безопасность в строительстве (Москва, 2010); восьмой международный семинар по мониторингу здоровья конструкций (Стэнфорд, США, 2011); международная конференция «Биосферно-совместимые технологии в развитии регионов» (Курск, КГТУ, 2011).
Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 8 работах, в том числе 3 статьи в журналах по Перечню ВАК РФ. Также получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ по теме диссертации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы на 102 источника, одного приложения. Работа содержит 188 страниц машинописного текста, 100 рисунков, 12 таблиц.
Автор выражает благодарность сотрудникам ООО «НПП «Геотек» за консультации и помощь, оказанные в ходе выполнения диссертационной работы.
