Мониторинг состояния конструкций (SHM) – это процесс использования методов обнаружения повреждений и определения характеристик критически важных конструкций, таких как мосты, ветряные турбины и туннели. Это неразрушающий метод оценки состояния конструкции на месте, в котором используются несколько типов датчиков, встроенных или прикрепленных к конструкции.
Процесс мониторинга состояния конструкции включает установку датчиков, сбор данных, передачу данных и диагностику, с помощью которых контролируется безопасность, прочность, целостность и эксплуатационные характеристики конструкции. Если наблюдаются перегрузки или любые другие дефекты, предлагаются соответствующие меры по их устранению.
Цель мониторинга состояния конструкций
Компоненты системы мониторинга состояния конструкций
Система мониторинга состояния конструкций состоит из нескольких компонентов, которые схематично представлены на рисунке 1 и рассмотрены ниже:
Схематическое представление компонентов системы мониторинга здоровья конструкций и связанных с ними задач
1. Структура
Критически важные сооружения, такие как мосты, туннели, плотины и ветряные турбины, в основном подвергаются мониторингу, поскольку они являются жизненно важной частью национальной инфраструктуры.
2. Система сбора данных
Система сбора данных определяет количество и тип датчиков, способы активации датчиков и методы сохранения данных. Размещение датчиков не должно изменять поведение конструкции. Это может быть достигнуто путем рассмотрения размещения проводов, коробов и т.д. на стадии проектирования.
Датчики должны быть подходящими, надежными и выполнять свою функцию в течение определенного времени. Каждый датчик может оценивать определенный аспект конструкции. Они измеряют деформацию, прогиб, вращение, температуру, коррозию, предварительное напряжение и т.д.
Существует несколько типов датчиков, представленных в Таблице-1, которые могут быть использованы, но оптоволоконные датчики являются самыми современными, подходящими для инфраструктуры.
Таблица-1: Измерения реакции конструкции с помощью различных датчиков
Измерение структурных аспектов Измерительное устройствоВыход измерительного устройства ПричиныНагрузкиНагрузочные ячейкиОценить величину и распределение сил на конструкцию.Проверить, ожидаются ли нагрузки и как они распределяются на конструкцию.ДеформацияПреобразователи прогибаУбедиться, находится ли прогиб в допустимом пределе или нет. В противном случае может потребоваться ремонт и восстановление.ДеформацияДеформационные датчикиМасштаб и изменение деформацийДля проверки безопасности и целостности конструкции.ТемператураТермисторы, термопары, интегральные температурные схемыТемпература и изменение температурыИзменение температуры вызывает тепловое расширение, а повторяющиеся циклы могут повредить конструкции. Он влияет на деформации.УскорениеАкселерометрУскорение конструкции под нагрузкой, особенно в сейсмоопасном районе.Изучить, как конструкция сопротивляется ускорению и последующим нагрузкам.Скорость и давление ветраАнемометрИзмерить скорость и давление в различных местах.Ветровая нагрузка может регулировать проектирование длиннопролетных мостов и высоких зданий.Акустическая эмиссияМикрофонИзмерить шумы и определить местоположение шума с помощью триангуляции.Обнаружить поломку элементов конструкции и определить ее местоположение. Он очень применим в предварительно напряженных элементах и вантовых мостах.ВидеомониторингТехнология интернет-камерЗапись видеороликов экстремальных состояний конструкцииЗапись экстремальных нагрузок и обнаружение перегруженных грузовиков на мостах.
Мониторинг мостовой конструкции
3. Передача данных
Передача данных может осуществляться по проводам, что является обычным и экономически эффективным способом, но может быть непрактичным для больших конструкций. В качестве альтернативы можно рассмотреть беспроводную связь, которая подходит для больших структур, но она медленнее и дороже проводного метода. Телефонные линии являются еще одним вариантом передачи данных с места работ в удаленные офисы. Эти методы передачи данных устраняют необходимость выезда на место для сбора и передачи данных.
Сбор и передача данных
4. Цифровая обработка
После передачи данных проводится цифровая обработка для устранения нежелательных эффектов, таких как шумы. Она должна быть проведена до того, как информация будет сохранена. Цифровая обработка облегчит, ускорит и сделает более точной интерпретацию данных.
5. Хранение данных
Обработанные данные можно хранить в течение длительного времени и извлекать в будущем для анализа и интерпретации.
6. Диагностика данных
Диагностические процессы включают преобразование абстрактных данных в полезную информацию о состоянии конструкции и ее реакции на нагрузки. Таким образом, конечные данные, полученные в результате мониторинга состояния конструкции, должны быть детальными и физическими, на основе которых можно принимать рациональные и основанные на знаниях инженерные решения.
Методология, используемая для процесса диагностики, зависит от типа конструкции, расположения и типов датчиков, цели мониторинга и рассматриваемой реакции конструкции.
Категории испытаний системы мониторинга состояния конструкций
Категории тестирования системы мониторинга состояния конструкций можно классифицировать следующим образом:
На основе временной шкалы мониторинга:
На основе способа, которым вызывается реакция в структуре:
Преимущества мониторинга состояния конструкций
Недостатки
Применение системы мониторинга состояния конструкций в различных сооружениях по всему миру
Шоссе Эгнатия в Греции
Мост Сутонг в Китае
Вопросы и ответы
Что подразумевается под мониторингом здоровья конструкций?
Система мониторинга здоровья конструкций – это метод оценки и мониторинга здоровья критических конструкций. Он применяется во многих важных проектах благодаря своей способности реагировать на пагубные структурные изменения, повышая надежность конструкции и улучшая управление жизненным циклом.
Почему важен мониторинг состояния конструкций?
Мониторинг здоровья конструкций предоставляет инструмент для обеспечения целостности и безопасности конструкций, выявления роста повреждений и оценки эффективности работы инфраструктур.
Где используется мониторинг здоровья конструкций?
Мониторинг состояния конструкций был разработан и используется для различных сооружений, таких как мосты, здания, туннели, электростанции и плотины.
Каковы цели мониторинга здоровья конструкций?
1. Улучшить эксплуатационные характеристики (безопасность и функциональность) существующих конструкций.
2. Размещение датчиков во время строительных работ позволяет наблюдателям оценить состояние конструкции и определить ее оставшийся срок службы.
3. Оценить целостность конструкций после землетрясений.
4. Структурный мониторинг и оценка необходимы для своевременного и экономически эффективного технического обслуживания. Таким образом, это сокращает объем строительных работ и увеличивает объем работ по техническому обслуживанию.
5. Процесс SHM собирает данные о реальных характеристиках конструкций. Эти данные помогут спроектировать более совершенные конструкции в будущем.
6. Переход к философии проектирования, основанной на эксплуатационных характеристиках.
Умные строительные материалы – применение в гражданском строительстве
Как строительная отрасль может использовать квантовые вычисления?
Машинное обучение и его применение в строительстве
Читайте далее:- Типы мостов по пролетам, материалам, конструкциям, функциям, полезности и т.д..
- Цифровые двойники в строительстве: Применение и преимущества.
- Датчики бетона: Работа и типы.
- Система мониторинга котлована – типы и цели для обеспечения безопасности в строительстве.
- Какие существуют важные методы испытания целостности свай?.
- Концептуальный сейсмический проект моста с вантовой опорой и его компоненты.
- Вентиляция в тоннелях – Типы вентиляционных систем при строительстве тоннелей.