СОВРЕМЕННЫЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ДЕФОРМАЦИИ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Приводятся общие принципы построения современных автоматизированных систем контроля деформации большепролетных купольных конструкций, данные о точности измерения основных деформационных параметров современными геодезическими приборами: электронными тахеометрами, лазерными сканерами и т.д., примеры практического использования.

В настоящее время имеется достаточное количество геодезических методов и средств для создания автоматизированных систем контроля деформации различных типов сооружений. В технической литературе довольно подробно рассмотрены вопросы оптимального применения геодезических методов при автоматизированных наблюдениях для высотных зданий и подземного строительства, и только вопрос построения автоматизированных систем для контроля деформации большепролетных купольных конструкций мало освещен. И это несмотря на то, что большинство аварий и обрушений приходится именно на этот тип конструкций, которые широко используются в зрелищных и спортивных сооружениях и к которым предъявляются повышенные требования по безопасности.

Обратимся к истории. 25 января 1985 г. в районе г. Истра Московской области произошло обрушение металлоконструкций купольного перекрытия главного корпуса Всесоюзного электротехнического института (ВЭИ) им. В.И. Ленина. Купол диаметром 234 м и высотой 112,3 м (рис. 1), предназначенный для высоковольтных испытаний, был смонтирован в виде эллипсоида вращения с сетчатой оболочкой, установленной на 83 опорах, имеющих столбчатые фундаменты. Расчетная проектная нагрузка на опору составляла 300 т. Комиссией по расследованию аварии было отмечено, что основной причиной аварии явилась значительная снеговая нагрузка, ошибки в расчетах конструкции купола и отсутствие системы очистки снега на куполе. Жертв не было, услышав шум, строители успели покинуть здание.

В связи с уникальностью сооружения с самого начала строительства ставилась задача постоянного наблюдения за деформациями строительных конструкций. Если для контроля взаимного положения колонн по высоте, на момент постановки задачи, имелись приборы (гидростатическое нивелирование), то для наблюдения за деформациями купола в автоматическом режиме какие-либо методы и средства отсутствовали. Управляемые моторизированные безотражательные электронные тахеометры, позволяющие решить поставленную задачу, появились в России только в конце 90-х годов прошлого столетия и впервые были успешно применены при строительстве Лефортовского тоннеля при компенсационном нагнетании под Алексеевским военным училищем. В таблице 1 приведены основные технические характеристики современных моторизованных электронных тахеометров.

Рассмотрим основные принципы построения и точностные характеристики современной автоматизированной системы контроля деформации большепролетных купольных конструкций на примере системы контроля деформации опорного контура и мембранной крыши крытого конькобежного стадиона с размерами 200x100x15 м (рис. 2).

Автоматизированная система (АС) состоит из рабочих станций, деформационных марок, опорных точек и пульта оператора. Рабочие станции (2шт.) в виде моторизованных электронных тахеометров установлены на постоянные геодезические знаки (в виде стальных труб с оголовниками и втулками для принудительного центрирования прибора). Геознаки закрепляются в стабильных несущих конструкциях (трибуны). Со знаков должна быть видимость на все деформационные марки и опорные точки. Деформационные и опорные марки представляют собой триппельпризменные отражатели. Опорные точки закрепляются в стабильных конструкциях. Относительно опорных марок определяются смещения деформационных марок, расположенных на опорном контуре и мембране крыши. Пульт оператора, состоящий из компьютера и принтера, располагается в отапливаемом помещении диспетчерской связи.

Автоматизированная система работает следующим образом. После приведения электронного тахеометра на геознаке (А или В) в рабочее положение в ручном режиме определяют исходные координаты опорных точек и деформационных марок. Полученные координаты наблюдаемых точек вводят в систему управления электронного тахеометра и задают программу последующих наблюдений. Все последующие наблюдения производятся автоматически. Количество угловых приемов и количество повторных измерений расстояний задается, исходя из требуемой точности получения деформации наблюдаемых точек. Из опыта: один прием подобных измерений при 30 точках наблюдений занимает от 10 до 20 минут. При четырех приемах средняя квадратическая погрешность измерений составляет величину порядка 1- 2 мм по всем трем координатам X, У и Z. Данные измерений передаются на компьютер, архивируются и запоминаются. Координаты X, У и Z деформационных марок вычисляются как среднее из двух определений координат деформационной марки с точки А и точки В, что обеспечивает внутренний контроль вычисления деформаций. Система также оборудована звуковой сигнализацией на случай проявления опасных для конструкций деформаций. Основные метрологические характеристики системы приведены в таблице 2.

Автоматизированная система в зависимости от задач по безопасности может работать в непрерывном режиме или периодическом. Периодические измерения проводятся в наиболее ответственные периоды: зимний, перед ответственными соревнованиями или при проведении приемочных испытаний крыши под нагрузкой, что, по мнению авторов, является непременным условием приемки в эксплуатацию большепролетных купольных конструкций.

Интересны перспективы развития подобных автоматизированных систем в ближайшем будущем, например, при замене электронных тахеометров на лазерные сканеры, которые в настоящее время интенсивно развиваются (см. таблицу 3). В этом случае отпадает необходимость закрепления деформационных марок триппельпризменными отражателями, деформации определяются по результатам сравнения трехмерных моделей купола. Дополнительно в этом случае автоматизированная станция становится средством дистанционной технической диагностики купола - любая трещина или щель пошагово фиксируется на мониторе компьютера, появляется возможность наблюдения за динамикой их развития.

Естественно, что создание автоматизированных систем контроля деформаций целесообразно предусматривать еще на стадии проектирования большепролетной конструкции. Это позволит избежать многих непредвиденных расходов.

Несколько слов о финансовых затратах: стоимость создания автоматизированной системы, например, для спортивно-развлекательного комплекса <Трансвааль-Парк> составила бы всего 0,5% стоимости сооружения и равна стоимости, заплаченной за экспертные услуги в период согласования проекта. Наличие автоматизированной системы контроля деформации по мнению авторов позволило бы зафиксировать и отслеживать начало деформационного процесса, получить данные для последующего анализа.

Контактная информация: ФГУП ГСПИ, т.: (495) 265-81-39

Библиографический список:

1. Рязанцев Т.Е., Буюкяп СП., Седельникова И А.Современные автоматизированные системы контроля деформаций высотных зданий// Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, № 2, 2005.
2. Рязанцев Г.Е., Седельникова И.А. Автоматизированные системы инструментального геодезического геомониторинга. Справочное учебное пособие. - М.: МГСУ, 2003.
3. Рязанцев Г.Е., Бубман И.С. Применение оптических измерительных систем на основе современных электронных тахеометров для контроля за деформациями наземных зданий и сооружений. ОФМГ, №4, 2003.

ПОДПИСИ К КАРТИНКАМ: