Мониторинг напряжённо-деформированного состояния
инженерных конструкций
Напряжённое состояние служит критерием прочности, которое, однако, не может быть оценено прямыми методами. Как правило, напряженное состояние определяется через деформации или какие-либо сопутствующие изменению напряжения эффектами (изменение оптических или магнитных свойств, частотных характеристик и т.п.).
Изменение напряжённо-деформированного состояния конструкций может быть вызвано множеством причин: плохое качество строительных материалов, нарушения порядка проведения строительно-монтажных работ, неравномерная осадка фундамента инженерного сооружения, просчеты в проектировании нагрузок и пр.
Подсистема напряжённо-деформированного состояния предназначена для своевременного выявления существенных изменений напряженно-деформированного состояния в несущих элементах зданий и сооружений, которые могут повлечь за собой перевод объекта в ограниченно работоспособное или аварийное состояние.
Подсистема мониторинга НДС построена на базе цифровых тензометрических датчиков на базе модулей ZET 7010 или ZET 7110, которые обеспечивают контроль деформации и прогибов несущих элементов конструкции.
Цифровые тензодатчики устанавливают на элементы (перекрытия, несущие стены, несущие элементы кровли, консольные элементы и т.п.) для контроля их деформации.
Аппаратная часть подсистемы может быть выполнена в двух возможных вариантах проводного интерфейса:
- стандарта RS-485 с поддержкой открытого протокола Modbus RTU, что позволит без труда интергировать подсистему в существующую сторонюю систему мониторинга на шине Modbus;
- стандарта CAN с закрытым уникальным протоколом, разработанным ZETLAB; преимуществом использования данного стандарта является возможность осуществления бездемонтажной поверки датчиков в составе системы, скорость передачи данных и непрерывная проверка качества данных.
А также есть поддержка беспроводных интерфейсов связи по протоколам:
- LoRaWAN — сбор данных с датчиков осуществляется по протоколу Modbus RTU через интерфейс RS-485 с последующей их передачей по беспроводному протоколу LoRaWAN, работающему поверх технологии модуляции LoRa;
- NB-IoT — сбор данных с датчиков осуществляется по протоколу Modbus RTU через интерфейс RS-485 с последующей их передачей на сервер через NB-IoT сеть.
Основные характеристики
| Контролируемый параметр | Растяжение/сжатие | ||||||||
| Тип модуля/цифрового датчика | ZET 7010 DS | ZET 7110 DS | ZET 901 + ZET 7010 |
ZET 901 + ZET 7110 |
тензорезистор + ZET 7010 |
тензорезистор + ZET 7110 |
ZET 7010 DT | ZET 7110 DT | ZET 7082-20 + струнный тензометр |
 |
 |
 |
 |
 |
|||||
| Единица измерения | мкм/м | ||||||||
| Диапазон измерений | -300…+300 | -400…+400 | -10000…+10000 | -8000…+8000 | -4000…+4000 | ||||
| -1800…+1800 | |||||||||
| Минимально регистрируемое изменение | 0,2 | 0,2 | 1 | 10 | 1 | ||||
| 1,2 | |||||||||
| Минимальный уровень ALARM | 10 | 10 | 50 | 200 | 50 | ||||
| 60 | |||||||||
В подсистеме также могут быть использованы струнные тензометры аналогово типа различных производителей, которые подключаются к цифровым регистраторам для струнных датчиков ZET 7082 и обеспечивают диапазон измерений до 3000 με с порогом чувствительности 1 με.
В процессе работы подсистема «Мониторинга напряжённо-деформированного состояния» сравнивает регистрируемые значения с установленными пороговыми значениями для предупредительного и предаварийного уровней, в случае детектирования превышения пороговых значений формирует соответствующие сигналы «Предупреждение» (на графике отображаются границами бежевого цвета) либо «Опасность» (на графике отображаются границами красного цвета).
Сигналы со всех типов датчиков по интерфейсу Ethernet передаются на промышленный компьютер УСИ (при его наличии) и далее на сервер, где архивируются в базе данных. Для каждого из регистрируемых сигналов производится сравнение с уровнями пороговых значений, в случае превышения которых формируются сигналы оповещения диспетчера.
Уровни пороговых значений (предельные значения крена сооружений и смещений элементов конструкции относительно друг друга) рассчитываются в соответствии с нормативной документацией на конкретный вид сооружения: СП 52-101-2003, СП 63.13330.2012, СП 16.13330.2011, СП 20.13330.2011, СП 43.13330.2012.
На изображении приведен пример функционирования подсистемы «Мониторинг напряжённо-деформированного состояния». Приведённые на графике тренды сигналов демонстрируют величину напряженно-деформированного состояния перекрытий кровли конструкции за период 48 часов.
В зависимости от времени суток мониторинга, показания цифровых тезометрических датчиков ZET 7110-DS претерпевали изменение. Граница изменения чётко прослеживается — это рабочее (с 8.00 до 18.00) и нерабочее (с 18.00 до 8.00) время.
Наличие малейшей дополнительной нагрузки чётко фиксируется цифровыми датчиками и отображается на графике, что позволяет сделать вывод о высокой чувствительности к изменению реальной величины относительной деформации в точке установки и возможности отслеживания динамики изменения в автоматическом режиме. А наличие функции метрологического самоконтроля позволяет производить диагностику цифровых датчиков в процессе их эксплуатации без демонтажа и прерывания процесса мониторинга.
Размещение датчиков на объекте мониторинга: перекрытия кровли теплицы
Следует заметить, что для наиболее точных показаний тензометрических датчиков установка их должна производиться в местах концентрации напряжений элементов конструкции при их нагружении собственным весом, снеговой и ветровой нагрузками. Данные области определяются расчетным методом напряжённо-деформированного состояния конструкций сооружения.