Система мониторинга безопасности несущих конструкций, конструктивных элементов зданий, сооружений в режиме реального времени

Полезная модель относится к области автоматизированных систем мониторинга, безопасности несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений, а также зон вероятных природных чрезвычайных ситуаций.

Полезная модель направлена на повышение надежности мониторинга в реальном масштабе времени безопасности несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений при их эксплуатации, в особенности при эксплуатации высотных зданий, уникальных сооружений и объектов повышенного риска, зданий и сооружений, находящихся в зонах повышенной сейсмической активности, а также зон вероятных природных чрезвычайных ситуаций.

Полезная модель также направлена на обеспечение оперативного доведения информации об уровне безопасности несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений, а также зон вероятных природных чрезвычайных ситуаций до потребителей.

Указанные технические результаты достигаются тем, что система мониторинга безопасности несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений в режиме реального времени, содержит блок ударного устройства, блок определения собственных частот колебаний конструкций, блок измерения ускорений колебаний объекта, и/или блок измерения наклонов, и/или блок измерения прогибов, и/или блок измерения напряжений, и/или блок измерения нагрузок, и/или блок измерения абсолютной и неравномерной осадки, и/или блок измерения геодезических параметров, блок обработки и выходной информации, блок градации выходной информации, блок передачи информации потребителям, и не менее одного источника бесперебойного питания, причем все упомянутые блоки подключены к шинам передачи данных, шинам управления и шинам питания.

Полезная модель относится к области автоматизированных систем мониторинга безопасности несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений, а также зон вероятных природных чрезвычайных ситуаций. Полезная модель может быть преимущественно использована при создании, эксплуатации автоматизированных систем мониторинга особо опасных, технически сложных и уникальных объектов, а также зданий и сооружений, находящихся в зонах вероятной природной чрезвычайной ситуации, с целью определения безопасного состояния несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений, оперативного оповещения об изменении их состояния, и предупреждения возникновения чрезвычайных ситуаций.

Известен способ определения устойчивости зданий и сооружений и система для его осуществления (патент РФ 2245531), содержащая блок ударного устройства, блок формирования электрического синхроимпульса, блок преобразования колебаний в электрический сигнал, блок аналого-цифрового преобразования электрического сигнала, блок цифрового запоминающего устройства и блок управления цифровым запоминающим устройством, блок ввода экспериментальных и/или расчетных значений поверхностной прочности, и/или объемной прочности, и/или параметров армирования элементов конструкции объекта, и/или осадков, и/или сдвигов, и/или кренов объекта, и/или глубины залегания фундамента, и/или его поверхностной прочности, и/или его объемной прочности, и/или периода собственных колебаний грунта под объектом и/или вокруг него, измеренного, по меньшей мере, по первому тону колебаний, и/или уровня грунтовых вод, блок сравнения экспериментальных данных с нормированными данными, рассчитанными для данных конструкции и материалов испытуемого объекта и состава грунта под ним и/или вокруг него, и блок воспроизведения полученных данных, связанные по шинам управления и данных между собой и с остальными функциональными блоками системы.

Недостатком такой системы является отсутствие градации информации, отсутствие возможности непрерывного функционирования, отсутствие блока измерения собственных частот колебаний несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений, отсутствие возможности мониторинга и отображения данных об изменении состояния несущих конструкций зданий и сооружений в режиме реального времени, отсутствие блока передачи информации внешним потребителям через информационные сети и/или каналы связи.

Также известна, принятая за прототип, система мониторинга технического состояния зданий и сооружений (патент РФ на полезную модель 66525), содержащая блок ударного устройства, блок вибродатчиков, блок обработки и выходной информации, блок измерения ускорений колебаний объекта, и/или блок измерения скоростей колебаний объекта, и/или блок измерения амплитуд колебаний объекта, и/или блок измерения наклонов, и/или блок измерения прогибов, и/или блок измерения напряжений, и/или блок измерения нагрузок, и/или блок измерения абсолютной и неравномерной осадки, и/или блок контроля трещин, стыков и швов, и/или блок измерения геодезических параметров, и блок градации выходной информации.

Недостатком этого технического решения является отсутствие возможности непрерывного функционирования, отсутствие блока определения собственных частот колебаний несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений, отсутствие возможности мониторинга и отображения данных об изменении состояния несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений в режиме реального времени, отсутствие блока передачи информации внешним потребителям через информационные сети и/или каналы связи.

Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является устранение вышеуказанных недостатков -обеспечивается постоянное функционирование системы и непрерывный мониторинг безопасности зданий/сооружений, обеспечивается возможность определения собственных частот колебаний зданий/сооружений и их конструктивных элементов, обеспечивается информирование потребителей в режиме реального времени.

Заявляемая полезная модель представляет собой пространственно распределенные блоки, функционально объединенные по линиям/шинам передачи данных, управления и питания в систему мониторинга безопасности несущих конструкций, конструктивных элементов зданий, сооружений в режиме реального времени.

Поставленная задача решается тем, что в систему мониторинга несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений, содержащую блок ударного устройства, блок обработки выходной информации, блок измерения ускорений колебаний объекта, и/или блок измерения скоростей колебаний объекта, и/или блок измерения амплитуд колебаний объекта, и/или блок измерения наклонов, и/или блок измерения прогибов, и/или блок измерения напряжений, и/или блок измерения нагрузок, и/или блок измерения абсолютной и неравномерной осадки, и/или блок измерения геодезических параметров, и блок градации выходной информации, дополнительно включены блок определения собственных частот колебаний конструкций, блок передачи информации потребителям, и не менее одного источника бесперебойного питания.

Система работает следующим образом.

Система мониторинга в режиме реального времени осуществляет мониторинг интегральных характеристик напряженно-деформированного состояния несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений и периодически осуществляет выдачу заключений о состоянии конструктивных элементов, несущих конструкций объекта.

В системе мониторинга обеспечивается мониторинг гидрометеорологических и грунтовых нагрузок, сбор, данных от измерительных блоков, требуемых для оценки состояния зданий/сооружений и их конструктивных элементов. В системе автоматически осуществляется категорирование состояния безопасности несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений по градации посредством блока обработки и выходной информации. Система автоматически в режиме реального времени осуществляется контроль процессов, протекающих в конструкциях объектов и в грунте для своевременного обнаружения на ранней стадии негативного изменения напряженно-деформированного состояния конструкций степени их безопасности. Кроме того, для контроля напряженно-деформированного состояния объекта контролируются геометрические и динамические параметры несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений.

Система мониторинга осуществляет измерение текущей, предыдущей величин крена (осадки) фундаментных плит, конструкций, кровли. Измерительные блоки наклона передают информацию о деформационном состоянии несущих конструкций здания и их наклоне.

Система осуществляет измерение геодезических параметров -отклонение от вертикали высоты конструкций.

Блок обработки выходной и информации собирает данные, поступающие с измерительных блоков, анализирует их и передает их в виде категорий технического состояния несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений, при этом градация осуществляется как минимум по трем уровням безопасности здания/сооружения в текстовом и цветовом отображении на экранах дисплеев и в звуковом виде.

Колебания несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений, обусловленные движением грунта, воздействием ветра и других внешних факторов, а также воздействием ударного блока, в режиме реального времени фиксируются блоком измерений ускорений колебаний объекта и/или блоком измерений скоростей колебаний объекта и/или блоком измерения амплитуд колебаний объекта.

Блок определения собственных частот колебаний определяет собственные частоты колебаний несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений.

Информация с этих блоков поступает в блок обработки и выходной информации.

В этот же блок обработки и выходной информации в режиме реального времени поступают сигналы от блока измерения наклонов, и/или блока измерения прогибов, и/или блока измерения напряжений, и/или блока измерения нагрузок, и/или блока измерения абсолютной и неравномерной осадки, и/или блока измерения абсолютных и/или относительных геодезических параметров элементов объекта.

В блоке обработки и выходной информации содержатся:

- данные о конструкции объекта/сооружения, его геометрические и динамические параметры;

- граничные значения интегральных характеристик;

- координатные данные о расположении датчиков измерительных блоков;

- информация об измеренных ранее собственных частотах конструктивных элементов и самого здания/сооружения и информация и параметрах воздействия ударного блока при определении собственных частот;

- данные о динамике изменения интегральных характеристик напряженно-деформированного состояния несущих конструкций здания/сооружения;

- расчетная модель здания/сооружения и их конструктивных элементов;

- модель угроз для данного здания/сооружения.

Все данные с измерительных блоков проходят обработку в блоке обработки и выходной информации, с учетом мест расположения датчиков. Выходная информация блока обработки и выходной информации поступает в блок градации выходной информации и в блок передачи информации потребителям. По результатам обработки данных измерений в блоке обработки и выходной информации могут также определяться конструктивные элементы здания/сооружения, в которых возможны критические дефекты.

В зависимости от уровня безопасности несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений блок градации выходной информации категорирует ее как минимум по трем категориям безопасности; она может быть представлена в текстовом, цветовом и/или звуковом виде.

С блока обработки и выходной информации информация об уровне безопасности здания/сооружения и их конструктивных элементов поступает потребителям.

Источник(и) бесперебойного питания соединен(ены) со всеми блоками системы, включая блок ударного устройства в случае использования ударного устройства, нуждающегося в электропитании. Источник(и) бесперебойного питания обеспечивают непрерывность мониторинга системой в случае отключения/нарушения энергоснабжения здания/сооружения.

Блок ударного устройства задействуется для периодического (планового и внепланового (при резком изменении условий окружающей среды)) мониторинга текущего технического состояния несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором изображена блок-схема системы мониторинга безопасности зданий, сооружений и их конструктивных частей в режиме реального времени, где:

1 - блок ударного устройства;

2 - блок определения собственных частот колебаний конструкций;

3 - блок измерения ускорений колебаний объекта;

4 - блок измерения наклонов;

5 - блок измерения прогибов;

6 - блок измерения напряжений;

7 - блок измерения нагрузок;

8 - блок измерения абсолютной и неравномерной осадки;

9 - блок измерения геодезических параметров;

10 - блок обработки и выходной информации;

11 - блок градации выходной информации;

12 - блок передачи информации потребителям;

13 - источник(и) бесперебойного питания;

14 - шина передачи данных;

15 - шина управления;

16 - шина питания.

Настоящая полезная модель строится на использовании известных технических устройств в новом функциональном сочетании.

Блоком измерения ускорений колебания объекта могут являться известные технические устройства для измерения ускорений колебаний, например, акселерометры.

Блоком измерения скоростей колебания объекта могут являться известные технические устройства для измерения скорости колебания, например, велосиметры.

Блоком измерения смещений могут являться известные технические устройства для измерения амплитуд колебания объекта, например, сейсмометры.

Блоком измерения наклонов могут являться известные технические устройства для измерения наклонов, например, наклономеры, инклинометры, клинометры.

Блоком измерения прогибов могут являться известные технические устройства для измерения прогибов, например, прогибомеры.

Блоком измерения напряжений могут являться известные технические устройства для измерения напряжений, например, тензометры.

Блоком измерения нагрузок могут являться известные технические устройства для измерения давления (нагрузок), например, датчики давления (нагрузок).

Блоком измерения абсолютной и неравномерной осадок могут являться известные технические устройства для измерения осадок, например, датчики измерения абсолютной и неравномерной осадки.

Блоком измерения геодезических параметров могут являться известные технические устройства для измерения абсолютных и/или относительных геодезических параметров объекта, например, тахеометры, навигационное оборудование систем (типа GPS, Глонас, и др.) и вспомогательное оборудование.

Блок обработки и выходной информации может являться компьютер с инсталлированным на нем специализированным программным обеспечением.

Блоком градации выходной информации может являться компьютер с подключенным монитором и звуковыми колонками.

Блоком передачи информации может являться оборудование для передачи информации.

Заявляемая полезная модель промышленно применима, а заявленная совокупность отличительных признаков обладает новой устойчивой взаимосвязью функциональных блоков, что позволяет решить заявленную техническую задачу с заявленным техническим результатом.

Система мониторинга безопасности несущих конструкций, конструктивных элементов зданий, сооружений в режиме реального времени, содержащая блок ударного устройства, предназначенный для ударного воздействия на конструктивные элементы зданий и сооружений, блок определения собственных частот колебаний конструкций, блок измерения ускорений колебаний объекта, и/или блок измерения наклонов, и/или блок измерения прогибов, и/или блок измерения напряжений, и/или блок измерения нагрузок, и/или блок измерения абсолютной и неравномерной осадки, и/или блок измерения геодезических параметров, блок обработки и выходной информации, блок градации выходной информации, предназначенный для категорирования уровня безопасности, блок передачи информации потребителям, и не менее одного источника бесперебойного питания, причем все упомянутые блоки подключены к шинам передачи данных, шинам управления и шинам питания.