- Конструкция, которая может адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды, называется SMART.
- Этого можно достичь, используя умные материалы, такие как сплавы с памятью формы (SMA), пьезоэлектрические кристаллы, магнитореологические жидкости и т.д.
- Умные конструкции могут заботиться о своем здоровье и противостоять природным катаклизмам.
ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЗДОРОВЬЕ КОНСТРУКЦИЙ:
Дифференциальная осадка
Землетрясения и вибрации
Нарушение структуры
Коррозия арматуры
Температурные напряжения
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ ОСЕДАНИЕ
Сооружения, построенные на глинистых грунтах, подвержены дифференциальной осадке в основном по двум причинам:
Консолидация в глине происходит очень медленно
Глина имеет высокую степень набухания и усадки.
Для решения этой проблемы используются следующие традиционные методы:
свайный фундамент с заниженной арматурой
Обеспечение водонепроницаемого фартука
Замена слоя глины на ЦНС.
Разумный способ предотвращения оседания
Объем глины остается неизменным, если поддерживается оптимальное содержание влаги.
Этого можно достичь, используя принцип электроосмоса, как показано ниже.
ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ И ВИБРАЦИИ
Сейсмические волны или другие ударные волны могут быть разрушительными для конструкции, если она находится на резонансной частоте.
Они характеризуются внезапностью возникновения и силой удара.
Традиционные методы проектирования сейсмостойких конструкций до сих пор не доказали своей эффективности.
Интеллектуальный способ противостояния землетрясениям
Магнитно-реологическая жидкость – это “умный” материал, который превращается из жидкости в твердое тело под воздействием магнитного поля.
Когда эта жидкость заполняет цилиндр и подвергается воздействию переменного магнитного поля, она может действовать как демпфер для ударных волн.
Для обнаружения сейсмических волн используется ультразвуковое устройство. Они преобразуются в переменный ток и передаются на демпферы.
Превращение твердого тела в жидкость происходит на частоте, соответствующей частоте сейсмической волны.
Сейсмическая волна разрушительно интерферирует, и здание предохраняется от удара.
Подсчитано, что демпфер весом 200 кг может противостоять силе в 20000 Н силы.
На здании устанавливается множество таких демпферов, как показано на рисунке.
СТРУКТУРНЫЙ ДИСТРЕСС
Структурные нарушения возникают в основном из-за:
неправильного анализа и проектирования
непредвиденные условия нагрузки
Серьезные нарушения могут даже привести к разрушению конструкции. Традиционный способ преодоления этой проблемы – обеспечение коэффициента безопасности.
Динамическое решение проблемы структурного разрушения
Под конструкцию помещается пьезоэлектрический лист из полимера поливинилиденфторида (PVDF).
Когда нагрузка вызывает прогиб балки, в ПВДФ возникают электрические заряды.
Эти заряды усиливаются и преобразуются в тепловую энергию.
Эта тепловая энергия подается на SMA по бокам конструкции.
Прогиб вниз, вызванный нагрузкой, противодействует боковому усилию, оказываемому SMA.
Эта схема может быть использована для мониторинга степени прогиба материала и, таким образом, определения точки разрушения до фактического разрушения.
МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ МОСТОВ
КОРРОЗИЯ АРМАТУРЫ
Арматурные стержни подвергаются электрохимической реакции в основном из-за
– Использование соленой воды при приготовлении раствора.
– Из-за просачивания воды в конструкцию.
В обоих случаях происходит локальное гальваническое покрытие, вызывающее напряжение в бетоне.
Традиционное решение этой проблемы является неэкономичным.
Умный способ проверки коррозии
Вокруг арматурного стержня устанавливается тонкая металлическая фольга из материала, не поддающегося коррозии.
На металлический лист подается положительный потенциал, а на стержень – отрицательный.
Когда арматура увеличивается в диаметре, она вступает в контакт с фольгой.
Теперь гальванизация происходит в обратном направлении.
ПРЕИМУЩЕСТВА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СТРУКТУР
Интеллектуальная конструкция имеет следующие преимущества:
Эта конструкция сокращает значительные материальные затраты, связанные с использованием свай с заниженной резьбой, и снижает коэффициент безопасности.
В Индии 25% территории подвержены землетрясениям. Эта интеллектуальная технология поможет сэкономить большое количество людей и материалов.
Мониторинг состояния конструкций поможет прогнозировать разрушение и даст время на восстановление.
На 35% территории Деканского плето почва черная, использование этой технологии может обеспечить безопасное и экономичное строительство.
При постоянном обслуживании срок службы конструкции увеличивается, а потребность в ремонте уменьшается.