CC BY
76
Научно-технические разработки
УДК 614.8
М.А. Шахраманьян д.т.н., Г. М. Нигметов к.т.н., М.Ю. Прошляков, Д.И. Папелков
ПРОБЛЕМЫ ОЦЕНКИ ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ УБЕЖИЩ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ
В статье рассматривается мобильный диагностический комплекс оценки защитных свойств убежищ ГО
М.А. Шахраманьян
Г.М. Нигметов
М.Ю. Прошляков
Д.И. Папелков
В условиях современных военных конфликтов особое значение приобретает инженерная защита населения. Если в период Советского Союза вся инженерная защита строилась на противодействии нагрузкам от ядерного оружия, то в современных условиях все большую актуальность приобретает инженерная защита от обычных высокоточных средств поражения и нагрузок вторичного характера.
К сожалению, ныне существующие нормативные документы по гражданской обороне не отражают эту современную специфику. В СНиПе по проектированию ЗСГО не нашли отражение не только нагрузки от обычных средств поражения, но и нагрузки от мирных чрезвычайных ситуаций, а также вторичные нагрузки.
Для решения этих задач с одной стороны, мы должны предусмотреть указанные особенности в разрабатываемых проектах новых технических регламентов.
С другой стороны мы не должны забывать о существующем огромном парке ЗСГО и необходимости проверки их истинных защитных свойств и возможной адаптации их к новым нагрузкам.
В ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ) в рамках НИОКР был разработан мобильный диагностический комплекс оценки защитных свойств убежищ ГО (рис. 1-4)
Под защитными свойствами ЗСГО понимается их способность выдерживать избыточное давление и проникающее излучение.
Существенным отличием убежищ гражданской обороны от обычных зданий является то, что они расположены заглублено или подземно и должны обеспечивать защиту не только от динамических нагрузок, но и защиту от проникновения вредностей, то есть обеспечить герметичность сооружения.
Если поведение наземных сооружений можно смоделировать применяя известные расчетные методы и получить нормативные динамические параметры сооружения, то поведение подземных и заглубленных сооружений с применением известных широко распространенных моделей смодели- Рис. 1. Оптико-электронный ровать невозможно. геодезический прлбор
Понятно, что эта трудность в первую очередь объясняется сложностью учесть влияние присоединенного грунтового массива к конструктивной системе защитного сооружения.
Для диагностики ЗСГО применяются четыре блока приборов и методов:
1) высокоточной оценки геометрических параметров ЗСГО и грунтового массива;
2) оценки физико-механических параметров конструктивных элементов ЗСГО и грунтового массива;
3) оценки динамических параметров ЗСГО и грунтового массива;
4) оценки параметров герметичности и загрязненности ЗСГО.
Радиотехнический прибор подповерхностного зондирования (георадар)
Комплекс приборов для оценки физико-механических параметров зданий
Комплекс приборов для оценки параметров вентиляции и воздуха
Рис. 2. Аппаратура для оценки физико-механических параметров конструктивных элементов ЗСГО и грунтового массива
С использованием экспериментально полученных фактических данных конструктивных элементов ЗСГО и грунтового массива производится моделирование возможных воздействий различных нагрузок и оценка защитных свойств ЗСГО.
Рис. 3. Радиокомплекс для оценки динамических параметров ЗСГО и грунтового массива
Однако при обследовании ЗСГО необходимо учитывать особенности работы ЗСГО в грунтовом массиве. Особенно это нужно учитывать при снятии динамических параметров. Понятно, что физика колебаний наземных объектов отличается от физики колебаний объектов зажатых в грунтах, как ЗСГО.
Задачу снятия динамических параметров ЗСГО можно решить несколькими способами:
выполнить поэлементное снятие динамических параметров конструктивных элементов ЗСГО при этом возбуждение производить мягким ударом;
выполнить снятие динамических параметров покрытия ЗСГО и его основания путем расстановки датчиков по одной линии с заданным шагом и возбуждая конструкцию жестким ударом;
выполнить традиционную расстановку датчиков по вертикали и горизонтали при этом динамическое возбуждение сделать снаружи жесткими ударами по грунтовому массиву;
выполнить расстановку датчиков снаружи на ЗСГО и грунтовом массиве и выполнить динамическое возбуждение жесткими ударами снаружи ЗСГО и внутри него.
Такое сочетание способов получения динамических параметров дает возможность учесть влияние грунтового массива на колебательный процесс ЗСГО и определить его интегральную жесткость в различных направлениях. Зная проектную жесткость ЗСГО по направлениям его осей, можно выполнить сравнение и определить степень износа ЗСГО относительно нормы.
При изменении жесткостных параметров на 100 % и более ЗСГО подлежит сносу, то есть его нецелесообразно восстанавливать.
Одними из важных элементов ЗСГО, обеспечивающих их живучесть являются деформационные швы и компенсирующие устройства коммуникаций. Для проверки работоспособности этих устройств пригоден только метод динамических испытаний.
При выполнении этих испытаний датчики расставляются на двух бортах деформируемых конструктивных элементов, производится мягкое или жесткое возбуждение, по результатам испытаний делается вывод о работоспособности деформационного шва или компенсирующего устройства.
Интересные возможности при испытании ЗСГО дает георадар. С его помощью можно просветить покрытие ЗСГО и получить его строение по толщинам, материалам и характеру армирования.
Рис. 4. Тепловизор-термограф для оценки параметров герметичности ЗСГО
Рис. 5. Пример использования георадара для оценки конструкции колонн и плит перекрытий
Научно технические разработки
Научно технические разработки
Рис. 6. Пример использования георадара в метро
Примеры применения георадара для оценки толщин плит перекрытий и обделки в метро приведены на рис. 5 и 6. Для отдельно стоящих убежищ гражданской обороны с помощью георадаров можно оценить не только истинные толщины и характер армирования плит перекрытий, но и толщину грунтовой обсыпки.
Кроме того, с помощью георадаров возможно определить места прокладки коммуникаций и степень обводненности грунтового массива.
Полученные реальные параметры по толщинам, характеру армирования дают возможность точнее оценить не только способность убежища выдержи -вать избыточное давление, но и его герметичность и способность противостоять проникающему излучению.
Для натурной оценки герметичности ЗСГО, его способности удерживать тепло внутри помещения хорошие результаты дает тепловизор.
С помощью тепловизора можно провести испытания по оценке герметичности убежища. Для этого необходимо выполнить его полную герметизацию и создать избыточное давление внутри сооружения. Испытания лучше проводить в зимнее или холодное осеннее время. Пример полученной теплограммы приведен на рис. 7. Снимая воздухозаборные и выбросные устройства и защитно-герметические входы можно получить теплограммы возможных утечек воздуха, что дает возможность не только поверить герметичность, но и выявить наиболее слабые места, чтобы затем определить эффективные профилактические мероприятия.
Рис. 7. Тепловой портрет ворот убежища
Полученные диагностические данные позволяют выявить наиболее слабые места в убежище граждан-
ской обороны и разработать рекомендации по устранению дефектов. На рис. 8 приведены результаты обследования защитных сооружений.
Обследование защитных сооружений гражданской обороны
На основании выполненных диагностических измерений и расчетов было установлено:
1. Защитное свойство ЗСГО по способности выдержать динамические нагрузки полностью соответствуют проектным параметрам (ДРф«1 кг/см2).
2. Герметичность сооружения не обеспечивается ввиду слабой работы уплотнительных элементов и неисправности дверей в техническое помещение.
3. В ЗСГО имеются эксплуатационные дефекты, которые необходимо срочно устранить:
•проверить и восстановить гидроизоляцию на локальных участках плиты перекрытия;
•очистить дренажные колодцы;
•восстановить защитный слой железобетона на конструктивных элементах;
• восстановить уплотнительные элементы на ЗСГО;
•устранить дефекты и обеспечить нормальное закрытие дверей вспомогательных помещений;
• период особого времени, необходимо убрать промышленные железобетонные плиты над основным входом в ЗСГО, чтобы исключить возможности завала.
Рис. 8. Обследование защитных сооружений
ПРИБОРЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ И МОНИТОРИНГА СТРОИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ
Безопасность эксплуатации промышленных и гражданских объектов может быть во многом обеспечена мониторингом их состояния. Известно, что на стадии проектирования за основу расчётов берётся идеализированная схема нагружения и работы конструкций. В реальных условиях строительные конструкции зданий и сооружений подвержены влиянию ряда факторов, снижающих нагрузочную способность, вызывающих перенапряжения, деформации, трещины, локальные разрушения. Могут создаваться как многократные резервы прочности, так и состояния, близкие к аварийному. Своевременно полученная информация о перегрузках, деформациях и снижении прочности позволяет принять наиболее эффективные меры по предотвращению аварийных ситуаций или смягчению их последствий.
Для решения задач мониторинга строительных объектов предприятием «Интерприбор» создан многопараметрический измерительно-регистрирующий комплекс «Терем-4» и ряд приборов неразрушающего контроля для оперативного обследования конструкций: ультразвуковых, ударно-импульсных, магнитных, диэлькометрических.
«Терем-4» состоит из центрального блока, адаптеров, датчиков различных видов, устройства переноса данных «Термотрансфер» и сервисной компьютерной программы (рис. 1).
Особенностью комплекса (рис. 2) является его полная автономность, малогабаритность и простота установки на объект контроля, достигаемая применением единой четырёхпроводной линии связи центрального блока с адаптерами, на базе которых реализуются локальные зоны контроля.
Центральный блок выполняет следующие основные функции:
- считывание информации с Рис. 1. Прибор неразрушающего контроля и мониторинга страительных объектов «Терем-4» адаптеров и регистрация в реальном времени, хранение результатов в памяти с автоматическим обновлением информации (при полной загрузке памяти самый старый результат заменяется новым).
- просмотр на дисплее результатов в графическом и табличном виде на любой стадии контроля;
- индикация состояния датчиков;
- полный контроль состояния аккумуляторной батареи.
Адаптеры — интеллектуальные устройства сбора, преобразования, накопления и передачи на центральный блок информации, поступающей от различных датчиков. К одному адаптеру могут подключаться от 2 до 8 датчиков одного или нескольких видов, в частности:
- датчики линейных перемещений для измерения ширины раскрытия трещин, прогибов и механических напряжений;
- тензодатчики для определения усилий, деформаций и механических напряжений;
- вибродатчики для оценки вибрационной нагрузки и собственных колебаний конструкций и фундаментов;
- датчики влажности и температуры для контроля климатических воздействий;
- датчики теплового потока и температуры для оценки теплозащитных свойств ограждающих конструкций, окон.
Необходимая конфигурация измерительного комплекса определяется видом контролируемого объекта и задачами мониторинга. Количество и виды датчиков, необходимых для каждой контролируемой зоны определяют вид адаптера.
Для связи центрального блока с адаптерами используется общая линия длиной до 200 метров с возможностью создания нескольких радиальных направлений. Каждый датчик подключается непосредственно к адаптеру линией связи длиной до 10 метров и может быть установлен в скрытых и труднодоступных местах.
«Терем-4» работает автономно от 2-х аккумуляторов типа АА, при необходимости может подключаться к сетевому адаптеру 220 В, 50 Гц.
В комплексе имеется интерфейс RS232 и специализированная компьютерная программа, позволяющая считывать, просматривать и архивировать информацию. Анализ и обработка информации выполняется квалифицированными специалистами на основании известных ГОСТов и соответствующих методик.
Для получения более полной картины состояния объекта выявленные мониторингом зоны предполагаемой нестабильности, как правило, подвергаются дополнительному обследованию посредством приборов неразрушающего контроля. Например, информацию о динамике раскрытия трещин следует дополнять данными о глубине трещин и внутренних дефектах. Эти данные могут быть получены с помощью ультразвукового прибора «Пульсар-
Рис. 2. Схема работы прибора «Терем-4»
1.1», в котором заложены российский и английский методы измерения глубины трещин. Прибор комплектуется датчиками для сквозного и поверхностного прозвучивания (в т.ч. с фиксированной базой), имеет напряжение возбуждения 600 В, работает на частотах 50 — 100 кГц, измеряет время и скорость распространения ультразвуковых колебаний, вычисляет прочность.
Неравномерность конструкции по прочности и зоны пониженной прочности можно оперативно выявить прибором «Оникс-2.5», в отличие от аналогов работающим одновременно по ударному импульсу и отскоку. Наиболее ответственные участки целесообразно дополнительно прозвучивать прибором «Пульсар-1.1» и испытывать методом отрыва со скалыванием прибором «Оникс-ОС».
Прибор «Оникс-2.5» — самый компактный, удобный и быстродействующий из известных ударно-импульсных приборов. Лёгкий датчик-склерометр (160 г) позволяет работать одной рукой: взвод и спуск ударника выполняется большим пальцем с высокой точностью пояснения ударов.
Прибор «Оникс-ОС» имеет гидропресс выполненный по оригинальной двухцилиндровой конструкции. Впервые применённое кольцевое крепление анкера в шпуре исключает его проскальзывание, стабилизирует условие вырыва фрагмента бетона и существенно повышает достоверность результатов. Микропроцессорное устройство обеспечивает полный контроль процессов нагружения и измерения прочности бетона.
С помощью прибора «Поиск-2.3» определяют: фактическую толщину защитного слоя бетона, расположение верхнего ряда арматуры и закладных, диаметр стержней. Это даёт возможность оценить взаимное расположение арматуры и трещин, уточнить схему испытаний методом отрыва со скалыванием, наметить трассы прозвучива-ния. Прибор имеет режимы акустического поиска стержней и настройки на сталь, позволяющий учесть влияние параллельных стержней и магнитные свойства сталей.
Универсальный влагомер «ВИМС-1.У.З» даёт возможность определить влажность на поверхности и в глубине материала, оценить состояние гидроизоляции конструкций, скорректировать результаты, полученные с помощью механических и ультразвуковых методов. Прибор впервые комплектуется тремя видами датчиков: планарным — для контроля влажности поверхностных слоев, объёмный — для сыпучих материалов и зондовый — для контроля влажности в глубине сыпучих материалов и в скважинах твёрдых материалов.
Применение «Терем-4» в сочетании с известными методами и рассмотренными приборами неразруша-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ющего контроля позволяет оперативно и до-
«Терем-4» стоверно оценивать состояние строительных
Количество каналов................8 — 256 объектов.
Количество адаптеров..............2 — 32 Комплексы «Терем-4», и приборы «Оникс-
Количество каналов адаптера.......4 — 48 2.5, Оникс-ОС, Поиск-2.3, ВИМС-1.УЗ» в
Максимальное число отсчётов.......105 настоящее время успешно эксплуатируются на
Период регистрации, сек...........10 - 103 ряде объектов при мониторное трещин зданий
Время регистрации.................не ограничено и сооружений, при контроле твердения моноАппаратная погрешность, % не более..0,1 литного бетона, определении теплозащитных
Питание аккумуляторное, В.........2,5 свойств конструкций зданий, слежении за мик-
Габаритные размеры, мм роклиматом различных производств, обследо-
- центральный блок................145 х 70 х 25 вании зданий и конструкций, технологическом
- адаптер.........................85 х 55 х 25 контроле.
454080, г. Челябинск, а/я 12771, тел./факс (3512) 655-638, E-mail: carat@chel. surnet.ru, http://www/interpribor.ru г. Москва НИИЖБ, тел.:(095) 174-75-13,
г. Санкт-Петербург, тел.:(812) 998-45-86, (812) 318-64-96
Контакт: Г.А. Губайдулин, А. И. Копп, А.А. Блинов НПП «ИНТЕРПРИБОР»
