Особенности разработки перспективных систем мониторинга несущих конструкций зданий и сооружений

Введение. Характерными особенностями современного уровня строительного производства являются увеличение числа высотных, большепролетных и уникальных зданий и сооружений, повышение сложности проектных решений, необходимость возведения объектов в условиях плотной городской застройки. На примере ряда аварий, произошедших на объектах строительства в России и других странах, представлено обоснование необходимости оснащения все большего числа объектов строительства стационарными системами мониторинга несущих конструкций. Приведено описание функциональных возможностей данных систем. Рассмотрены подходы к построению системы автоматизированной оценки технического состояния строительных конструкций, основанной на информации, получаемой с датчиков. Представлены результаты анализа систем мониторинга, проектируемых по двум схемам построения, определены особенности систем, спроектированных по сосредоточенной и распределенной схемам. Показаны результаты анализа двух применяемых в инженерной практике методик мониторинга — методики контроля параметров напряженно-деформированного состояния элементов несущих конструкций в наиболее нагруженных зонах элементов и методики контроля интегральных характеристик работы несущих конструкций под нагрузкой. Представлены особенности каждой из методик.

Материалы и методы. Теоретические методы исследования: обзор и анализ российской нормативной документации, отечественной и зарубежной инженерной практики в области разработки стационарных систем мониторинга несущих конструкций, функционирующих в режиме реального времени.

Результаты. Рассмотрена действующая нормативная документация и практические решения в сфере разработки стационарных систем мониторинга несущих конструкций. Приведены результаты анализа схем проектирования и методик мониторинга.

Выводы. Практическое применение подходов к проектированию, изложенных в данном исследовании, позволяет создавать эффективно функционирующие системы мониторинга несущих конструкций.

1. Rytter A. Vibrational based inspection of civil engineering structures : Ph.D. Thesis. Aalborg, Denmark, 1993.

2. Грачев В.Ю. Автоматизированные системы мониторинга — современные тенденции в проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений // Стройкомплекс Среднего Урала. 2011. № 9 (151). С. 37–39.

3. Farrar C.R. Historical overview of structural health monitoring. lecture notes on structural health monitoring using statistical pattern recognition. Los Alamos : NM, 2001. 150 p.

4. Шахраманьян А.М. Научно-технологические основы и практика создания систем мониторинга деформационного состояния несущих конструкций высотных и уникальных объектов // Современные системы и средства комплексной безопасности и противопожарной защиты объектов строительства : информационный сб. М. : ГУП «ИТЦ Москомархитектуры», 2009. С. 94–97.

5. Шахраманьян А.М. Методические основы создания систем мониторинга несущих конструкций уникальных объектов // Вестник МГСУ. 2011. № 1–1. С. 256–261. EDN OUNXOP.

6. Шахраманьян А.М. Системы мониторинга и прогноза технического состояния зданий и сооружений. Теория и практика // Русский инженер. 2011. № 1 (28). С. 54–64. EDN NNAKUN.

7. Kuckartz J., Collier P. A user-centric approach to the design of structural health monitoring systems // Proceedings of the Joint International Symposium on Deformation Monitoring. 2011.

8. Worden K., Farrar C., Manson G., Park G. The fundamental axioms of structural health monitoring // Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2007. Vol. 463. Pp. 1639–1664. DOI: 10.1098/rspa.2007.1834

9. Emelianov M. Theoretical basis of the development and the possibility of monitoring systems design automation for load-bearing structures // Lecture Notes in Civil Engineering. 2022. Pp. 33–40. DOI: 10.1007/978-3-030-96206-7_3

10. Ryu H., Kim J., Choi E., Lee S. Preliminary design of structural health monitoring for high-rise buildings // International Journal of High-Rise Buildings. 2017. Vol. 6. Issue 3. Pp. 279–284. DOI: 10.21022/IJHRB.2017.6.3.279

11. Osman A., Malek C. Efficient strategy for monitoring stresses in high-rise buildings // Practice Periodical on Structural Design and Construction. 2021. Vol. 26. Issue 4. DOI: 10.1061/(ASCE)SC.1943-5576.0000617

12. Травуш В.И., Шахраманьян А.М., Колотовичев Ю.А., Шахворостов А.И., Десяткин М.А., Шулятьев О.А. и др. «Лахта Центр»: автоматизированный мониторинг деформаций несущих конструкций и основания // Academia. Архитектура и строительство. 2018. № 4. С. 94–108. DOI: 10.22337/2077-9038-2018-4-94-108. EDN YWTYQX.

13. Travush V.I., Shulyat’ev O.A., Shulyat’ev S.O., Shakhraman’yan A.M., Kolotovichev Yu.A. Analysis of the Results of Geotechnical Monitoring of “Lakhta Center” Tower // Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2019. Vol. 56. Pp. 98–106. DOI: 10.1007/s11204-019-09576-9

14. Yang Y., Xu W., Gao Z., Yu Z., Zhang Y. Research progress of SHM System for super high-rise buildings based on wireless sensor network and cloud platform // Remote Sensing. 2023. Vol. 15. Issue 6. P. 1473. DOI: 10.3390/rs15061473

15. Шахраманьян А.М., Колотовичев Ю.А. Опыт использования автоматизированных систем мониторинга деформационного состояния несущих конструкций на Олимпийских объектах Сочи-2014 // Вестник МГСУ. 2015. № 12. С. 92–105. EDN VBTZSF.

16. Шахраманьян А.М. Локализация мест изменения напряженно-деформированного состояния строительных конструкций на основе данных вибродиагностических измерений // Вестник МГСУ. 2014. № 9. С. 54–66. EDN SNKLBV.

17. Кроненброк Д. Комплексные геодезические измерения и система анализа для мониторинга дамб и плотин // Пространственные данные. 2008. № 2.

18. An Y., Chatzi E., Sim S.H., Laflamme S., Blachowski B., Ou J. Recent progress and future trends on damage identification methods for bridge structures // Structural Control and Health Monitoring. 2019. Vol. 26. Issue 10. DOI: 10.1002/stc.2416

19. Fenerci A., Kvåle K.A., Wiig Petersen Ø., Rønnquist A., Øiseth O. Data set from long-term wind and acceleration monitoring of the hardanger bridge // Journal of Structural Engineering. 2021. Vol. 147. Issue 5. DOI: 10.1061/(asce)st.1943-541x.0002997

20. Емельянов М.В. Информационная технология проектирования систем мониторинга зданий и сооружений // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2019. Т. 46. № 1. С. 123–131. DOI: 10.21822/2073-6185-2019-46-1-123-131. EDN EZIZVQ.