Применение комплексной системы оптического мониторинга технического состояния с внешним композитным армированием строительных конструкций

Введение. Обоснована актуальность применения современных методов непрерывной оценки фактического состояния автомобильных и железнодорожных мостов, промышленных и иных инженерных сооружений. Приведены результаты широкого использования оптического метода непрерывного контроля технического состояния инженерных сооружений в реальных условиях эксплуатации.

Материалы и методы. Использованы квазираспределенные волоконно-оптические датчики (ВОД) на основе волоконных брэгговских решеток. Представлен опыт применения волоконно-оптических систем мониторинга, в общем случае включающих: совокупность ВОД, построенных на различных физических принципах; многоканальные устройства их опроса (интеррогаторы); встроенное специальное программное обеспечение, предназначенное для сбора, обработки и визуализации данных мониторинга. Среди наиболее известных разработчиков и поставщиков композитных систем внешнего армирования на основе углеродных армирующих волокон стоит выделить зарубежные и отечественные материалы торговых марок MasterBrace (фирма BASF SE, Германия), SikaWrap (фирма Sika Group, Германия), Torayca (фирма Toray Industries, Япония), FibArm (АО «Препрег-СКМ», Россия), S&P (АО «Триада-Холдинг», Россия) и др. Одними из первых нормативных документов, устанавливающих требования к организации мониторинга в строительной отрасли, являются МГСН 4.19–2005, ГОСТ Р 22.1.12–2005, МРДС-02–08 и др.

Результаты. Установлено, что одной из наиболее перспективных технологий восстановления поврежденных конструкций служит применение систем внешнего армирования из полимерных композитных материалов на основе углеродных волокон и полимерных связующих холодного отверждения. Описан опыт практического использования композитных систем внешнего армирования инженерных сооружений.

Выводы. Результаты контроля позволяют своевременно выявлять снижение несущей способности, возникновение эксплуатационных повреждений, планировать ремонтные мероприятия. Применение волоконно-оптических методов и средств непрерывной диагностики и композитных систем внешнего армирования в комплексе дают возможность обеспечить безопасность эксплуатации инженерных сооружений в реальных условиях.

1. Кальгин А.А. Обращение с отходами // Строительство. Экономика и управление. 2022. № 2 (46). С. 16–23. EDN BFQXEN.

2. Кальгин А.А. Функциональная иерархия принятия решений // Academia. Архитектура и строительство. 2018. № 1. С. 88–91. DOI: 10.22337/2077-9038-2018-1-88-91. EDN YWPFHA.

3. Теличенко В.И., Лапидус А.А., Слесарев М.Ю. Риски интеграции технологий искусственного интеллекта в «зеленые» стандарты // Промышленное и гражданское строительство. 2023. № 8. С. 102–108. DOI: 10.33622/0869-7019.2023.08.102-108. EDN ARDRBK.

4. Теличенко В.И., Лапидус А.А., Слесарев М.Ю. Анализ и синтез образов экологически ориентированных инновационных технологий строительного производства // Вестник МГСУ. 2023. Т. 18. № 8. С. 1298–1305. DOI: 10.22227/1997-0935.2023.8.1298-1305

5. Теличенко В.И. Комплексная безопасность строительства // Вестник МГСУ. 2010. № 4–1. С. 10–17. EDN NEJDCN.

6. Иванников В.В., Николаев А.Г., Шварц В.М., Рябов О.Б., Степанов В.Н. Характерные дефекты и повреждения металлических конструкций // Химическая техника. 2015. № 7. С. 7. EDN ULQNQN.

7. Овчинников И.И., Овчинников И.Г. О причинах аварий и повреждений транспортных и других инженерных сооружений // Ресурсоэнергоэффективные технологии в строительном комплексе региона. 2021. № 1 (13). С. 186–193. EDN FDVYSD.

8. Gusev B.V., Fedotov M.Yu., Leshchenko V.V., Lepikhin A.M., Makhutov N.A., Budadin O.N. Nondestructive testing of offshore subsea pipelines and calculation substantiation of their safety according to risk criteria // Chemical and Petroleum Engineering. 2023. Vol. 58. Issue 9–10. Pp. 776–787. DOI: 10.1007/s10556-023-01161-0

9. Беккер А.Т., Уманский А.М. Полимерное связующее композитной арматуры. Виды, характеристики и перспективы к модификации // Вестник науки и образования. 2018. № 3 (39). С. 22–25.

10. Гусев Б.В., Будадин О.Н., Федотов М.Ю., Козельская С.О., Шелемба И.С. Опыт мониторинга технического состояния и усиления поврежденных строительных конструкций полимерными композиционными материалами // Вопросы оборонной техники. Научно-технический сборник. Серия 15. Композиционные неметаллические материалы в машиностроении. 2020. № 3–4. С. 85–94.

11. Yang M., Xu H. Application of fiber Bragg grating sensing technology and physical model in bridge detection // Results in Physics. 2023. Vol. 54. P. 107058. DOI: 10.1016/j.rinp.2023.107058

12. Shahmirzaloo A., Manconi M., van den Hurk B., Xu B., Blok R., Teuffel P. Numerical and experimental validation of the static performance of a full-scale flax fiber-polyester composite bridge model to support the design of an innovative footbridge // Engineering Structures. 2023. Vol. 291. P. 116461. DOI: 10.1016/j.engstruct.2023.116461

13. Altabey W.A., Wu Z., Noori M., Fathnejat H. Structural health monitoring of composite pipelines utilizing fiber optic sensors and an ai-based algorithm — a comprehensive numerical study // Sensors. 2023. Vol. 23. Issue 8. P. 3887. DOI: 10.3390/s23083887

14. Alwis L., Bremer K., Roth B. Fiber optic sensors embedded in textile-reinforced concrete for smart structural health monitoring : A review // Sensors. 2021. Vol. 21. Issue 15. P. 4948. DOI: 10.3390/s21154948

15. Fouad N., Saifeldeen M.A. Smart self-sensing fiber-reinforced polymer sheet with woven carbon fiber line sensor for structural health monitoring // Advances in Structural Engineering. 2021. Vol. 24. Issue 1. Pp. 17–24. DOI: 10.1177/1369433220944507

16. Lau K.-T., Zhou L.-M., Tse P.-C., Yuan L.-B. Applications of composites, optical fibre sensors and smart composites for concrete rehabilitation : An overview // Applied Composite Materials. 2002. Vol. 9. Pp. 221–247. DOI: 10.1023/a:1016051903029

17. Watkins S.E. Smart bridges with fiber-optic sensors // IEEE Instrumentation & Measurement Magazine. 2003. Vol. 6. Issue 2. Pp. 25–30. DOI: 10.1109/mim.2003.1200280

18. Ларин А.А., Федотов М.Ю. Конструктивные решения для мониторинга фундаментов на Крайнем Севере // Промышленное и гражданское строительство. 2023. № 1. С. 43–50. DOI: 10.33622/0869-7019.2023.01.43-50. EDN PIDVKE.

19. Бростилова Т.Ю., Бростилов С.А., Мурашкина Т.И. Волоконно-оптический датчик деформации // Надежность и качество сложных систем. 2013. № 1 (1). С. 93–99. EDN RDVFSZ.

20. Федотов М.Ю., Ларин А.А. Особенности формирования пространственной топологии волоконно-оптической системы мониторинга свайных фундаментов в условиях Крайнего Севера // Контроль. Диагностика. 2023. Т. 26. № 2 (296). С. 42–51. DOI: 10.14489/td.2023.02.pp.042-051. EDN VLYIZH.