Устройство определения опасного для эксплуатации состояния конструкций крупногабаритных строительных зданий (сооружений) и предупреждения об опасности находящихся в них людей (варианты)

Изобретение относится к области автоматизированных систем мониторинга технического состояния зданий и сооружений и может быть использовано для определения опасного для эксплуатации состояния и предупреждения об опасности находящихся в них людей. Устройство содержит источник узконаправленного излучения, который с помощью кронштейна жестко крепится к одному элементу строительного сооружения, а также систему фотоэлементов и жесткую опору для их установки на другом элементе, блок аппаратуры, связанный с системой фотоэлементов, содержащий преобразователи и сигнальное устройство, соединительные провода. При этом источник узконаправленного излучения устанавливается на элементе конструкции крупногабаритных зданий (сооружений), деформации которого при снижении несущей способности сооружения наибольшие, а система фотоэлементов устанавливается на фундамент или недеформируемые элементы конструкции контролируемого сооружения таким образом, чтобы луч от источника излучения попадал в точку, соответствующую исходной базе отсчета на системе узконаправленных фотоэлементов. Устройство может также содержать источник узконаправленного излучения, установленный на фундамент или недеформируемые элементы конструкции сооружения, систему фотоэлементов, установленную на том же месте, зеркало, жестко связанное с элементом конструкции, деформации которого при снижении несущей способности сооружения наибольшие, и установленное таким образом, чтобы луч от источника излучения после отражения от зеркала попадал в точку, соответствующую базе отсчета на системе фотоэлементов, блок аппаратуры, связанный с системой фотоэлементов, содержащий преобразователи и сигнальное устройство, соединительные провода. Технический результат заключается в повышении вероятности своевременного обнаружения опасного для эксплуатации состояния строительных сооружений. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области эксплуатации конструкций, зданий и сооружений и может быть применено для определения опасного для эксплуатации состояния и предупреждения об опасности находящихся в них людей.

Во многих странах увеличивается количество зданий, крупногабаритных сооружений спортивного, развлекательного или производственного назначения, внутри которых одновременно находится большое количество людей. Конструкции таких сооружений, как правильно, уникальны, их расчет и эксплуатация - специфичны. В последние годы в результате разрушения перекрытий или стен этих зданий (сооружений) увеличилось количество катастроф с большим числом человеческих жертв. Причинами этих разрушений являются просчеты в их проектировании, низкое качество используемых строительных материалов, нарушение норм эксплуатации, изменение состояния грунта и ряд других причин, учесть которые на проектной стадии не всегда возможно. Поэтому своевременное определение опасного состояния зданий или сооружений, предшествующего их разрушению, оповещение о возможной опасности и эвакуация людей, находящихся внутри и вблизи этих конструкций, является весьма актуальной задачей, решение которой позволит сохранить жизнь и здоровье многих людей.

Известно устройство (диагностический комплекс «Стрела») для определения опасного для эксплуатации состояния конструкции крупногабаритных зданий (сооружений), включающее датчики, связанные с элементами зданий (сооружений) и регистрирующую аппаратуру. Опасное состояние определяется за счет сравнения величин деформаций, фиксируемых с помощью датчиков с допустимыми. Недостатком данного устройства является снижение точности определения деформаций конструкции за счет старения связующей прослойки между датчиками и поверхностью конструкции. При непрерывном измерении деформаций необходимо, чтобы комплекс измерительной аппаратуры обслуживался специалистами и был постоянно включен. Это предполагает значительные затраты (Сборник материалов. «Пленарная часть» от 27.04.05 г. «Мониторинг устойчивости и остаточного ресурса высотных зданий и сооружений с применением мобильного диагностического комплекса «Стрела», С.П.Сущев, д.т.н., ООО «Центр исследований экстремальных ситуаций»).

Известно также устройство для дистанционного измерения смещения горных пород (SU 168605, кл. 74b, МПК G08C), которое состоит из рабочей и компенсационной стоек и измерительной станции. Рабочая стойка имеет две телескопически связанные трубы: нижнюю с укрепленным на торце фотоэлементом и верхнюю с источником света. Недостатком данного устройства является невозможность его использования для определения опасного состояния сооружений из-за ограниченных размеров рабочей стойки и необходимости компенсационной стойки (прототип).

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и повышение вероятности своевременного обнаружения, опасного для эксплуатации состояния строительных сооружений.

Это достигается тем, что устройство, состоящее из нижней стойки с укрепленным на торце фотоэлементом и верхней стойки с источником света, а также компенсационной стойки и измерительной станции содержит:

п.1. - источник узконаправленного излучения, жестко связанный с элементом конструкции крупногабаритных зданий (сооружений), деформации которого при снижении несущей способности сооружения наибольшие; систему фотоэлементов, установленную на жесткой опоре на фундамент или недеформируемые элементы конструкции сооружения таким образом, чтобы луч от источника излучения попадал в точку, соответствующую исходной базе отсчета на системе фотоэлементов; блок аппаратуры, связанный с системой фотоэлементов, содержащий преобразователи и сигнальное устройство, соединительные провода.

п.2. - устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит зеркало, жестко связанное с элементом конструкции крупногабаритных зданий (сооружений), а источник излучения устанавливают на жесткой опоре, при этом луч от источника излучения после отражения от зеркала попадает в точку, соответствующую базе отсчета на системе фотоэлементов.

На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства (п.1), на фиг.2 - принципиальная схема (по п.2), на фиг.3 представлена система фотоэлементов.

Устройство содержит источник узконаправленного излучения 1, который с помощью кронштейна 2 жестко крепится к элементу строительного сооружения 3, а также систему фотоэлементов 4, жесткую опору для их установки 5, блок аппаратуры 6, сигнальное устройство 7 и соединительные провода 8.

В качестве узконаправленного источника 1 могут быть использованы лазерные излучатели (типа лазерной указки), источники инфракрасного излучения и др. В соответствии с частотным диапазоном волн излучаемых лучей в системе фотоэлементов 4 используются фотодиоды, работающие в том же диапазоне. Фотоэлементы 4 совместно с блоком аппаратуры 6 представляют собой бесконтактный выключатель сигнального устройства 7, реагирующий на попадание луча на один из фотодиодов.

Система фотоэлементов 4 состоит из нескольких укрепленных на пластине фотодиодов. Базой является точка отсчета, в которую попадает луч излучателя при отсутствии деформации элементов конструкции. Фотоэлементы устанавливаются на расстоянии от базового, соответствующем отклонению луча при разных уровнях опасности разрушения сооружений. Система фотоэлементов 4 соединена с блоком аппаратуры 6, который управляет сигнальным устройством 7.

Сигнальное устройство 7 состоит из элементов, которые включаются в зависимости от уровней опасности эксплуатации сооружений, служит для:

а) предупреждения о необходимости профилактического обслуживания;

б) предупреждения о предельно безопасном уровне деформации элемента конструкции;

в) предупреждения об аварийной ситуации.

Первые два элемента сигнального устройства могут быть реализованы в виде световых табло, третий - звуковыми колонками, которые могут подавать вместе с сиреной речевой сигнал о порядке эвакуации.

Устройство для определения опасного для эксплуатации состояния крупногабаритных строительных сооружений и предупреждения об опасности находящихся в них сооружений функционирует следующим образом.

п.1. На элемент конструкции сооружения, например, перекрытие сооружения 3 устанавливают с помощью жесткого кронштейна 2 излучатель узконаправленного излучения 1, выполненный, в частности, в виде лазерной указки, размеры которой аналогичны размерам авторучки. Излучатель 1 соединяют проводами 8 с блоком питания или снабжают периодически подзаряжаемыми аккумуляторными элементами, которые обеспечивают работу излучателя в случае отключения питания сети. Луч от излучателя 1 направлен на систему фотоэлементов 4, которая с помощью жесткой регулируемой опоры крепится на фундамент сооружения или на недеформируемые элементы сооружения (капитальные стены, колонны и др.). Система фотоэлементов при установке регулируется так, чтобы луч попадал на нулевую базу отсчета. При деформации и вибрациях элемента конструкции сооружения 3 луч от источника узконаправленного излучения отклоняется от базы отсчета системы фотоэлементов и попадает на фотоэлемент (фотодиод), который включает блок аппаратуры (например, релейный усилитель) и соответствующий опасности элемент сигнального устройства 7.

При отсутствии деформации конструкции сооружения устройство потребляет электроэнергию не более 5 Вт.

Устройство не требует постоянного обслуживания, работает в автоматическом режиме, может быть установлено практически в любом помещении. Точность работы устройства не снижается в течение даже значительного срока эксплуатации. Существующие источники узконаправленного излучения позволяют определить положения луча на пластине системы фотоэлементов с погрешностью не более 0.5 мм. Расположение фотоэлементов на пластине (расстояние между ними) определяется расчетным путем с учетом расстояния между источником излучения и фотоэлемента, величины деформации конструкции и изменения положения излучателя относительно горизонтали.

п.2. Устройство (п.1) имеет недостаток, который заключается в том, что в ряде случаев доступ к источнику излучения для профилактического обслуживания представляет определенные сложности. Для устранения этого недостатка устройство (п.1) содержит зеркало 9, которое закрепляется на место источника узконаправленного излучения (на деформируемый элемент сооружения), а источник излучения устанавливается в удобной для обслуживания зоне. При этом луч излучателя 1 направляют на зеркало 9 таким образом, чтобы после отражения он попадал на базу отсчета системы фотоэлементов 4. Источник излучения 1 и система фотоэлементов 4 могут находиться в одном или разных местах, но обязательно на жестких опорах.

1. Устройство для определения опасного для эксплуатации состояния конструкций крупногабаритных зданий (сооружений) и предупреждения об опасности находящихся в них людей, содержащее источник света, укрепленный на одном элементе конструкции, и фотоэлемент, укрепленный на другом элементе, отличающееся тем, что оно содержит источник узконаправленного излучения, жестко связанный с элементом конструкции крупногабаритных зданий (сооружений), деформации которого при снижении несущей способности сооружения наибольшие, систему фотоэлементов, установленную на жесткой опоре на фундамент или недеформируемые элементы конструкции сооружения таким образом, чтобы луч от источника излучения попадал в точку, соответствующую исходной базе отсчета на системе фотоэлементов, блок аппаратуры, связанный с системой фотоэлементов, содержащий преобразователи и сигнальное устройство, соединительные провода.

2. Устройство для определения опасного для эксплуатации состояния конструкций крупногабаритных зданий (сооружений) и предупреждения об опасности находящихся в них людей, содержащее источник света, укрепленный на одном элементе конструкции, и фотоэлемент, укрепленный на другом элементе, отличающееся тем, что оно содержит источник узконаправленного излучения, установленный на фундамент или недеформируемые элементы конструкции сооружения, систему фотоэлементов, установленную на том же месте, зеркало, жестко связанное с элементом конструкции, деформации которого при снижении несущей способности сооружения наибольшие, и установленное таким образом, чтобы луч от источника излучения после отражения от зеркала попадал в точку, соответствующую базе отсчета на системе фотоэлементов, блок аппаратуры, связанный с системой фотоэлементов, содержащий преобразователи и сигнальное устройство, соединительные провода.