Устройство для оценки технического состояния конструкций Российский патент 2025 года по МПК G01N29/04 G01M7/00 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля конструкций зданий и сооружений и предназначено для определения технического состояния строительных конструкций на основе значений контролируемых физических параметров и для диагностирования безопасной эксплуатации объектов.

В результате проведенного патентного поиска были обнаружены устройства, применяемые для решения подобного рода задач, которые можно рассматривать в качестве аналогов предполагаемого устройства.

Известны «Способ и система контроля состояния конструкций» (патент РФ на изобретение RU 2683369 C2). Система контроля состояния конструкций представляет собой измерительный модуль, установленный на контролируемом элементе конструкции, обеспечивающий возможность измерения угловых и линейных смещений контролируемого элемента конструкции. Недостатком известной системы является отсутствие возможности измерения теплового потока, проходящего через обследуемый объект, что не позволяет в полной мере проанализировать изменение протекания физико-химических процессов.

Известны «Способ дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерных сооружений и устройство для его осуществления» (патент РФ на изобретение RU 2471161 C1). Известное техническое решение представляет собой устройство, содержащее блоки измерения: деформации, механического напряжения, вибрации, давления, расхода, температуры транспортируемого продукта, температуры грунта, электрического тока, электрического потенциала с электродом сравнения, преобразователи, контроллер, модем, линию связи и пункт контроля. Недостатком известного устройства является отсутствие возможности измерения отклонения строительных конструкций объектов от проектного положения, что снижает эффективность обследования технического состояния зданий и сооружений.

Известно «Устройство контроля технического состояния строительных конструкций» (патент РФ на изобретение RU 940241, заявлен 15.07.2019), которое представляет собой устройство в защитном корпусе, которое содержит пузырьковый уровень и веб-камеру, размещенные в светонепроницаемом отсеке таким образом, чтобы пузырьковый уровень полностью присутствовал в кадре, а также блок обработки и хранения фотоизображения. Устройство используется для оценки и прогнозирования технического состояния судоходных шлюзов, причальных сооружений, мостовых опор, конструкций зданий и других строительных сооружений по результатам измерения уклона их отдельных частей относительно горизонтальной плоскости. Недостатком известной системы является отсутствие возможности измерения проекции кажущегося ускорения ввиду отсутствия акселерометров.

Известен «Способ мониторинга технического состояния объектов повышенной опасности» (патент РФ на изобретение RU 2626391). Данное техническое решение представляет собой автоматизированную систему мониторинга технического состояния конструкций, которая включает в себя три базовых уровня: подсистему датчиков, подсистему сбора и обработки данных, а также экспертную систему оценки и прогнозирования состояния объекта, представляющую собой промышленный компьютер с инсталлированным программным инструментом. На основе материалов проектирования, проектно-изыскательных работ, в экспертной системе формируется расчетная математическая модель объекта. На основе построенной модели осуществляют формирование пространства для идентификации объекта контроля путем измерения частот и форм его собственных колебаний. Недостатком известной системы является отсутствие возможности формирования моделей физического износа объектов, что не позволяет спрогнозировать изменение значений износа строительных конструкций и обеспечить эксплуатирующую объект организацию необходимыми данными о возможном изменении технического состояния здания или сооружения.

Известно «Устройство обследования состояния конструкции» (RU 2636789С1, G01N 29/00, 28.11.2017), недостатком которого является отсутствие возможности прогнозирования технического состояния зданий и сооружений, анализа статистической информации об эксплуатируемых объектах, отсутствие функциональной возможности хранения данных обследования и эксплуатации, моделирования деформаций физического воздействия, измерения отклонений строительных конструкций объектов от проектного положения, измерения динамических изменений в физических переменных.

Указанные выше недостатки частично были решены в изобретении «Устройство обследования состояния конструкций» (RU 2748789 С1, G01N 29/04), которое кроме, признаков изобретения по патенту RU 2636789С1, было дополнительно снабжено инклинометрами, блоком моделирования износа объектов, блоком прогнозирования технического состояния, блоком анализа статистической информации, блоком хранения данных обследования и эксплуатации, блоком моделирования деформаций от физического воздействия и устройством контроля теплового потока. Это позволило реализовать функции моделирования износа объектов, прогнозирования технического состояния объектов, анализа статистической информации о результатах обследования и моделирования деформаций от физического воздействия, а также хранения данных обследования и эксплуатации.

Вместе с тем, известное техническое решение применимо главным образом при обследовании наземной части объектов гражданской и промышленной инфраструктуры. Объекты, имеющие размерность по одному измерению, кратно превышающую сумму значений по двум другим измерениям (фермы, балки, плиты, гидротехнические сооружения), нуждаются в определении прогибов отдельных точек конструкций, контроле раскрытия деформационных швов, взаимного положения элементов конструкций относительно друг друга во время эксплуатации, осадки зданий и сооружений, свай и фундаментных плит, а также подвижек грунтового массива. Предложенное изобретение позволяет устранить недостаток известного решения.

Технический результат, который реализуется при использовании предложенного технического решения, заключается в повышении достоверности оценки технического состояния конструкций за счет расширения области контролируемых параметров и области применения устройства в обследовании оснований и фундаментов зданий и сооружений, а также сооружений гидротехнического строительства, что в свою очередь позволяет снизить количество допускаемых ошибок при оценке технического состояния конструкций.

Сущность заявленного устройства для оценки технического состояния конструкций состоит в том, что известное устройство содержит пьезоэлектрические датчики, усилители аналогового сигнала, устройство приема-передачи, компьютер (переносной) ПЭВМ, программное обеспечение, панель оператора со световым и звуковым сопровождением, видеокамера, аналого-цифровые преобразователи, акселерометр, внешний корпус, инклинометры, блок моделирования износа объектов, блок прогнозирования технического состояния, блок анализа статистической информации, блок хранения данных обследования и эксплуатации, блок моделирования деформаций от физического воздействия, устройство контроля теплового потока.

При этом устройство дополнительно снабжено:

прогибомерами, датчиками примыкания, датчиками перемещений, гидростатическими нивелирами, грунтовыми экстензометрами, датчиком влажности и температуры почвы, блоком измерения электродных потенциалов.

При этом

прогибомеры последовательно соединены с усилителями аналогового сигнала, усилители аналогового сигнала последовательно соединены с пятым аналогово-цифровым преобразователем, который последовательно соединен с компьютером (переносным) ПЭВМ и взаимодействует с ним через шестое программное обеспечение;

датчики примыкания последовательно соединены с усилителями аналогового сигнала, усилители аналогового сигнала последовательно соединены с шестым аналогово-цифровым преобразователем, который последовательно соединен с компьютером (переносным) ПЭВМ и взаимодействует с ним через седьмое программное обеспечение;

датчики перемещений последовательно соединены с усилителями аналогового сигнала, усилители аналогового сигнала последовательно соединены с седьмым аналогово-цифровым преобразователем, который последовательно соединен с компьютером (переносным) ПЭВМ и взаимодействует с ним через восьмое программное обеспечение;

гидростатические нивелиры последовательно соединены с усилителями аналогового сигнала, усилители аналогового сигнала последовательно соединены с восьмым аналогово-цифровым преобразователем, который последовательно соединен с компьютером (переносным) ПЭВМ и взаимодействует с ним через девятое программное обеспечение;

грунтовые экстензометры последовательно соединены с усилителями аналогового сигнала, усилители аналогового сигнала последовательно соединены с девятым аналогово-цифровым преобразователем, который последовательно соединен с компьютером (переносным) ПЭВМ и взаимодействует с ним через десятое программное обеспечение;

датчик влажности и температуры почвы последовательно соединен с усилителем аналогового сигнала, усилитель аналогового сигнала последовательно соединен с десятым аналогово-цифровым преобразователем, который последовательно соединен с компьютером (переносным) ПЭВМ и взаимодействует с ним через одиннадцатое программное обеспечение;

блок измерения электродных потенциалов последовательно соединен с панелью оператора со световым и звуковым сопровождением.

При этом, компьютер (переносной) ПЭВМ, размещенный внутри корпуса, кроме первого, второго, третьего, четвертого и пятого программного обеспечения, содержит в себе также предустановленное шестое, седьмое, восьмое, девятое, десятое и одиннадцатое программное обеспечение.

Отличительными признаками заявленного устройства для оценки технического состояния конструкций являются:

1. дополнительное снабжение устройства прогибомерами, датчиками примыкания, датчиками перемещений, гидростатическими нивелирами, грунтовыми экстензометрами, датчиком влажности и температуры почвы и блоком измерения электродных потенциалов.

2. последовательное соединение прогибомеров через усилители аналогового сигнала с пятым аналогово-цифровым преобразователем.

3. последовательное соединение пятого аналогово-цифрового преобразователя с компьютером (переносным) ПЭВМ и взаимодействие с ним через шестое программное обеспечение.

4. последовательное соединение датчиков примыкания через усилители аналогового сигнала с шестым аналогово-цифровым преобразователем.

5. последовательное соединение шестого аналогово-цифрового преобразователя с компьютером (переносным) ПЭВМ и взаимодействие с ним через седьмое программное обеспечение.

6. последовательное соединение датчиков перемещений через усилители аналогового сигнала с седьмым аналогово-цифровым преобразователем.

7. последовательное соединение седьмого аналогово-цифрового преобразователя с компьютером (переносным) ПЭВМ и взаимодействие с ним через восьмое программное обеспечение.

8. последовательное соединение гидростатических нивелиров через усилители аналогового сигнала с восьмым аналогово-цифровым преобразователем.

9. последовательное соединение восьмого аналогово-цифрового преобразователя с компьютером (переносным) ПЭВМ и взаимодействие с ним через девятое программное обеспечение;

10. последовательное соединение грунтовых экстензометров через усилители аналогового сигнала с девятым аналогово-цифровым преобразователем.

11. последовательное соединение девятого аналогово-цифрового преобразователя с компьютером (переносным) ПЭВМ и взаимодействие с ним через десятое программное обеспечение;

12. последовательное соединение датчика влажности и температуры через усилитель аналогового сигнала с десятым аналогово-цифровым преобразователем;

13. последовательное соединение десятого аналогово-цифрового преобразователя с компьютером (переносным) ПЭВМ и взаимодействие с ним через одиннадцатое программное обеспечение;

14. последовательное соединение блока измерения электродных потенциалов с панелью оператора со световым и звуковым сопровождением.

По сведениям, имеющимся у авторов, совокупность отличительных признаков не известна в технической литературе, что отвечает условию патентоспособности «новизна».

Совместное применение в заявляемом устройстве указанных отличительных признаков № 1…14 позволяет получить положительный эффект, который заключается в том, что расширяется область применения устройства, т.к. оно может быть применено для обследования состояния как наземной части зданий и сооружений, так и оснований и фундаментов объектов промышленно-гражданского строительства, а также протяженных гидротехнических сооружений (например, пирсов, молов, набережных). Кроме этого, увеличение количества контролируемых параметров положительным образом влияет на достоверность оценки и прогнозирования изменения технического состояния конструкций.

Заявленное техническое решение представлено в графических материалах, а именно:

На фигуре 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства.

На фигуре 1 используются следующие условные обозначения и нумерация, представленная арабскими цифрами:

1 - Пьезоэлектрические датчики;

2 - Первый усилитель аналогового сигнала;

3 - Устройство приема-передачи;

4 - Компьютер (переносной) ПЭВМ;

5 - Первое программное обеспечение;

6 - Панель оператора;

7 - Видеокамера;

8 - Первый аналого-цифровой преобразователь;

9 - Второе программное обеспечение;

10 - Акселерометр;

11 - Второй усилитель аналогового сигнала;

12 - Второй аналого-цифровой преобразователь;

13 - Третье программное обеспечение;

14 - Внешний корпус;

15 - Устройство контроля теплового потока;

16 - Третий аналого-цифровой преобразователь;

17 - Инклинометры;

18 - Четвертый аналого-цифровой преобразователь;

19 - Четвертое программное обеспечение;

20 - Пятое программное обеспечение;

21 - Блок моделирования износа объектов;

22 - Блок прогнозирования физического состояния;

23 - Блок анализа статистической информации;

24 - Блок хранения данных обследования и эксплуатации;

25 - Блок моделирования деформаций физического воздействия;

26 - Прогибомер;

27 - Третий усилитель аналогового сигнала;

28 - Пятый аналого-цифровой преобразователь;

29 - Шестое программное обеспечение;

30 - Датчики примыкания;

31 - Четвертый усилитель аналогового сигнала;

32 - Шестой аналого-цифровой преобразователь;

33 - Седьмое программное обеспечение;

34 - Датчики перемещений;

35 - Пятый усилитель аналогового сигнала;

36 - Седьмой аналого-цифровой преобразователь;

37 - Восьмое программное обеспечение;

38 - гидростатические нивелиры;

39 - Шестой усилитель аналогового сигнала;

40 - Восьмой аналого-цифровой преобразователь;

41 - Девятое программное обеспечение;

42 - Грунтовые экстензометры;

43 - Седьмой усилитель аналогового сигнала;

44 - Девятый аналого-цифровой преобразователь;

45 - Десятое программное обеспечение;

46 - Датчик влажности и температуры почвы;

47 - Восьмой усилитель аналогового сигнала;

48 - Десятый аналого-цифровой преобразователь;

49 - Одиннадцатое программное обеспечение;

50 - Блок измерения электродных потенциалов.

Данное изобретение может быть реализовано в переносных блоках посредством последовательной коммутации на строительных объектах. Выполненное в виде переносных блоков устройство устанавливается на строительной конструкции (инклинометры, акселерометры, пьезоэлектрические датчики, видеокамеры; прогибомеры, датчики примыкания, датчики перемещений, гидростатические нивелиры, измерительные электроды блока измерения электродных потенциалов), в прилегающем к объектам строительства грунте и на его поверхности (грунтовые экстензометры, датчики влажности и температуры почвы); а блоки моделирования износа объектов, прогнозирования физического состояния, анализа статистической информации, хранения данных обследования и эксплуатации, моделирования деформаций физического воздействия, измерения электродных потенциалов, представленные переносными эргономичными модулями, коммутируются к компьютеру (переносному) ПЭВМ, который в свою очередь, заключен во внешний корпус.

Инклинометры производят измерение углов наклона и направления (азимута) строительных конструкций относительно гравитационного поля Земли для определения стабильности положения и количественной оценки величины, скорости и направления наклона.

Акселерометры измеряют проекцию кажущегося ускорения строительных конструкций, что позволяет контролировать их колебания. С их помощью можно регистрировать ускорения, которые передаются на эти конструкции или на их элементы. Датчики позволяют замерить то, как обследуемая строительная конструкция изменяется на этапе строительства и в ходе эксплуатации объекта.

Пьезоэлектрические датчики измеряют скорость изменения деформации (вибрации) строительных конструкций за счет растяжения или сжатия пьезокристаллов и превращения механического вибровоздействия в электрический сигнал.

Видеокамеры осуществляют фото- и видеофиксацию изменений, происходящих со строительными конструкциями, и сохраняют эти данные в базе данных, что позволяет впоследствии обращаться к ним для проверки на соответствие со схожими ситуациями, когда параметры являются идентичными.

Прогибомеры измеряют линейные перемещения или прогибы отдельных точек строительных конструкций (ферм, балок, плит, пролетных строений), а также определяют осадку опор, фундаментов и других элементов строительных конструкций.

Датчики примыкания контролируют раскрытие деформационных швов, взаимное положение элементов строительных конструкций относительно друг друга во время эксплуатации.

Датчики перемещений контролируют раскрытие трещин, деформационных швов, вертикальные и горизонтальные перемещения элементов строительных конструкций относительно друг друга.

Гидростатические нивелиры измеряют относительные и абсолютные осадки строительных конструкций посредством измерительных емкостей, заполненных рабочей жидкостью и являющихся сообщающимися сосудами, что особенно актуально для определения вертикальных подвижек элементов строительных конструкций.

Грунтовые экстензометры выполняют послойный контроль вертикальных подвижек грунтового массива, размещенного в непосредственной близости или под строительным объектом за счет перемещения грунтовых анкеров, установленных в контролируемых слоях грунта относительно головного модуля, размещенного на поверхности. Грунтовые анкеры соединены с датчиками, расположенными в головном модуле, с помощью анкерных тяг. Вертикальные перемещения грунтовых анкеров, вызванные подвижками грунта, приводят к смещению штоков датчиков, жестко связанных с анкерными тягами.

Датчики влажности и температуры почвы выполняют непрерывный контроль объемной доли воды в грунте емкостным методом измерения диэлектрической проницаемости грунта.

Блок моделирования износа объектов определяет процент износа обследуемой строительной конструкции, а также отображает процессы старения, износа, разрушения обследуемой строительной конструкции и ее элементов.

Блок прогнозирования физического состояния выдает прогноз о физическом состоянии обследуемых строительных конструкций, тем самым позволяет адекватно и с высокой точностью диагностировать техническое состояние обследуемой строительной конструкции как реальном времени, так и в краткосрочной и долгосрочной перспективах, прогнозировать и предупреждать появление аварийных режимов и неисправностей.

Блок анализа статистической информации собирает, обобщает, анализирует все поступившие с пьезоэлектрических датчиков, акселерометров, инклинометров, видеокамер, устройств контроля теплового потока, прогибомеров, датчиков примыканий, датчиков перемещений, гидростатических нивелиров, грунтовых экстензометров, датчиков влажности и температуры почвы, и на основании всего этого выдает общую оценку о состоянии обследуемой строительной конструкции.

Блок хранения данных обследования и эксплуатации хранит данные об обследовании и эксплуатации строительных конструкций и их состоянии.

Блок моделирования деформаций физического воздействия на основании данных, поступающих с пьезоэлектрических датчиков, акселерометров, инклинометров, видеокамер, устройств контроля теплового потока прогибомеров, датчиков примыканий, датчиков перемещений, гидростатических нивелиров, грунтовых экстензометров, датчиков влажности и температуры почвы определяет деформацию благодаря тому, что известен вектор перемещения каждой точки обследуемой строительной конструкции и моделирует ее, после чего выдает оператору информацию в виде отчета.

Блок измерения электродных потенциалов определяет потенциал различных точек металлических конструкций относительно условно нулевого потенциала, что особенно актуально в связи с наличием требований по объему мероприятий при техническом контроле состояния строительных объектов.

Устройство для оценки технического состояния конструкций содержит элементы, которые охарактеризованы на функциональном уровне. Далее при описании работы, предполагаемого устройства представляются сведения, подтверждающие возможность выполнения такими средствами конкретной предписываемой ему в составе данного устройства функции.

Устройство работает следующим образом.

Оператор подсоединяет пьезоэлектрические датчики, акселерометры, инклинометры, видеокамеры устройства контроля теплового потока, прогибомеры, датчики примыканий, датчики перемещений, гидростатические нивелиры, грунтовые экстензометры, датчики влажности и температуры почвы к строительному объекту или выполняет монтаж закладных элементов в примыкающий к объекту грунтовый массив.

Пьезоэлектрические датчики реагируют на вибрацию или давление в обследуемой строительной конструкции за счет растяжения или сжатия пьезокристаллов и превращают механическое вибровоздействие в электрический сигнал. Далее этот сигнал усиливается в первом усилителе аналогового сигнала, а затем через устройство приема-передачи идет в компьютер (переносной) ПЭВМ, где обрабатывается первым программным обеспечением, а затем выводится на панель оператора. Информация от пьезоэлектрических датчиков дублируется также в блоки моделирования износа объектов, прогнозирования физического состояния, анализа статической информации, хранения данных обследования и эксплуатации, моделирования деформаций физического воздействия.

Акселерометры реагируют на статическое или динамическое ускорение, возникающее в обследуемой строительной конструкции под действием силы, действующей на сенсорный элемент датчика. Далее этот сигнал усиливается во втором усилителе аналогового сигнала, а затем через второй аналого-цифровой преобразователь идет в компьютер (переносной) ПЭВМ, где обрабатывается третьим программным обеспечением, а затем выводится на панель оператора. Информация от акселерометров дублируется также в блоки моделирования износа объектов, прогнозирования физического состояния, анализа статической информации, хранения данных обследования и эксплуатации, моделирования деформаций физического воздействия.

Инклинометры (электронные) используют гироскоп для измерения направления тяги тяжести, который остается в одном положении, независимо от угла наклона прибора. Угол между гироскопом и обследуемой строительной конструкцией определяется с помощью электронных датчиков, а затем его значение через четвертый аналого-цифровой преобразователь идет в компьютер (переносной) ПЭВМ, где обрабатывается пятым программным обеспечением, а затем выводится на панель оператора. Информация от инклинометров дублируется также в блоки моделирования износа объектов, прогнозирования физического состояния, анализа статической информации, хранения данных обследования и эксплуатации, моделирования деформаций физического воздействия.

Видеокамеры фиксируют отклонения обследуемой строительной конструкции с целью видео- и фотофиксации и передают эти данные на первый аналого-цифровой преобразователь, с которого они идут в компьютер (переносной) ПЭВМ, где обрабатывается вторым программным обеспечением, а затем выводятся на панель оператора, сигнализируя оператору об изменении состояния обследуемой строительной конструкции.

Устройство контроля теплового потока измеряет и регистрирует: плотность тепловых потоков, проходящих через одно- или многослойную обследуемую строительную конструкцию, через ее теплоизоляцию и облицовку; температуру поверхности обследуемой строительной конструкции и окружающего воздуха и передает эти данные на третий аналого-цифровой преобразователь, с которого они идут в компьютер (переносной) ПЭВМ, где обрабатываются четвертым программным обеспечением, а затем выводятся на панель оператора. Информация от устройств измерения теплового потока дублируется также в блоки моделирования износа объектов, прогнозирования физического состояния, анализа статической информации, хранения данных обследования и эксплуатации, моделирования деформаций физического воздействия.

Прогибомеры измеряют линейные перемещения и прогибы отдельных точек строительных конструкций (ферм, балок, плит, пролетных строений), а также измеряют осадку опор, фундаментов и других элементов строительных конструкций. Далее эти данные усиливаются в третьем усилителе аналогового сигнала, а затем через пятый аналого-цифровой преобразователь идет в компьютер (переносной) ПЭВМ, где обрабатывается шестым программным обеспечением, а затем выводятся на панель оператора. Информация от прогибомеров дублируется также в блоки моделирования износа объектов, прогнозирования физического состояния, анализа статической информации, хранения данных обследования и эксплуатации, моделирования деформаций физического воздействия.

Датчики примыкания выполняют контроль раскрытия деформационных швов, мониторинг взаимного положения элементов строительных конструкций относительно друг друга во время эксплуатации. Далее эти данные усиливаются в четвертом усилителе аналогового сигнала, а затем через шестой аналого-цифровой преобразователь идет в компьютер (переносной) ПЭВМ, где обрабатывается седьмым программным обеспечением, а затем выводятся на панель оператора. Информация от датчиков примыкания дублируется также в блоки моделирования износа объектов, прогнозирования физического состояния, анализа статической информации, хранения данных обследования и эксплуатации, моделирования деформаций физического воздействия.

Датчики перемещений выполняют контроль раскрытия трещин, деформационных швов, вертикальных и горизонтальных перемещений элементов строительных конструкций относительно друг друга. Далее эти данные усиливаются в пятом усилителе аналогового сигнала, а затем через седьмой аналого-цифровой преобразователь идет в компьютер (переносной) ПЭВМ, где обрабатывается восьмым программным обеспечением, а затем выводятся на панель оператора. Информация от датчиков перемещений дублируется также в блоки моделирования износа объектов, прогнозирования физического состояния, анализа статической информации, хранения данных обследования и эксплуатации, моделирования деформаций физического воздействия.

Гидростатические нивелиры выполняют мониторинг осадки зданий и сооружений, свай и фундаментных плит, контролируют осадку гидротехнических сооружений за счет перемещения жидкости между сообщающимися измерительными сосудами. Далее эти данные усиливаются в шестом усилителе аналогового сигнала, а затем через восьмой аналого-цифровой преобразователь идет в компьютер (переносной) ПЭВМ, где обрабатывается девятым программным обеспечением, а затем выводятся на панель оператора. Информация от гидростатических нивелиров дублируется также в блоки моделирования износа объектов, прогнозирования физического состояния, анализа статической информации, хранения данных обследования и эксплуатации, моделирования деформаций физического воздействия.

Грунтовые экстензометры контролируют послойные вертикальные подвижки грунтового массива за счет подвижек грунтовых анкеров, установленных в контролируемых слоях грунта относительно головного модуля экстензометра, размещенного на поверхности. Грунтовые анкеры соединены с датчиками перемещений, расположенными в головном модуле с помощью анкерных тяг. Вертикальные перемещения грунтовых анкеров, вызванные подвижками грунта, приводят к смещению штоков датчиков перемещений, жестко связанных с анкерными тягами. Контроль подвижек грунта осуществляется в шести зонах по высоте. Полученные грунтовыми экстензометрами данные усиливаются в седьмом усилителе аналогового сигнала, а затем через девятый аналого-цифровой преобразователь идет в компьютер (переносной) ПЭВМ, где обрабатывается десятым программным обеспечением, а затем выводятся на панель оператора. Информация от грунтовых экстензометров дублируется также в блоки моделирования износа объектов, прогнозирования физического состояния, анализа статической информации, хранения данных обследования и эксплуатации, моделирования деформаций физического воздействия.

Датчики влажности и температуры почвы выполняют непрерывный мониторинг объемной доли воды в грунте путем измерения относительной диэлектрической проницаемости грунта. Полученные данные усиливаются в восьмом усилителе аналогового сигнала, а затем через десятый аналого-цифровой преобразователь идет в компьютер (переносной) ПЭВМ, где обрабатывается одиннадцатым программным обеспечением, а затем выводятся на панель оператора. Информация от датчиков влажности и температуры почвы дублируется также в блоки моделирования износа объектов, прогнозирования физического состояния, анализа статической информации, хранения данных обследования и эксплуатации, моделирования деформаций физического воздействия.

Блок измерения электродных потенциалов измеряет потенциал различных точек металлических конструкций относительно условно нулевого потенциала при соприкосновении измерительных электродов с металлическими элементами строительных конструкций. Полученные данные обрабатываются блоком измерения электродных потенциалов и передаются на панель оператора. Информация от блока измерения электродных потенциалов дублируется также в блоки моделирования износа объектов, прогнозирования физического состояния, анализа статической информации, хранения данных обследования и эксплуатации, моделирования деформаций физического воздействия.

Оператор, получив на панели сведения от пьезоэлектрических датчиков, анализирует изменения давления и вибрации в обследуемой строительной конструкции, их влияние на техническое состояние, всей конструкции, прежде всего, возникновение деформаций, и работу в целом, если речь идет, например, о промышленном предприятии.

Данные, поступающие оператору с акселерометров, используются для оценки состояния несущих конструкций. Оператором регистрируются ускорения, которые «передаются» на конструкцию или ее элементы. Датчики акселерометра фиксируют колебания, вызванные как природными, так и техногенными факторами.

Данные с инклинометров оператор использует для вынесения оценки о величине и азимуте угла обследуемой строительной конструкцией относительно гравитационного поля Земли, которая необходима для определения обследуемой конструкции в пространстве и предотвращения аварийных ситуаций.

Данные, поступающие оператору с видеокамер, дают наглядное представление о тех изменениях обследуемой строительной конструкции, которые можно увидеть визуально.

На основании полученных данных с устройств контроля теплового потока оператор определяет сопротивление теплопередаче и термическое сопротивление исследуемой строительной конструкции, проводит оценочные измерения ее теплопроводности.

Данные, поступающие оператору с прогибомеров, позволяют судить о наличии линейных перемещений или прогибов отдельных участков строительных конструкций, констатировать наличие осадки у опор и фундаментов строительных объектов. Указанные сведения используются для подготовки заключения об изменении напряженно-деформированного состояния конструкций.

Данные, поступающие оператору от датчиков примыкания, дают сведения об изменении ширины раскрытия деформационных швов, изменении взаимного расположения строительных конструкций относительно друг друга во время эксплуатации. Указанные сведения используются для подготовки заключения о нарушении конструктивной схемы строительного объекта.

Данные, поступающие оператору от датчиков перемещений, дополняют информацию, поступающую от акселерометров, и позволяют оператору судить об изменении ширины раскрытия трещин, деформационных швов, случившихся вертикальных или горизонтальных перемещений элементов относительно друг друга.

Данные, поступающие оператору от гидростатических нивелиров, дают оператору информацию о наличии осадки у строительных объектов, изменении положения свай, фундаментных плит, конструкций гидротехнических сооружений, что особенно актуально для причальных и оградительных портовых сооружений.

Данные, поступающие оператору от грунтовых экстензометров, дают оператору информацию об изменении положения грунтового массива, непосредственно прилегающего к сооружению, а также о возможном изменении положения основания строительного объекта, создающего предпосылки к обрушению объекта.

Данные, поступающие оператору от датчиков влажности и температуры почвы, дают информацию о превышении уровня допустимого количества воды в грунте, что может использоваться при геотехническом мониторинге фундамента строительных объектов и позволяет более объективно подходить к оценке неравномерности осадки объектов.

Данные, поступающие оператору от блока измерения электродных потенциалов, позволяют принимать решение об организации мероприятий антикоррозионной защиты металлических элементов строительных конструкций, не допустить их преждевременной коррозии.

Поступившие с пьезоэлектрических датчиков, акселерометров, инклинометров, видеокамер, устройств контроля теплового потока, прогибомеров, датчиков примыканий, датчиков перемещений, гидростатических нивелиров, грунтовых экстензометров, датчиков влажности и температуры почвы, блока измерения электродных потенциалов данные поступают также в блок моделирования износа объектов. Физический износ моделируется с учетом воздействия внешних и внутренних факторов. Анализ и использование полученных данных при проведении обследования позволяет выявить более реальные значения физического износа, а также определить соответствующие зависимости и тенденции изменения. Данные, полученные от прогибомеров, датчиков примыканий, датчиков перемещений, гидростатических нивелиров, грунтовых экстензометров, датчиков влажности и температуры почвы позволяют, блока измерения электродных потенциалов повысить точность определения физического износа конструкций.

Поступившие с пьезоэлектрических датчиков, акселерометров, инклинометров, видеокамер, устройств контроля теплового потока, прогибомеров, датчиков примыканий, датчиков перемещений, гидростатических нивелиров, грунтовых экстензометров, датчиков влажности и температуры почвы, блока измерения электродных потенциалов данные поступают также в блок прогнозирования физического состояния. Прогнозирование физического состояния обследуемой строительной конструкции во времени и установление целесообразных мероприятий по ее обслуживанию возможно путем перехода от анализа реального объекта к анализу его математической модели, построение которой более точно с применением данных, полученных от прогибомеров, датчиков примыканий, датчиков перемещений, гидростатических нивелиров, грунтовых экстензометров, датчиков влажности и температуры почвы, блока измерения электродных потенциалов.

Поступившие с пьезоэлектрических датчиков, акселерометров, инклинометров, видеокамер, устройств контроля теплового потока, прогибомеров, датчиков примыканий, датчиков перемещений, гидростатических нивелиров, грунтовых экстензометров, датчиков влажности и температуры почвы, блока измерения электродных потенциалов данные поступают также в блок анализа статистической информации, где она анализируется и, сформировавшись в виде графиков и отчета, выводится на панель оператора.

Поступившие с пьезоэлектрических датчиков, акселерометров, инклинометров, видеокамер, устройств контроля теплового потока, прогибомеров, датчиков примыканий, датчиков перемещений, гидростатических нивелиров, грунтовых экстензометров, датчиков влажности и температуры почвы, блока измерения электродных потенциалов данные поступают также в блок хранения данных обследования и эксплуатации, где вся полученная информация об обследуемой строительной конструкции накапливается и сохраняется. При необходимости оператор может воспользоваться ей в любое время по запросу.

Поступившие с пьезоэлектрических датчиков, акселерометров, инклинометров, видеокамер, устройств контроля теплового потока, прогибомеров, датчиков примыканий, датчиков перемещений, гидростатических нивелиров, грунтовых экстензометров, датчиков влажности и температуры почвы, блока измерения электродных потенциалов данные поступают также в блок моделирования деформаций физического воздействия, где задача определения деформации физического воздействия обследуемой строительной конструкции решается численно, методом конечных разностей в постановке плоской деформации: описывается модель механического отклика обследуемой строительной конструкции. Построение модели является более точным с применением данных, полученных от прогибомеров, датчиков примыканий, датчиков перемещений, гидростатических нивелиров, грунтовых экстензометров, датчиков влажности и температуры почвы, блока измерения электродных потенциалов.

Поступившие от блока измерения электродных потенциалов данные выводятся на панель оператора.

В результате на панель оператора выводится готовый отчет о состоянии обследуемой строительной конструкции и графики.

По окончании обследования, оператор, используя сведения из базы данных о ранее возникавших изменениях технического состояния строительных конструкций, в зависимости от показателей регистрирующих приборов (пьезоэлектрических датчиков, акселерометров, инклинометров, устройств контроля тепловых потоков, прогибомеров, датчиков примыканий, датчиков перемещений, гидростатических нивелиров, грунтовых экстензометров, датчиков влажности и температуры почвы, блока измерения электродных потенциалов), определяет достоверность полученного отчета и в случае положительного исхода сохраняет графики и отчет. Оператор отсоединяет последовательно все переносные модули и ПЭВМ. После того, как оператор проверяет отчет, он заносит его в базу данных и предоставляет заказчику (подрядчику).

Таким образом, благодаря усовершенствованию известного устройства достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении достоверности оценки технического состояния конструкций за счет расширения области контролируемых параметров и области применения устройства в обследовании оснований и фундаментов зданий и сооружений, а также сооружений гидротехнического строительства, что в свою очередь позволяет снизить количество допускаемых ошибок при оценке технического состояния конструкций.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля конструкций зданий и сооружений и предназначено для определения технического состояния строительных конструкций на основе значений контролируемых физических параметров и для диагностирования безопасной эксплуатации объектов. Устройство содержит пьезоэлектрические датчики, усилители аналогового сигнала, устройство приема-передачи, компьютер переносной ПЭВМ, программное обеспечение, панель оператора со световым и звуковым сопровождением, видеокамеру, аналогово-цифровые преобразователи, акселерометры, внешний корпус, инклинометры, блок моделирования износа объектов, блок прогнозирования технического состояния, блок анализа статистической информации, блок хранения данных обследования и эксплуатации, блок моделирования деформаций от физического воздействия, устройство контроля теплового потока. Дополнительно устройство снабжено прогибомерами, датчиками примыкания, датчиками перемещений, гидростатическими нивелирами, грунтовыми экстензометрами, датчиком влажности и температуры почвы, блоком измерения электродных потенциалов. Технический результат заключается в повышении достоверности оценки технического состояния конструкций. 1 ил.

Устройство для оценки технического состояния конструкций, содержащее пьезоэлектрические датчики, усилители аналогового сигнала, устройство приема-передачи, компьютер переносной ПЭВМ, программное обеспечение, панель оператора со световым и звуковым сопровождением, видеокамеру, аналогово-цифровые преобразователи, акселерометры, внешний корпус, инклинометры, блок моделирования износа объектов, блок прогнозирования технического состояния, блок анализа статистической информации, блок хранения данных обследования и эксплуатации, блок моделирования деформаций от физического воздействия, устройство контроля теплового потока, коммутируемые между собой таким образом, что пьезоэлектрические датчики последовательно соединены с усилителями аналогового сигнала, усилители аналогового сигнала последовательно соединены с устройством приема-передачи, которое последовательно соединено с компьютером переносным ПЭВМ и взаимодействует с ним через первое программное обеспечение; акселерометры последовательно соединены с усилителями аналогового сигнала, усилители аналогового сигнала последовательно соединены со вторым аналогово-цифровым преобразователем, который последовательно соединен с компьютером переносным ПЭВМ и взаимодействует с ним через второе программное обеспечение; видеокамеры последовательно соединены с первым аналогово-цифровым преобразователем, который последовательно соединен с компьютером переносным ПЭВМ и взаимодействует с ним через третье программное обеспечение; устройства контроля теплового потока последовательно соединены с третьим аналогово-цифровым преобразователем, который последовательно соединен с компьютером переносным ПЭВМ и взаимодействует с ним через четвертое программное обеспечение; инклинометры последовательно соединены с четвертым аналогово-цифровым преобразователем, который последовательно соединен с компьютером переносным ПЭВМ и взаимодействует с ним через пятое программное обеспечение; блок моделирования износа объектов, блок прогнозирования технического состояния, блок анализа статистической информации, блок хранения данных обследования и эксплуатации, блок моделирования деформаций от физического воздействия последовательно соединены с панелью оператора со световым и звуковым сопровождением, которая последовательно соединена с компьютером переносным ПЭВМ, а каждый пьезоэлектрический датчик и акселерометр подключен к своему усилителю аналогового сигнала, компьютер переносной ПЭВМ размещен внутри корпуса и содержит в себе предустановленное первое, второе, третье и четвертое программное обеспечение, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено прогибомерами, датчиками примыкания, датчиками перемещений, гидростатическими нивелирами, грунтовыми экстензометрами, датчиком влажности и температуры почвы, блоком измерения электродных потенциалов,

при этом прогибомеры последовательно соединены с усилителями аналогового сигнала, усилители аналогового сигнала последовательно соединены с пятым аналогово-цифровым преобразователем, который последовательно соединен с компьютером переносным ПЭВМ и взаимодействует с ним через шестое программное обеспечение;

датчики примыкания последовательно соединены с усилителями аналогового сигнала, усилители аналогового сигнала последовательно соединены с шестым аналогово-цифровым преобразователем, который последовательно соединен с компьютером переносным ПЭВМ и взаимодействует с ним через седьмое программное обеспечение;

датчики перемещений последовательно соединены с усилителями аналогового сигнала, усилители аналогового сигнала последовательно соединены с седьмым аналогово-цифровым преобразователем, который последовательно соединен с компьютером переносным ПЭВМ и взаимодействует с ним через восьмое программное обеспечение;

гидростатические нивелиры последовательно соединены с усилителями аналогового сигнала, усилители аналогового сигнала последовательно соединены с восьмым аналогово-цифровым преобразователем, который последовательно соединен с компьютером переносным ПЭВМ и взаимодействует с ним через девятое программное обеспечение;

грунтовые экстензометры последовательно соединены с усилителями аналогового сигнала, усилители аналогового сигнала последовательно соединены с девятым аналогово-цифровым преобразователем, который последовательно соединен с компьютером переносным ПЭВМ и взаимодействует с ним через десятое программное обеспечение;

датчик влажности и температуры почвы последовательно соединен с усилителем аналогового сигнала, усилитель аналогового сигнала последовательно соединен с десятым аналогово-цифровым преобразователем, который последовательно соединен с компьютером переносным ПЭВМ и взаимодействует с ним через одиннадцатое программное обеспечение;

блок измерения электродных потенциалов последовательно соединен с панелью оператора со световым и звуковым сопровождением.