Приложение А. Средства измерения при периодическом мониторинге (приборы, оборудование, методики)

Приложение А
(рекомендуемое)

Средства измерения при периодическом мониторинге (приборы, оборудование, методики)

А.1 Выполнение специальных инструментальных измерений при мониторинге пролетных строений может быть обеспечено следующими средствами измерения, приборами и оборудованием.

А.1.1 Линейные перемещения измеряют с помощью многочисленных датчиков в статическом и динамическом режимах:

- Оптоволоконные датчики деформаций с базой от 250 мм до 10000 мм разрешением комплектуемые термопарами (рисунок А.1).

- Деформометры (статика), обеспечивающие определение величины относительной деформации с точностью до . Например, деформометры базой измерения 500 мм с ценой деления индикатора 0,01 мм, диапазоном измерения 10 мм, или базой 300 мм с ценой измерения 0,001 мм диапазоном измерения 5 мм и др. Деформометры компенсируют собственные температурные деформации либо имеют малый коэффициент температурного расширения (рисунок А.2);

- Электрические датчики перемещений (статика, динамика) - индуктивные, оптоэлектронные, потенциометрические, струнные (рисунок А.3) и т.д., обеспечивающие определение величины относительной деформации с точностью до с соответствующей базой измерений, при этом следует учитывать влияние окружающей температуры на конструкцию датчика. Перспективность датчиков, возможность подключения беспроводных каналов передачи информации.

А.1.2 Угловые перемещения измеряют с помощью многочисленных датчиков в статическом и динамическом режимах, а также геодезическими методами:

- электронные угломеры с точностью снятия отсчета (статика) не менее радиан. Угол поворота определяют по тарировочной таблице, устанавливающей коэффициент преобразования фиксируемых прибором параметров для каждого датчика;

- электронные угломеры разрешением не менее 5" (угловых секунд) с возможностью использования беспроводных линий связи с близкими характеристиками измерений (рисунок А.4);

- системы ориентации (гирокомпасы);

- системы космической навигации для массивных вантовых сооружений разрешением до 10 мм.

А.1.3 Определения напряжений в бетоне.

Основу измерений составляют тензодатчики сопротивления с базой 50 мм и тензоизмеритель чувствительностью единиц относительных деформаций.

А.1.4 Динамические характеристики конструкции определяют по специальной методике*(1) в диапазоне частот 1-500 Гц с помощью:

- современных электронных многоканальных виброанализаторов спектра, оснащенных акселерометрами, работающими одновременно в X, Y, Z плоскостях с начальным диапазоном измерений частоты не ниже 1 Гц;

- механического устройства "Гейгера", позволяющего фиксировать перемещения и динамику колебаний в двух плоскостях, но не одновременно.

А.2 Работы по факту раскрытия и замеру трещин в бетоне, линейных взаимных перемещений конструкции, деформаций и прогибов от временной нагрузки производят с помощью:

- электронных трещиномеров, работающих на принципах тензометрии разрешением , струнных, индуктивных и оптоволоконных датчиков с использованием проводной и беспроводной связи, монтируемых стационарно на объект при длительных наблюдениях и испытаниях (рисунок А.5);

- механических мерных щупов (шагом от 0,1 мм), накладных датчиков, маячков и эталонных трафаретов ширины раскрытия трещин;

- механических индикаторов часового типа ценой деления 0,01-0,001 мм с удлиняющей базой от 100 мм;

- вихретоковых дефектоскопов для работы на металле разрешением раскрытия трещин от 0,02 мм и определением глубины дефекта;

- ультразвуковых толщиномеров и дефектоскопов для работы на металле, особенно при одностороннем доступе, разрешением от 0,1 мм до 300 мм;

- вихретоковых толщиномеров лакокрасочного покрытия металлов разрешением от 0-1000 мкм;

- электропроводных мастик, наносимых в местах развития трещин для фиксации их раскрытия с передачей сигнала по линиям связи.

А.3 Контроль геометрического очертания конструкции и проезжей части выполняют при мониторинге обычными средствами либо с помощью средств электроники, используемых при обследовании мостовых сооружений:

- лазерных сканеров для дистанционной теодолитной съемки объектов по установленным маркам разрешением 5 мм и программным обеспечением, позволяющим строить трехмерные модели;

- оптических теодолитов разрешением от 1" и электронных тахеографов, совмещающих в себе функции нивелиров, теодолитов и дальномеров с программным обеспечением, для построения профилей по измеренным значениям;

А.4 Для определения температуры с точностью 0,5°С и влажности конструкции и воздуха помимо обычных средств измерений, термометров и психрометров рекомендуется использовать:

- электротермометры, термопары, пирометры и таблетки-термографы энергонезависимые с накоплением в автоматическом режиме по заданной программе опроса до 2000 значений, влагомеры (с периодическим снятием отсчетов или с накоплением информации, а также с обработкой и передачей информации на контрольный пункт);

- тепловизоры с разрешением 0,1°С, которые при доработке методик позволят выявлять ослабленные узлы болтовых соединений в динамике нагружения транспортными потоками за счет перепада температур, дистанционным бесконтактным методом сканированием теплового поля в компьютере; в движении фиксировать места протечек гидроизоляции в автоматическом режиме.

А.5 Для контроля длительных деформаций материала используются линейные датчики фотоупругости и прибор съема показаний.

А.6 Для определения линейных перемещений конструкции под действием транспортных потоков используются датчики акселерометры с вторичными приборами преобразования в перемещение по 3 осям, увязанные и с системой распознавания образов.

А.7 Работы для выявления трещин на ранних стадиях формирования, их нарастания в металле и бетоне выполняются при помощи методов акустической эмиссии ГОСТ 27655-88, NDIS 2421, "Требования к техническим средствам и системам комплексного обеспечения безопасности, автоматизации и связи многофункциональных высотных зданий и комплексов", "А Proposed Standard for Evaluating Structural Integrity of Reinforced Concrete Beams by Acoustic Emission", (прибор "Лель-M/A-Line32D" и др.).

A.8 Оценка состояния материала конструкции и арматуры выполняется неразрушающими методами (рисунок А.6, рисунок А.7):

- марочную прочность бетона на сжатие, как правило, оценивают по методу отскока с помощью молотков "Шмидта", методом отрыва штампов и вырыва и путем отбора кернов из конструкции с испытанием их в лабораторных условиях;

- толщину защитного слоя бетона оценивают приборами поиска арматуры в диапазоне до 120 мм;

- степень коррозии арматуры в бетоне оценивают по методу потенциалов с помощью специального оборудования и по специальным методикам DGZ ВЗ, ASTMC 876-80, BS 1881 Part 201;

- степень глубины разрушения цементного камня, т.е. карбонизации, оценивают на месте, например, путем нанесения химического водно-спиртового 1%-ного раствора фенолфталеина. Изменение окраски свежего скола бетона от розового цвета до отсутствия окраски характеризует глубину карбонизации защитного слоя арматуры;

- прочностные показатели металла оценивают с помощью специального диагностического оборудования, например, ультразвуковыми и динамическими твердомерам ASTM-A956-96. В последнее время появились переносные приборы для оценки состава металла по спектральному анализу.

Система оптоволоконного мониторинга

Датчики нечувствительны к воздействию температуры, электромагнитных полей, коррозии. Датчики можно замоноличивать в конструкцию или устанавливать на ее поверхности. Автоматическое и дистанционное управление, возможности интеграции с аналоговыми системами сбора информации (термопары, тензометры и пр.).

Возможности системы:

Разрешающая способность: 2 микрона (2/1000 мм) независимо от длины датчика.

Точность: выше чем 0,2% измеренной деформации.

Максимальная длина кабеля: до 5 км.

Время измерений: менее 7 с для каждого датчика.

Калибровка: не требуется.

Максимальное число датчиков: неограниченно.

Вместимость накопительного устройства: приблизительно 20000 измерений.

На объекте было установлено 22 датчика (16 датчиков с длиной активной зоны 6 м и 6 термопар). Датчики располагали в центральном русловом пролете моста. Схема установки датчиков приведена на рисунке.