Симоненко Г.И. "Мониторинг состояния зданий и сооружений металлургической промышленности"

Симоненко Геннадий Иванович, начальник отдела экспертизы зданий и сооружений ООО «Ресурс»

Мониторинг состояния зданий и сооружений металлургической промышленности

В работе описывается основной принцип проведения мониторинга зданий и сооружений металлургической промышленности, даны основные формулы.

Мониторинг состояния несущих конструкций является важной составной частью системы обеспечения комплексной безопасности строительных объектов.

Актуальность проблемы безопасности зданий и сооружений, в частности, их устойчивости, чрезвычайно возросла в последние годы в связи с ростом аварийности. Особенно большой общественный резонанс получили трагические случаи обрушения зданий. Аварии произошли не только на старых, выработавших свой ресурс, объектах, но и на новых.

Специалисты называют две основные причины роста аварийности объектов капитального строительства. Первая причина заключается в сочетании беспрецедентных по масштабу и сложности строительных проектов, реализуемых в области металлургической промышленности, и низкого качества выполнения строительных работ. При этом аварийность новых объектов обусловлена не только грубыми нарушениями действующих строительных норм и правил, но и отсутствием исчерпывающей нормативной базы и фактического опыта у отечественных проектных и строительных организаций при возведении высотных зданий, металлургических цехов и складских помещений, при выполнении строительных работ на сложных грунтах, при использовании новых строительных технологий, заимствованных из  Европы и США.

Второй причиной специалисты называют критическую изношенность старого производственного фонда большинства промышленных объектов металлургии, построенных в советский период.

В последние годы на федеральном уровне и в некоторых регионах были предприняты важные шаги, направленные на комплексное решение проблемы безопасности строительных объектов. В первую очередь это коснулось нормативно-законодательной базы. В 2005 г. по инициативе Министерства по чрезвычайным ситуациям был разработан и введён в действие национальный стандарт ГОСТ Р 22.1.12 – 2005 «Структурированная система мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений. Общие требования». Этот стандарт обязывает оснащать системами мониторинга инженерных сетей 4 категории строительных объектов: потенциально опасные объекты, особо опасные, технически сложные и уникальные. В общих чертах к этим категориям относятся крупные объекты энергетики, предприятия топливного цикла, склады ядовитых и взрывоопасных веществ, тоннельные объекты, метрополитен, крупные промышленные предприятия с численностью занятых более 10 тыс. человек, морские порты, аэропорты, мосты, магистральные трубопроводы, высотные здания, объекты массового скопления людей – стадионы, торгово-развлекательные комплексы и т.п. Требования стандарта распространяются на все новые(проектируемые и строящиеся) объекты и на капитально-ремонтируемые старые.

Правительство утвердило ряд нормативных документов регионального значения, которые также нацелены на увеличение безопасности строительных объектов. Эти документы ещё более расширяют (по сравнению с ГОСТ Р 22.1.122005) перечень объектов, подлежащих обязательному обследованию и мониторингу.

Вышеперечисленные документы, помимо прочих аспектов безопасности строительных объектов, предусматривают систематический контроль всех инженерных систем зданий, обеспечивающих прочность и жесткость, в том числе фундаментов, несущих и ограждающих конструкций.

Однако приходится констатировать, что в настоящее время отсутствуют эффективные контрольно-измерительные средства диагностики, которые обеспечили бы комплексное решение этой задачи применительно к широкому спектру строительных объектов.

Следует отметить и недостаточную методологическую проработку данной проблемы.

Отечественными исследовательскими, проектными и экспертными организациями накоплен достаточно большой опыт диагностики состояния отдельных видов промышленных строительных объектов, в первую очередь тех, порядок контроля которых чётко регламентирован Ростехнадзором. Это, в частности, касается дымовых труб, мостов, гидросооружений. На рынке экспертных услуг в области диагностики  и паспортизации этих и подобных объектов работает целый ряд фирм. Используемые ими средства диагностики позволяют в режиме эпизодических обследований производить измерения деформаций, микроперемещений, параметров вибрации и колебаний сооружений. Эти данные дают возможность контролировать геометрию объектов, определять напряжения в наиболее ответственных местах, делать заключения о прочностных и жесткостных характеристиках сооружений, оценивать степень старения конструкций и в ряде случаев выявлять скрытые дефекты.

Физический износ инженерной системы здания определяется по формуле:

     i=n     P_i

Ф_к=ƩФ_i_____

     i=l        P_k

Ф_i - физический износ участка элемента или системы;

P_i - размеры поврежденного участка;

P_k - размеры всей конструкции;

n - число поврежденных участков.

Относительная глубина коррозионного поражения металла трубы оценивается по формуле

           h_нов – h_ост

h_кор = ___________100

                h_нов

h_нов - толщина стенки новой трубы по ГОСТ 3262 того же диаметра и вида;
h_ост - минимальная остаточная толщина стенки трубы после эксплуатации в системе к конкретному сроку.

Существующие измерительные комплексы, такие, например, как «ПРИС-1000» и «Струна», удобны для диагностики сравнительно небольших и конструктивно простых объектов (мостов, вышек, труб и т.п.). Эти комплексы основаны на проводной связи между датчиками и пультом обработки информации. Поэтому их использование на крупных и конструктивно сложных объектах (многоэтажных зданиях, объектах со сложной каркасной системой) сопровождается трудоёмкими монтажными работами и создаёт чрезвычайные неудобства при проведении длительных всесторонних обследований объектов. В результате стоимость такого рода обследований оказывается неоправданно высокой.

Задача комплексного мониторинга крупных и конструктивно сложных строительных объектов предъявляет к диагностической системе ряд специфических требований:

• возможность быстрого монтажа и переналадки;                                            

• возможность одновременного использования  большого количества средств измерений линейных перемещений и динамических параметров (количество датчиков может достигать нескольких десятков);

• возможность проведения измерений одновременно в трёх координатах;

• возможность дистанционного управления параметрами датчиков;       

• возможность осуществления длительных непрерывных измерений (в том числе на сроки, измеряемые годами);

• возможность быстрого и наглядного отображения на операторском (диспетчерском) пульте контролируемых параметров (в том числе графиков и значений микроперемещений в контролируемых точках, трёхмерной картины напряжённо-деформированного состояния здания, декрементов затухания собственных колебаний), архивирование данных и получение интегральной оценки состояния здания и его элементов;

• возможность территориальной удалённости расположения диспетчерского пульта приёма и обработки информации от датчиков и обследуемого объекта;

• умеренные стоимостные показатели диагностической системы и её обслуживания.

Вышеперечисленным требованиям может удовлетворить только мобильный программно-аппаратный диагностический комплекс, использующий в своём составе новое поколение датчиков контроля статических и динамических параметров и организованный на основе использования радиочастотного канала связи между всеми его составными элементами.

Опытный образец такой диагностической системы создан в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете. Комплекс состоит из датчиков (до 16 штук), устройства приёма и обработки сигналов программного обеспечения. Каждый датчик представляет собой сборку в форме диска диаметром 115 мм и высотой 25 мм, включающую в качестве средства измерения трёхкоординатный акселерометр, а также микроконтроллер, радиочастотный приёмопередатчик с антенной и источник питания (батарею).

Во время проведения мониторинга используют следующие законы и нормативные акты:

ГОСТ Р53778-2010

Технический регламент о безопасности зданий и сооружений, введенный в действие Федеральным законом Российской Федерации от 30.12.2009 года N 384 ФЗ

• ВСН 48-86                                                                    

• СНиП 12-03-2001                                                                 

• СНиП 12-04-2002                                                                 

• СНиП 52-01-2003                                                                                    

По результатам общего мониторинга технического состояния зданий и сооружений составляется заключение. 

Накаждойстадиимониторингатехническогосостоянияконструкцийзданий,сооруженийигрунтапроводятряд работ:

– определение текущих, динамических апаметров, которыми обладает рассматриваемый объект металлургической промышленности, сравнение параметров на предыдущем этапе проведения мониторинга;

–фиксирование степени изменения ранее установленных дефектов, повреждений в конструкции рассматриваемого объекта, поиск новых повреждений;

– проведение повтороного измерения степени деформации, прогибов, кренов и так далее, сравнение полученных результатов с имеющимися на предыдущем этапе значениями;

- проведение анализа полученной на рассматриваемом этапе мониторинга информации, составление заключения о состоянии объекта с технической точки зрения.

На сегодняшний день обследование конструкций производится на основе ряда косвенных признаков: выявления дефектов и повреждений; определения прочностных характеристик материалов и пр. Наиболее точная оценка технического состояния конструкции производится при проведении поверочных расчетов и выявлении коэффициентов запаса.

Суть расчетов конструкций любого типа сводится к сравнению значения прочности материала с расчетными усилиями. Прочность материала при использовании как методов неразрушающего контроля, так и при испытании отобранных из конструкции образцов, может быть определена с достаточной точностью. На точность определения усилий (напряжений) конструкции оказывает влияние масса факторов: правильность выбора расчетной схемы; полнота и адекватность введения в расчет дефектов и повреждений; точность определения реальных нагрузок и прочее.

Таким образом, достоверно и точно определить величину усилий в конструкциях практически  невозможно. Это приводит к введению в расчет различных коэффициентов запаса, что в свою очередь приводит к перерасходу материала при строительстве и формулировании неправильных выводов при обследовании конструкций.

В настоящее время существует методика и оборудование для определения напряжений в действующих стальных конструкциях.

Проведенная работа показала техническую возможность  измерения напряжений с помощью метода рентгеновской тензометрии в реально действующих  конструкциях  в стесненных эксплуатационных условиях, как правило, неприемлемых для применения прямых физических методов  исследования и экспертных  оценок напряженно-деформированного состояния.

Список литературы:

1. ГОСТ Р 53778-2010 Здания и сооружения. Правила обследовани я и мониторинга технического состояния. М.: Стандартинформ, 2010.

2.Технический регламент о безопасности зданий и сооружений, введенный в действие Федеральным законом Российской Федерации от 30.12.2009 года N 384 ФЗ

3. ВСН4886 (р) Правила безопасности при проведении обследований жилых зданий для проектирования капитального ремонта

4.СНиП 12-03-2001 Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования

5. СНиП 12-04-2002 Безопасностьтрудавстроительстве.Часть 2. Строительное производство

6. СНиП52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции