|
 |
Использование оборудования
DiTeSt для отслеживания деформаций и контроля
температуры инженерных сооружений.
Контроль состояния больших
инфраструктурных сооружений с помощью
волоконно-оптических датчиков широко
используется в новой, активно развивающейся
концепции, известной как Мониторинг Общего
Состояния Объекта (МОСО). МОСО подразумевает не
только регистрацию повреждений на важных
гражданских объектах, таких как мосты, дамбы,
хранилища, строения и т.д. Основной целью
является непрерывный сбор информации об общем
состоянии сооружения и определение динамики его
развития. Кроме обеспечения повышенной
безопасности МОСО увеличивает срок службы
объекта за счет оптимизации системы управления и
своевременного проведения необходимых ремонтных
работ. Существенно снижаются затраты, так как
нет необходимости закладывать избыточный запас
прочности при строительстве инфраструктуры. В
сейсмически активных регионах МОСО предлагает
решения, значительно улучшающие качество оценки
безопасности сооружений, попавших в зону
землетрясения. Волоконно-оптические датчики
идеально подходят для непрерывного мониторинга
крупных объектов. Оптические световоды абсолютно
не чувствительны к электромагнитным возмущениям
и могут легко быть встроены в любую структуру.
Для обеспечения длительного и надежного
применения волоконных датчиков в системах
контроля были разработаны специальные способы
крепления световодов к контролируемому объекту.
1. Контроль состояния бетона при застывании.
Эффективный контроль температуры в процессе
застывания бетона предоставляет важную
информацию, так как развитие высоких температур
негативно сказывается на долговременной
прочности бетона. В ходе химических реакций,
происходящих при застывании бетона, выделяется
тепло, что приводит к значительному повышению
температуры. Более того, при повышении
температуры процесс выделения тепла ускоряется.
Бетон является плохим проводником тепла, что
приводит к возникновению большого температурного
градиента. Внутри материала возникают области
напряженности, происходит усадочная деформация,
появляются полости. Все это снижает прочность и
срок службы бетона (микротрещины в бетоне
начинают возникать при температурах выше 500С).
Внедрение оптического волоконного кабеля для
контроля температуры в процессе застывания
наилучшим образом подходит для определения риска
разрушения бетонной конструкции, обусловленного
неподходящим режимом процесса застывания. В
процессе разработки проекта, информация об
эволюции внутренней температуры бетона может
быть использована для определения дозировки
необходимых химических примесей в зависимости от
погодных условий.
Пример из жизни: контроль температуры на
дамбе в Luzzone (Швейцария).
 Главная
дамба в Luzzone в Швейцарских Альпах была
возведена в 1997-1998 гг. для увеличения
мощности расположенной в этом месте
Гидроэлектростанции. На практике строительство
заключалось в последовательном наложении
бетонных плит трехметровой толщины со средними
размерами 15 м на 10 м. При заливке одного из
самых больших блоков в материал было внедрено
шестьсот метров телекоммуникационного
волоконного кабеля. Внутри бетона кабель был
расположен в форме плотного горизонтального
змеевика, что позволяло определять двухмерную
структуру распределения температуры в блоке.
Кабель был соединен с удаленно расположенной
системой DiTeSt, с помощью которой
осуществлялись ежедневные записи температурных
профилей застывающего бетона. Измерения велись в
течение более чем шести месяцев, пока
температура не стала равномерно распределенной,
свидетельствуя о завершении процесса застывания.
2. Обеспечение безопасного
строительства тоннелей с помощью чувствительных
армирующих стержней.
 Прокладывание
тоннелей в нетвердых почвах может привести к
возникновению проблем с обеспечением
безопасности.
В последнее время часто
сообщается о трагедиях, произошедших в процессе
строительства.
Сейчас обычным делом является
использование технологий, связанных с установкой
армирующих стержней. Возможность использования
армирующих стержней в качестве чувствительных
элементов считается очень привлекательной, так
как позволяет узнавать о сдвигах, происходящих в
почве в процессе строительства, в реальном
времени. Аппаратура для измерения напряжений
DiTeSt очень удобна для данного применения,
поскольку волокно, проложенное в стержне, может
заменить большое количество точечных датчиков и
обеспечить подробную информацию обо всех
деформациях, происходящих со стержнем. Кроме
того, волокна из разных стержней могут быть
соединены последовательно, так что целый участок
можно контролировать с помощью одной установки.
Пример из жизни: тоннель Ulsan-Kangdong в
Корее.
 Волокно
закрепляется вдоль алюминиевой цилиндрической
трубы в четырех местах по окружности (через
каждые 90 градусов). В случае сдвига почвы труба
изгибается и участки световода, расположенные на
противоположных сторонах трубы, испытывают
одинаковые по величине и противоположные по
направлению напряжения (растяжение-сжатие).
Такой способ измерения позволяет исключить
погрешности, связанные с локальной температурной
нестабильностью и остаточными напряжениями в
волокне.
На рисунке приведено схематическое изображение
армирующей трубы для укрепления почвы при
строительстве тоннеля. Волокно было закреплено
вдоль алюминиевой цилиндрической трубы в четырех
местах по окружности (через каждые 90 градусов).
В каком бы направлении ни изгибалась труба при
сдвиге почвы, световод будет испытывать
напряжение.
На фото показана инсталляция длинной армирующей
трубы с закрепленными на ней оптическими
волокнами в качестве датчика механических
напряжений в тоннеле Ulsan-Kangdong в Корее.
Схема с оптическим волокном в качестве
чувствительного элемента используется в тоннеле
Ulsan-Kangdong в Корее на строящемся участке
национальной дороги. Датчик применяется для
контроля за состоянием секции тоннеля во время и
после строительства. Во время прокладки основная
доля деформаций, происходящих с тоннелем,
наблюдается в течение первого дня после
раскопки.
 Таким
образом, с точки зрения безопасности
чувствительные трубы предоставляют существенное
преимущество по сравнению со стандартными
технологиями, поскольку готовы к работе сразу
после установки. За счет особого расположения
волокна на трубе, напряжение в световоде имеет
симметричную относительно центральной точки
форму. Это хорошо показано на графике,
изображающем стандартное измерение профиля
напряжения вдоль световода на чувствительной
трубе при прокладке тоннеля Ulsan-Kangdong. С
помощью этих данных рассчитывается смещение
трубы, что позволяет делать выводы о степени
безопасности тоннеля. Большие деформации,
происходящие сразу после раскопки, развиваются в
течение двух дней. После этого натяжение волокна
не меняется, что означает, что процессы
деформации остановились, и тоннель может
считаться безопасным (см. рис выше).
3. Контроль состояния рвов и плотин.
Внутренняя эрозия является основной причиной
разрушения дамб и плотин. Контроль температуры
обеспечивает необходимую информацию для
определения наличия и местоположения возможных
утечек, вызванных внутренним разрушением
материала. Это позволяет принимать
заблаговременные меры во избежание
катастрофических последствий.
Система контроля DiTeSt предоставляет
возможность объединения датчиков температуры с
датчиками напряжений, которые непосредственно
внедрены в материал сооружения и поставляют
информацию о деформациях инфраструктуры. Датчики
SMARTape и SMARTprofile идеально подходят для
обеспечения эффективного контроля состояния
больших строений, поскольку для этих датчиков
характерны простая и быстрая установка и
долговременная стабильность.
Пример из жизни: Plavinu hes, Aizkraukle
дамба (Латвия).
Дамба Plavinu hes принадлежит комплексу из трех
гидростанций на реке Даугаве, по мощности это
наиболее крупные гидростанции в Латвии. Одна из
линий контроля состояния дамбы расположена в
месте, где находится система из трех асфальтовых
швов, соединяющая два отдельных блока дамбы. Со
временем вода вымывает асфальт, что вызывает
перераспределение нагрузки на бетонные блоки.
Так как этому сооружению уже около сорока лет,
состояние бетона вследствие процесса старение
могло существенно ухудшиться. Для повышения
безопасности и оптимизации системы управления
было принято решение установить систему контроля
состояния бетонного блока, расположенного за
асфальтовыми швами. Для этой цели используется
аппаратура DiTeSt с датчиком напряжений SMARTape
и волоконным датчиком температуры. Датчики были
настроены дистанционным образом из швейцарского
офиса. Было разработано программное обеспечение
для отслеживания критических значений параметров
дамбы и отправления предупреждающих сигналов в
центр контроля. Влияние температурных изменений
на напряжение внутри блока (вызванное
расширением бетона) автоматически учитывается и
компенсируется в режиме реального времени.
Возможности аппаратуры DiTeSt позволили
установить контроль и над боковыми секциями
дамбы. Информация о распределении напряжений,
температуры и возможных утечек обрабатывается с
помощью специальной программы. Система контроля
была полностью запущена в июле 2004 года.
|
|
