Разработка и создание деформационного мониторинга инженерных сооружений в карстовом районе тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

На правах рукописи

Цветков Роман Валерьевич

РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ В КАРСТОВОМ РАЙОНЕ

Специальность 01.02.04 - механика деформируемого твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 ИЮН 2011

Пермь - 2011 г.

1652

4848652

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институт механики сплошных сред Уральского отделения РАН

Научный руководитель: доктор физ.-мат. наук, профессор

Шардаков Игорь Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Барях Александр Абрамович

доктор физ.-мат. наук, профессор Вахрушев Александр Васильевич

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Тульский государственный

университет»

Защита состоится 23 июня 2011 г. в I (з часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.188.05 при ГОУ ВПО «Пермский государственный технический университет» по адресу: 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, ауд. 4236.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного технического университета.

Автореферат разослан <<¿0» мая 2011г.

Ученый секретарь диссертационного совета:

доктор технических наук, доцент —> Щербинин А.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Строительство и эксплуатация зданий и сооружений в карстовых районах сопряжены с возможностями возникновения в грунте под зданием карстовых полостей и воронок. Особенность этих явлений состоит в том, что к моменту начала строительства геологические изыскания могут свидетельствовать об отсутствии карстовых полостей под сооружением, однако в процессе эксплуатации возможна реализация условий для их появления и роста. Активизация карстовых процессов может привести к недопустимым деформациям грунта и, как следствие, к разрушению фундамента и самого сооружения.

Одним из самых эффективных способов, позволяющих своевременно зарегистрировать начало и активизацию деформационных процессов в элементах сооружений от воздействия карста, является использование автоматизированных систем деформационного мониторинга. Эти системы должны обеспечивать автоматическое измерение деформационных параметров в режиме on-line с последующей математической обработкой и представлением данных в доступном виде. На основе анализа результатов обработки данных об эволюции измеренных параметров и математического моделирования деформационных процессов в комплексе «грунтовое основание - фундамент - сооружение» системы мониторинга должны позволять делать заключение о закономерностях деформационных состояний сооружения, а также прогнозировать его дальнейшее поведение.

Таким образом, актуальной научно-технической задачей является разработка и создание автоматизированных систем деформационного мониторинга инженерных сооружений в карстовых районах.

Целью работы является разработка и создание автоматизированной системы мониторинга деформационного состояния сооружений, находящихся в карстовых районах.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выбор структуры систем первичных датчиков и их эксплуатационных параметров (диапазон измерений, точность, дискретность расположения) с использованием математического моделирования деформационного поведения объекта.

2. Оценка (в автоматическом режиме) деформационных процессов во всех элементах конструкции на основе показаний дискретно расположенных первичных датчиков с использованием математической модели деформационного поведения объекта.

3. Оценка критического и предкритического состояния объекта на основе анализа эволюции деформационных параметров конструкции.

Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Разработана и численно реализована математическая модель деформационных процессов в системе «карст - грунтовое основание - фундамент -

сооружение», которая позволила определить структуру совокупности первичных датчиков деформационного мониторинга сооружения.

2. Разработана и внедрена в аналитический блок системы мониторинга математическая модель, позволяющая в автоматическом режиме по результатам измерений с дискретно распределенных первичных датчиков оценивать деформационные процессы в любом элементе сооружения.

3. Разработана система датчиков, которая позволяет в автоматическом режиме осуществлять измерения осадок зданий и сооружений.

4. Получены эволюционные зависимости параметров деформационного состояния элементов сооружения. Эти зависимости являются основой для оценки остаточного временного ресурса безопасной эксплуатации сооружений.

Практическое значение работы состоит в следующем:

1. Разработана и создана автоматизированная система мониторинга деформационного состояния 5-этажного кирпичного дома в карстовом районе (г. Кунгур, Пермский край), которая продемонстрировала свою эффективность и надежность практически бесперебойной работой в течение 2.5 лет. На основании результатов работы системы мониторинга обоснована возможность инженерных мероприятий по укреплению фундамента дома.

2. Разработанная система мониторинга может быть успешно растиражирована для широкого многообразия инженерных сооружений.

Подходы, развиваемые в диссертации, реализованы при выполнении ИМСС УрО РАН работ по программе Президиума РАН №11 «Фундаментальные проблемы механики взаимодействий в технических и природных системах, работ по грантам РФФИ №06-08-00696-а, № 09-08-99135-р_офи. Внедрение подтверждено справкой об использовании результатов работы в МУ «Кунгурское городское муниципальное управление гражданской защиты». Личный вклад автора состоит:

- в проведении исследований по численному моделированию деформационных процессов 5-этажного кирпичного дома в карстовом районе (г. Кунгур, Пермский край) с целью получения наиболее информативной структурной схемы совокупности первичных датчиков для автоматизированной системы мониторинга, в обобщении и оценке полученных результатов;

- во внедрении численной реализации математической модели деформационных процессов в аналитический блок автоматизированной системы мониторинга, что позволило организовать автоматизацию численной реализации математической модели на каждом этапе поступления данных с систем первичных датчиков, а также оценивать распределение деформационных процессов во всех элементах дома;

- в разработке и создании систем первичных датчиков, позволивших осу-

ществлять автоматическую регистрацию осадок фундаментов дома;

- в непосредственном участии в разработке и в практическом создании автоматизированной системы деформационного мониторинга 5-этажного кирпичного здания, находящегося в карстовом районе.

На защиту выносятся следующие основные результаты работы:

- результаты численных экспериментов на основе математической модели деформационных процессов в системе «карст - грунтовое основание -фундамент - сооружение», которые позволили определить структуру первичных датчиков деформационного мониторинга сооружения;

- система первичных датчиков измерения неравномерных осадок зданий и инженерных сооружений;

- результаты эволюционных зависимостей параметров деформационного состояния элементов сооружения, полученные с использованием автоматизированной системы мониторинга.

Достоверность численных результатов математического моделирования деформационных процессов достигалась за счет корректных постановок краевых задач и анализа процесса практической сходимости численных решений. Достоверность результатов экспериментальных измерений параметров деформационных процессов, получаемых с систем первичных датчиков, устанавливалась путем экспериментального тестирования и сравнения с результатами, полученными другими авторами.

Апробация работы. Основные положения работы обсуждались на следующих конференциях: Всероссийской конференции по волоконной оптике (Пермь, 2007); на XV и XVI «Зимних школах» по механике сплошных сред (Пермь, 2007 и 2009); Всероссийской конференции «Безопасность критичных структур и территорий» (Екатеринбург, 2008); конференции молодых ученых «Неравновесные процессы в сплошных средах» (Пермь, 2008 и 2009); конференции «Проблемы и задачи инженерно-строительных изысканий. Проблемы инженерной геологии карста урбанизированных территорий и водохранилищ» (Пермь, 2008); конференции «Современные проблемы математики, механики, информатики» (Тула, 2008); конференции «Актуальные проблемы математики, механики, информатики» (Ижевск, 2010). Диссертация в целом обсуждена на научном семинаре кафедры математического моделирования систем и процессов ПГТУ (руководитель д.ф.-м.н, проф. П.В. Трусов, 2011); научном семинаре ИМСС УрО РАН (руководитель акад. РАН В.П. Матвеенко, 2011); научном семинаре кафедры вычислительной математики и механики ПГТУ (руководитель д.т.н, проф. H.A. Труфанов, 2011).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 11 научных работах (10 - в соавторстве, 3 - опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК). В числе научных работ - 1 патент на изобретение (в соавторстве).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы и приложения. Она содержит 119 страниц тек-

ста, в том числе 52 рисунка, 8 таблиц. Список литературы включает 194 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится описание нового направления науки и техники - Structural health monitoring (SHM), в рамках которого создаются системы обеспечения безопасности конструкций. Одной из составляющих SHM является деформационный мониторинг. Приведены примеры реально функционирующих систем деформационного мониторинга на крупных инженерных сооружениях (мосты в Канаде, Гонконге). Также перечислены российские организации (НПО «СОДИС», НПК «Мониторинг-центр», НПП «Геотек», ООО «ГПиКО» и др.), которые занимаются разработкой и внедрением систем автоматизированного мониторинга деформационного состояния сооружений. Выполнен обзор методов измерений деформационных параметров строительных сооружений и конструкций. На основе анализа приведенного материала обозначены основные направления по совершенствованию систем деформационного мониторинга, обоснована актуальность работы и сформулированы цели работы.

В первой главе описаны основные подходы к разработке принципиальной схемы системы мониторинга деформационного состояния сооружений, испытывающих осадку фундамента, в частности, за счет появления и эволюции карстовой полости. Основная идея заключается в предварительной оценке деформационных процессов в системе «карст - грунтовое основание - фундамент - сооружение». Эта оценка осуществлялась на основе численных экспериментов с математической моделью, описывающей деформационный процесс в этой системе. Результаты этих экспериментов позволили осуществить рациональный выбор параметров, которые необходимо и можно измерять в процессе мониторинга. Исследованиям в области поведения конструкций в сложных инженерно-геологических условиях посвящены работы многих ученых: М.Ю. Абелева, В.А. Барвашова, A.A. Бартоломея, A.A. Баряха, Б.В. Гончарова, Н.З. Готман, A.A. Григорян, Э.И. Мулюкова, A.B. Пилягина, Е.А. Сорочана, З.Г. Тер-Мартиросяна и др.

Математическая модель разрабатывалась на основе следующей исходной информации: геометрия здания; физико-механические свойства материалов и строительных элементов конструкции здания; пространственное расположение грунтов и их физико-механические свойства по данным инженерно-геологических изысканий. Грунтовое основание состоит из нескольких неравномерно залегающих пластов грунтовых массивов, имеющих различные физико-механические свойства. Предполагается, что каждый пласт грунта — упруго-пластическое тело (см. таблицу 1). Здание представляет собой 5-этажный кирпичный дом на свайном фундаменте. Физико-механические свойства здания и фундамента считаются упругими. Карстовая полость располагается строго под зданием. Внешним силовым фактором, действующим на систему,

является собственный вес. Предполагается, что в грунтовом основании под зданием появляется карстовая полость, которая изменяет напряженно-деформированное состояние, сформировавшееся в элементах системы до ее появления. Расчетная схема задачи о деформационном взаимодействии карстовой полости с системой «грунтовое основание - фундамент - сооружение»

Рис. 1. Расчетная схема системы «карст - грунтовое основание - фундамент - сооружение»

В предлагаемой постановке задачи материал грунтового массива, непосредственно заполненный сваями и представляющий неоднородную гетерогенную среду, моделировался гомогенным трансверсально-изотропным линейно-упругим материалом с соответствующими эффективными свойствами. Приведено обоснование возможности такого моделирования. Рассчитанные значения эффективных свойств композиции «свая - грунт» приведены в таблице 2.

Таблица 1. Характеристики материалов в расчетной модели

№ Материал Плотность, кг/м3 Е, МПа V Уд. сцепление С, МПа Угол вн. тренин Т, град

1 Бетон 2500 20000 0.22 - -

2 Кирпичная кладка 1900 750 0.25 - -

3 Грунт 1 (Насыпной) 1700 1.9 0.3 44 17

4 Грунт 2 (Глина) 1800 6.4 0.35 36 8

5 Грунт 3 (Гравийный) 2100 20 0.3 32 32

6 Грунт 4 (Ангидрит) 2800 200 0.23 - -

Таблица 2. Эффективные свойства материалов

Материал Е. , М11а Ех , МПа Сг, МПа

Насып, грунт-свая 990 2.19 0.807 0.428 0.297

Глина-свая 994 7.66 2.62 0.537 0.344

Численное решение задачи о деформационном взаимодействии карстовой

полости с системой «грунтовое основание - фундамент - сооружение» осуществлялось методом конечных элементов с использованием программного комплекса А^УБ. В проведенных численных экспериментах результат влияния карстовой полости на изменение напряженно-деформированного состояния (НДС) в элементах системы «грунтовое основание - фундамент -здание» устанавливался путем сопоставления двух решений - с карстовой полостью и без нее.

0.000 8, м

.0.010

-0.020

4.030 -0.040

-0.060

О 20 40 00 80 100 120

1-Х, М

Рис. 2. Изменения вертикальных осадок фундамента Э вдоль оси здания £ч для двух вариантов размеров карстовой полости, соответственно в упругом и упруго-пластическом

приближении для грунта

Во всех проведенных расчетах карстовая полость представляется в виде эллипсоида с фиксированным значением вертикальной полуоси, равным 1м, и с равными значениями двух горизонтальных полуосей. Изменение объема и границы карстовой полости осуществлялось за счет изменения размеров горизонтальных полуосей. Глубина залегания полости для представленных ниже результатов составила 31м.

0.0020

0.0010 0.0005 0.0000 -0.0005 -0.0010 -0.0015 -0.0020

0 20 40 60 80 100 120

их, м

Рис. 3. Изменение величин углов поворота ф верхней части здания вдоль его длины Ьх за счет появления карстовой полости с размерами полуосей 1х10х10м в упругой постановке

На рис. 2 приведены изменения вертикальных осадок фундамента S вдоль продольной оси здания Lx для двух размеров карстовой полости, полученные в рамках упругого и упруго-пластического приближений.

В ходе численных экспериментов также оценивалось изменение углов наклона (поворота) в некоторых точках несущих стен здания, которые представлены на рис. 3.

Из анализа проведенных численных экспериментов следует, что факты появления и изменения карстовой полости могут быть зафиксированы, если измерять следующие деформационные параметры:

- изменения величин вертикальных осадок фундамента здания:

- точность измерения 1 мм,

- диапазон измерения 0+10 см,

- дискретность по длине фундамента Юм;

- изменения величин углов поворота на несущих стенах здания:

- точность измерения 0.00005 рад,

- диапазон измерения 0 + 0.005 рад,

- изменение компонент тензора деформаций на несущих стенах здания:

- точность измерения 10"5,

- диапазон измерения 0 -¡- 0.002.

Из полученных результатов следуют выводы:

- все приведенные деформационные параметры хороши тем, что экспериментально могут быть измерены;

- измерения углов наклона и компонент тензора деформаций в дискретных точках, во-первых, малоинформативны с точки зрения оценки НДС в произвольных фрагментах конструкции и требуют большое количество точек измерений (а значит, и датчиков), чтобы достаточно хорошо описать распределения этих величин по элементам сооружения (см. рис. 3);

- изменения величин вертикальных осадок фундамента здания имеют преимущество перед другими измеряемыми величинами: во-первых, потому что с помощью математической модели деформационного поведения позволяют оценить НДС любых других элементов здания, а во-вторых, не требуют большого числа точек измерений (а значит, датчиков), чтобы описать распределения этих величин по основанию фундамента.

Таким образом, численные эксперименты по исследованию закономерностей квазистатических деформационных процессов взаимодействия карстовой полости с системой «грунтовое основание -фундамент - сооружение» позволили определить структуру совокупности первичных датчиков, необходимых для деформационного мониторинга элементов здания. Основополагающей группой датчиков являются измерители вертикальных осадок, дискретно распределенные по периметру фундаментов здания. Датчики по измерению углов наклона и линейных деформаций также вошли в состав системы, но лишь с целью корректировки параметров математической модели при адаптации ее к объекту мониторинга.

В системе мониторинга для регистрации неоднородности осадок фундаментов был выбран метод гидростатического нивелирования, описанный в работах Р. Pelissier, D. Roux, Е. Meier и др. Этот метод позволяет измерять вертикальные перемещения точек элементов сооружения, в которых закреплены датчики гидронивелирования, относительно горизонтальной поверхности, формируемой уровнями поверхности жидкости в сообщающихся объемах датчиков. В качестве недостатка метода следует отметить, что он не позволяет измерять жесткие смещения здания и его поворот относительно оси, направление которой совпадает с направлением поля тяжести. Но следует отметить, что эти жесткие трансляции и не изменяют НДС конструкции.

В разработанной системе измерения неоднородности осадок текущее положение уровня жидкости относительно измерительного модуля осуществляется с помощью поплавка и индуктивного датчика линейных перемещений (LVP-100 GA-SA7-I фирмы Micro-Epsilon).

В главе 1 подробно рассмотрены факторы, определяющие погрешность измерения уровня жидкости, и способы ее снижения. Достоинствами этой измерительной системы являются: простота изготовления; широкий рабочий диапазон измерения уровня жидкости; необходимая точность измерений. В частности, для рассматриваемого 5-этажного жилого дома оценка погрешности датчика уровня составила (+/- 0.5 мм), а диапазон изменения уровня (+/- 5 см).

На рис. 4 представлен внешний вид системы измерения неравномерности осадок фундаментов.

На основе проведенных расчетов была выбрана схема размещения датчиков в подвале здания (рис. 5), согласно которой на фасадной и дворовой частях фундаментов здания располагаются по 10 датчиков.

Рис. 5. Схема размещения датчиков в подвале здания

Известно, что параметры динамической реакции системы «грунтовое основание - фундамент - сооружение» на внешнее динамическое воздействие являются информативными для деформационного мониторинга. В качестве параметров динамической реакции могут быть: значения и распределения собственных часто г; уровни амплитуд ускорений в элементах сооружения; величины, характеризующие диссипативное поведение элементов сооружения и т.п. Для математического моделирования этих величин была поставлена начально-краевая задача о динамической деформационной реакции системы «грунтовое основание - фундамент - сооружение» на импульсное силовое воздействие на поверхность грунта. Численная реализация этой задачи позволила оценить диапазон частот колебаний конструкции здания (от 1 Гц и выше), а также амплитуды перемещений (10~8 - 10'" м) и скоростей (10~7 - 10~5 м/с), вызванных воздействием проезжающего транспорта. Исходя из этой информации, в качестве прибора, регистрирующего динамические реакции системы, был выбран 3-х компонентный сейсмометр СМЕ4111.

дагашси измерения ^ ^

Рис. б. Принципиальная схема системы автоматизированного мониторинга деформационного

состояния сооружения

На основании анализа результатов всех численных экспериментов были конкретизированы совокупности всех датчиков, вошедших в состав системы деформационного мониторинга, и их параметры.

На рис. 6 представлена принципиальная схема системы автоматизированного мониторинга деформационного состояния сооружения, включающая в себя:

- датчики, установленные на конструкции объекта;

- подсистему сбора информации с датчиков;

- подсистему передачи информации на сервер центра мониторинга;

- подсистему хранения измеренных данных и управления ими на сервере центра мониторинга;

- подсистему обработки, анализа информации;

- подсистему визуализации данных для пользователей.

Во второй главе приводится описание автоматизации процессов сбора, хранения и передачи данных. Описаны использованные в составе системы мониторинга аппаратные и программные средства системы на объекте исследования, а также программные средства для обработки и визуализации данных в центре сбора информации. В главе приведено описание процедуры передачи данных по каналам связи с наблюдаемого объекта в центр сбора информации. Материал, приведенный в этой главе, имеет информационно-вспомогательный характер с точки зрения исследования деформационных процессов в элементах объекта мониторинга, но является неотъемлемым для представления деформационного мониторинга в виде единой автоматизированной системы.

В третьей главе приведены результаты работы созданной автоматизированной системы деформационного мониторинга, установленной в 5-этажном кирпичном доме, расположенном в карстовом районе. В этой главе приведен анализ результатов работы системы мониторинга за 2.5 года ее эксплуатации.

По протоколу, определяющему режим работы системы, измерения, сбор и передача данных на центральный сервер осуществлялась каждые 1.5 часа. С помощью разработанных программных средств производилась обработка поступающей информации в аналитическом блоке системы мониторинга, в результате чего были получены зависимости, которые характеризуют деформационные процессы, происходящие в наблюдаемом объекте. В частности, на рис. 7 представлены распределения величин осадок вдоль периметра фундаментов за все время работы системы мониторинга, а на рис. 8 - эволюции этих величин в деформационно-активных точках фундаментов.

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 х,м

Рис. 7. Распределения осадок вдоль периметра фундаментов за все время наблюдений. Цифры на графиках определяют местоположение датчика в соответствии с рис.5.

Рис. 8. Эволюция осадок в месте установки датчиков 3 — 7 и 13 — 17

Приведенные зависимости (рис. 7) позволяют получить выражения для первых производных от осадок по длине фундамента, которые, согласно СНи-Пам (Строительные нормы и правила), являются нормативными величинами и называются относительными разностями осадок. Эволюционные зависимости (рис. 9) позволяют оценить скорости изменения нормативного деформационного параметра - относительной разности осадок. Знание нормативной предельно допустимой величины относительной разности осадок (по данным С-НиП) и распределения скоростей и достигнутых уровней относительных разностей осадок позволяет получить оценку временного интервала безопасной эксплуатации сооружения по данному параметру.

7-8

снян2 «г.01-83 / 13-14

05.06.07 1.11.07 2ЯЙ3.08 2S.8S.0S 23.0J.09 JS.06.09 27.11.09

Рис. 9. Эволюция относительной разности осадок фундаментов 8s между датчиками (7-8) и

(13-14), согласно рис.5

Доступ к результатам обработки данных измерений был организован через Интернет в on-line режиме и открыт для любого пользователя, наделенного правом доступа к соответствующей web-странице. Проведенные наблюдения деформационных процессов продемонстрировали рост относительной разности осадок между датчиками (рис. 9). По достижению пороговых значений разности осадок на конкретных датчиках система выдавала предупреждение на web-странице в виде кружков желтого или красного цвета, символизирующее критическое состояние фундамента в окрестности этих датчиков.

Получаемая от систем дискретно распределенных датчиков информация не может в полной мере характеризовать деформационные процессы во всей совокупности элементов здания. Для воспроизведения полной картины НДС всей конструкции в работе используется математическая модель, описывающая закономерности деформационных процессов в системе «карст - грунтовое ос-

нование - фундамент - сооружение», представленная в главе 1. В этой математической модели грунтовое основание отбрасывалось, а взаимодействие его с фундаментами учитывалось за счет граничных условий, которые формулировались на основании результатов измерений относительных осадок. Таким образом, в соответствии с эволюционной последовательностью изменений осадок получены эволюционные изменения НДС во всех элементах здания. Численная реализация краевых задач осуществлялась методом конечных элементов с использованием программного пакета в автоматическом режиме по программному запросу из аналитического блока системы мониторинга. Результаты решения этих задач автоматически размещались на шеЬ-странице и становились доступными через Интернет.

105 5-Ю4 № ЗТО' 5-105 10® 2-10" (НО4 З'Ю'

Рис. 10. Изменения эквивалентных напряжений в конструкции здания вследствие осадок

фундаментов

На рис. 10 показаны изменения эквивалентных напряжений (по Мизесу) в конструкции здания вследствие осадок фундаментов. Такой подход позволяет определять местоположение и эволюцию деформационных параметров отдельных элементов здания.

f у»* * * А 'г;- ь щШ

г"

06.11.07 01.04.08 27.06.08 22.01.09 19.06.09 14.11.09 Дата

Рис. 11. Эволюция низшей собственной частоты конструкции здания

Далее в главе 3 приводится анализ динамических процессов в конструкции сооружения. В ходе работы системы мониторинга зафиксировано инте-

ресное явление - сезонные смещения низшей собственной частоты конструкции здания (рис. 11), связанные, по всей видимости, с изменениями физико-механических свойств грунтов.

В заключении сформулированы основные результаты работы:

1. Разработана методология определения наиболее информативной структуры совокупности первичных датчиков с использованием математического моделирования деформационного поведения объекта.

2. Теоретически обоснована возможность использования измеренных величин осадок фундамента в качестве краевых условий для решения задачи об НДС любых элементов объекта мониторинга (упругий случай).

3. Осуществлено внедрение в аналитический блок системы мониторинга математической модели деформационного поведения объекта. Численная реализация математической модели осуществляется в автоматическом режиме и использует в качестве исходных данных показания дискретно расположенных первичных датчиков.

4. Этот вариант использования математической модели и показаний датчиков позволил определить закономерности деформационных процессов во всех элементах объекта в зависимости от реальных осадок фундаментов.

5. Полученные эволюционные зависимости параметров деформационного состояния элементов сооружения являются основой для оценки остаточного временного ресурса наблюдаемого объекта.

6. Создана автоматизированная система мониторинга деформационных процессов в элементах здания, расположенного в карстовом районе. Эта система позволила за 2.5 года бесперебойной работы объективно оценивать степень безопасности эксплуатации здания и принимать правильные решения по инженерно-организационным мероприятиям.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Цветков Р.В., Шардаков И.Н. Моделирование деформационных процессов в системе «грунтовое основание-фундамент-здание» при наличии карстовых явлений // Вычислительная механика сплошных сред. - 2010. - Т.З, №3. - С.102 - 116 (из перечня ВАК).

2. Цветков Р.В., Шардаков И.Н. Автоматизированная система измерения неравномерности осадок сооружения // Вестник ВолгГАСУ. Сер.: Стр-во и архит. - Волгоград. -2008. - Вып. 10 (29). - С. 128 - 134 (из перечня ВАК).

3. Голотина Л.А., Цветков Р.В., Шардаков И.Н. Использование программного средства «АЫБУБ» в автоматизированной системе мониторинга механического состояния зданий и сооружений // Международный журнал по расчету гражданских и строительных конструкций. - 2008. -Т.4 , №.2. - С. 48^49 (из перечня ВАК).

4. Пат. № 2378457, Российская федерация, МПК ЕОЮЗЗ/ОО. Система мониторинга здания, находящегося под действием возмущений от его фундамента / И.Н. Шардаков, В.П. Матвеенко, Р.В. Цветков, Л.А. Голотина; заявитель и патентообладатель ИМСС УрО РАН. -№2008145818 Заявл. 19.11.2008; опубл. 10.01.2010.

5. Голотина Л.А., Цветков Р.В., Шардаков И.Н. Расчет напряженно-деформированного состояния строительной конструкции - составная часть автоматической системы мониторинга // Современные проблемы математики, механики, информатики: Материалы международной научной конференции - Тула, 2008. - С. 180 -184.

6. Гущина Т.С., Цветков Р.В. Роль и значимость инженерно-геологических процессов на эволюцию деформационных явлений в жилом доме // Проблемы и задачи инженерно-строительных изысканий. Проблемы инженерной геологии карста урбанизированных территорий и водохранилищ: Материалы Всеросс. науч.-практ. конф. -Пермь. - 2008. - С.49-55.

7. Матвеенко В.П., Шардаков И.Н., Цветков Р.В. Интеллектуальный мониторинг механического состояния зданий и сооружений // Труды Всероссийской научной сессии научных советов РАН по механике деформируемого твердого тела и по проблемам горных наук. - Якутск, 16-20 июня 2008. - С.15-21.

8. Цветков Р.В. Оценка напряженно-деформированного состояния объекта в автоматизированной системе мониторинга // Неравновесные переходы в сплошных средах. Материалы всероссийской конференции молодых ученых. - Пермь. - 2008. - С.289-292.

9. Цветков Р.В., Шардаков И.Н., Бобров A.B., Чугунов Д.П., Янгиров P.P. Система автоматизированного мониторинга деформационного состояния здания // Конференция Актуальные проблемы математики, механики, информатики. Сборник статей. -Пермь - Екатеринбург. - 2008.-С.165- 171.

10. Цветков Р.В., Юрлов М.А. Устройство для беспроводной передачи данных в системах мониторинга // Зимняя школа по механике сплошных сред (пятнадцатая). Сборник статей. - Екатеринбург. - 2007. - Ч. 3. - С. 258 - 261.

11. Шардаков И.Н., Цветков Р.В., Мухаметжанов И. Мониторинг деформационного состояния жилого дома при помощи оптико-волоконных датчиков // Фотон-экспресс. - 2007. - №6. - С.62- 63.

Подписано в печать 17.05.11. Формат 60x90/16. Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии

Издательства ПГТУ Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113. Тел. (342)219-80-33.

Введение.

1. Разработка структурной схемы системы деформационного мониторинга инженерных сооружений.

1.1. Математическое моделирование влияния карста на деформационные процессы в системе «грунтовое основание — фундамент - сооружение».

1.1.1. Исходная информация об объекте мониторинга.

1.1.2. Математическая модель системы «грунтовое основание -фундамент - сооружение» с учетом карста для случая квазистационарного деформирования.

1.1.3. Алгоритм численного решения и его тестирование.

1.1.4. Результаты моделирования деформационного поведения сооружения для случая квазистационарного деформирования.

1.1.5. Динамическое поведение системы «грунтовое основание — фундамент - сооружение».

1.2. Первичные датчики системы автоматизированного мониторинга деформационного состояния сооружения.

1.2.1. Датчики измерения вертикальных перемещений фундаментов.

1.2.2. Датчики измерения наклона конструкции сооружения.

1.2.3. Датчик измерения вибрационных характеристик.

1.3. Структура автоматизированной системы мониторинга деформационного состояния сооружения.

2. Автоматизация процесса сбора, хранения, передачи, обработки и визуализации данных.

2.1. Подсистема сбора данных с первичных датчиков.

2.2. Подсистема хранения и передачи данных.

2.3. Подсистема визуализации данных.

3. Использование результатов мониторинга для оценки особенностей деформационных процессов в наблюдаемом объекте.

3.1. Эволюции деформационных параметров, регламентируемых нормативными документами.

3.2. Интеграция математической модели в систему мониторинга.

3.3. Результаты мониторинга динамических процессов в грунте под зданием.

Строительные и инженерные сооружения - неотъемлемый элемент человеческой цивилизации. Уровень разработок по созданию уникальных строительных и инженерных сооружений всегда являлся одним из показателей научно-технического прогресса и определял эпохальность различных исторических периодов - начиная с египетских пирамид, Великой китайской стены, Эйфелевой башни и до современных небоскребов.

За минувшее столетие в ходе развития экономик и миграции людей в города в стройиндустрии произошли крупные изменения - появились высотные многоэтажные здания и сложные инженерные конструкции для обеспечения жизнедеятельности людей. Экономические факторы спровоцировали оптимизацию затрат на строительство и побудили тенденции к более высотному и плотному строительству, а также строительству в сложных геологических условиях. Эти обстоятельства потенциально увеличивают риски возникновения аварийных ситуаций, последствия которых приобрели высокую технологическую и социальную значимость.

Разрушения зданий и сооружений в достаточном количестве описано в литературе. В зарубежной литературе с этой информацией можно ознакомиться в работах Р. Хэммонда [108], Petroski [168,169], Piesold [170], Wearne [188] и др. В отечественной литературе повреждения, разрушения сооружений и их причины описаны в книгах Б.В. Сендерова [90], A.A. Шишкина [2], А.Н. Шкинева [120], A.A. Потапкина [86], Ф.Д. Дмитриева [29] и других [28, 56].

Приведем несколько примеров катастрофических разрушений за последние десятилетия. Обрушение отеля New World [187] в Сингапуре в 1986г, жертвами которого стали 33 человека, произошло из-за ошибок в проектировании и превышении нормативной нагрузки. Разрушение здания Sampoong Department в Южной Корее в 1995 г., жертвами которого стали более 500 человек, произошло вследствие ослабления фундамента [140]. Обрушение крыши центра массового отдыха «Трансвааль-парк» в Москве [122] в 2004г., жертвами которого стали 28 человек, произошло из-за ошибок в проектировании и нарушении проектной документации, а также из-за неравномерных осадок грунтов и использовании в конструкциях сталей с повышенным содержанием углерода. Обрушение крыши торгового центра «Басманный рынок» в Москве [68] в 2006г., жертвами которого стали 66 человек, произошло из-за обрыва вантового троса вследствие коррозии метала.

Анализ различных аварийных ситуаций позволяет выделить характерные группы причин их возникновения:

- ошибки при проектировании конструкции;

- ошибки при монтаже конструкции;

- ошибки при эксплуатации;

- стихийные бедствия;

- аварии оборудования в сооружении;

- износ конструкции;

- внешние воздействия (подвижки грунтов).

Еще одна проблема сопряжена с риском возникновения в грунте под зданием карстовых полостей и воронок. Особенность этих явлений состоит в том, что к моменту начала строительства геологические изыскания могут свидетельствовать об отсутствии карстовых полостей под сооружением, однако в процессе эксплуатации возможна реализация условий для их появления и роста. Активизация карстовых процессов может привести к недопустимым деформациям грунта и, как следствие, к разрушению фундамента и самого сооружения. Развитие данной ситуации наиболее опасно для конструкций, которые изначально не были рассчитаны на подобные воздействия.

Как правило, в информации об аварийных ситуациях имеется подробное описание катастрофического этапа процесса разрушения и его последствий. Однако практически отсутствует информация об эволюциях деформационных процессов, предшествующих завершающей фазе разрушения. Выявление причин, приведших к разрушению, опирается, как правило, на предположения и гипотезы. Знание этих причин, а также особенностей физико-механических процессов и сценариев предкритического состояния элементов сооружения очень важно для оценок прочности, надежности и степени безопасной эксплуатации конструкций. Формирование информации о деформационных процессах в элементах сооружений на всех этапах их использования осуществляется с помощью комплекса инженерно-технических мероприятий, которые в целом называются мониторингом деформационного состояния сооружения. Следует также отметить, что во всех выше упомянутых случаях катастрофических разрушений не были использованы современные системы мониторинга деформационного состояния сооружений.

Первоначально одним из основных средств мониторинга деформационного состояния сооружения являлся визуальный осмотр с выявлением видимых дефектов - трещин, отслоений, коррозий. В дальнейшем появились методики обследования сооружений и конструкций, которые широко описаны в литературе [4, 14, 31, 50, 51, 59, 64, 65, 75, 89, 104, 117, 78], с применением приборов, измеряющих различные геометрические параметры сооружений [15, 49], а также физико-механические характеристики материалов. Результаты этих измерений в значительной степени являлись основой для оценки только текущего состояния элементов конструкции. В значительно меньшей степени эти результаты могли быть основой для прогноза безопасности эксплуатации сооружения. Этот факт, являясь большим недостатком мониторинга данного уровня, был обусловлен тем, что измерения осуществлялись вручную и требовали больших временных затрат.

Поэтому было необходимо совершенствовать подходы, методы и средства реализации мониторинговых мероприятий. Основным направлением развития стало совершенствования методов измерения с использованием достижений в области физики и электроники, что привело к совершенствованию датчиков [105], позволяющих стабильно измерять различные деформационные параметры: деформацию, изменение геометрии объекта, динамические характеристики.

Особый интерес для наблюдений за протяженными объектами представляют датчики, позволяющие контролировать геометрические параметры, такие как расстояния между точками объекта, углы или абсолютные координаты. В этом направлении наибольшие перспективы в настоящее время имеет развитие спутниковых систем навигации, систем лазерного сканирования.

Применение спутниковых систем навигации GPS [166] и ГЛОНАСС позволяет находить абсолютное положение объекта или его частей в пространстве с точностью до 2-3 мм (в дифференциальном режиме), которой достаточно для контроля геометрии протяженных объектов (мостов, плотин). Данный метод используется в мониторинге мостов [128], дамб [175], высотных зданий [186]. Однако из-за недостатков (чувствительность к электромагнитным полям, к препятствиям и наличие устойчивого сигнала не менее, чем от 4-х спутников) использование систем спутниковой навигации крайне затруднительно для контроля положения строительных элементов конструкции внутри объекта.

Применение когерентного лазерного радара позволяет проводить сканирование объекта и определять расстояние до него. В контролируемые точки на объекте помещаются отражатели, и лазерный радар измеряет расстояние до них. Основной недостаток, ограничивающий возможности данного метода - необходимость наличия прямой видимости. Метод успешно применяется для контроля положения элементов дамб и плотин.

Для контроля механического состояния конструкции используют датчики деформации (тензодатчики). Датчики деформации, как правило, фиксируют изменение длины, что при известной длине базы эквивалентно измерению деформации. С середины 20-го века применялись резистивные тензодатчики с электрическим сопротивлением. Принцип действия такого датчика основан на изменении длины электропроводящего материала, которое приводит к изменению электрического сопротивления. При использовании в измерительных системах на сооружениях важна технология крепления датчика, особенно крепления к бетонным элементам конструкций. Использование склейки негативно сказывается на температурной стабильности, кроме того, ее качество может ухудшаться со временем. Для исследования металлоконструкций применяют крепление тензодатчиков к металлу посредством точечной сварки. Проблемы с долговременной стабильностью резистивных тензодатчиков не позволяют широко использовать их в системах мониторинга. Поэтому получили распространение датчики деформации, основанные на других принципах действия - струнные [150, 154], индуктивные, лазерные и волоконно-оптические.

Волоконно-оптические датчики [74, 148, 177] в настоящее время считаются наиболее перспективными по ряду причин. Выделим главные из них:

- высокая чувствительность и хорошая стабильность во времени;

- устойчивость к внешним воздействиям, в том числе к радиации;

- интеграция чувствительного элемента, которым служит само волокно, в систему передачи данных;

- большая удаленность датчиков от центра сбора информации;

- возможность использования большого числа датчиков на одной линии. Существуют волоконно-оптические датчики, основанные на разных принципах действия [74]: изменении интенсивности светового потока, поляризации света, сдвиге частоты, интерференции. Наибольшее развитие в системах мониторинга в настоящее время получают датчики на основе решетки Брэгга [164, 173], а также на основе интерференции [144]. Волоконно-оптические датчики получили широкое применение в системах мониторинга [145, 192, 141, 181].

В настоящее время общей тенденцией развития стала полная автоматизация систем мониторинга деформационного состояния сооружений. Для сбора информации в таких системах обычно применяются сенсоры, которые измеряют деформационные статические или динамические характеристики независимо в определенной точке конструкции. Преимущества использования таких датчйков — простота установки, возможность объединения в сеть и относительно невысокая стоимость чувствительного элемента. Использование сетей датчиков привело к необходимости развития методов статистической обработки и анализа регистрируемых данных.

Появление новых сенсоров, развитие коммуникационных технологий по сбору и передаче данных, развитие программного обеспечения способствовало в конце 80-х годов XX века выделению направления по разработке различных систем мониторинга в отдельную отрасль инженерной науки - Structural Health Monitoring (SHM), что переводится как «мониторинг здоровья конструкции» или «мониторинг состояния сооружения». Основной его задачей является определение, степени безопасности сооружения и предсказание его остаточного ресурса. Следует отметить и экономические причины, способствовавшие развитию данной отрасли. Системы мониторинга при стоимости порядка процента от цены сооружения обеспечивают длительную и безопасную эксплуатацию объекта и своевременное проведение ремонтных работ, позволяя, таким образом, экономно расходовать средства.

SHM возникла из ряда направлений по определению дефектов в различных инженерных сооружениях, деталях, механизмах и машинах. В настоящее время основными объектами исследования SHM являются сложные инженерные конструкции, от функционирования которых зависит непосредственно жизнь и безопасность людей, а также системы жизнеобеспечения. К таким объектам можно отнести мосты, тоннели, дамбы, плотины, атомные и гидроэлектростанции, высотные здания и конструкции, авиационные двигатели и элементы конструкций летательных аппаратов и др.

В работе [190] сформулированы основные принципы Structural Health Monitoring, которые позволяют на основе обработки информации с датчиков выявлять дефекты и оценивать остаточный ресурс конструкций. Исходной информацией для этого служат измерения статических и динамических деформационных параметров. Но основная сложность при использовании SHM заключается в обработке данных и поиске закономерностей в сигналах, свидетельствующих об изменениях в конструкции.

В настоящее время под эгидой SHM проводятся конференции, такие как «Structural health monitoring of intelligent infrastructure», и издаются журналы, например, «Journal of structural health monitoring», «Structural control and health monitoring», «Structural durability and health monitoring». В данном направлении можно выделить ряд работ, большинство из которых выполнены за рубежом [35, 123, 139, 126, 130, 132, 133, 136, 137, 147, 153, 160, 165, 178, 183, 184, 193].

Система мониторинга, построенная на принципах SHM, включает в себя следующие компоненты:

• сенсоры (датчики) и системы сенсоров;

• систему сбора и передачи информации;

• систему управления данными;

• систему обработки данных;

• систему интерпретации и диагностики: идентификацию изменения структурной модели, оценку состояния, предсказание остаточного ресурса.

В публикациях [151, 149] можно найти информацию об использовании и результатах эксплуатации автоматизированных систем мониторинга, разработанных в рамках принципов SHM. Ниже приведены примеры работающих автоматизированных систем мониторинга.

1. Мосты в Канаде: John Hart, Portage Creek, Confideration, Taylor и другие объединенные в сеть ISIS Canada Research Network [161] (www.isiscanada.com). В системе используются различные типы волоконно-оптических датчиков на базе решеток Брэгга, которые измеряют деформации и температуру. Система мониторинга обеспечивает прямую связь между сооружениями и центральным сайтом мониторинга. Благодаря применению web-технологий, можно в режиме реального времени увидеть данные с сенсоров на нескольких объектах в Канаде. Помимо контроля деформаций, ускорений, температуры и скорости ветра, элементы системы обеспечивают визуальный контроль состояния объекта.

2. Мосты в Гонконге: Tsing Ma [172], Ting Kau [162], Kap Shui, на которых установлены сотни деформационных датчиков в рамках SHM.

Опираясь на концепцию Structural health monitoring, можно выделить отдельно понятие системы деформационного мониторинга состояния сооружения. По структурным компонентам и целевым задачам системы мониторинга деформационного состояния сооружения не имеют принципиальных отличий от систем, построенных на основе технологии SHM. Однако измеренные данные служат непосредственной информацией для деформационного анализа. Основные подходы к созданию систем деформационного мониторинга изложены в работе [159].

Традиционно структурная схема мониторинга деформационного состояния включает в себя следующие компоненты:

• систему первичных датчиков;

• систему сбора и первичной обработки данных, поступающих с датчиков;

• систему передачи данных на центральный сервер;

• систему программных средств, обеспечивающих обработку и деформационный анализ.

В нашей стране и за рубежом существуют фирмы, которые разрабатывают и выпускают оборудование для обеспечения работы систем мониторинга.

Так, швейцарская компания Leica Geosystems (http://www.leica-geosystems.com) выпускает оборудование для мониторинга: тахеометры, экстенсометры, лазерные и оптические уровни, инклинометры Nivel20, GPS-приемники, метеорологические сенсоры, а также устройства для передачи информации. На основе данного оборудования фирмой Leica выпускается и система деформационного мониторинга GeoMos [106], которую можно применять, например, для контроля за состоянием плотин и дамб.

В нашей стране также есть компании, которые занимаются разработкой и установкой систем деформационного мониторинга. Некоторые фирмы активно сотрудничают с зарубежными производителями и используют в той или иной степени зарубежное оборудование. Например, системы мониторинга устанавливает компания ООО «ГПаКО» «Геофизические системы контроля информации» — (http://www.gpiko.ru) при сотрудничестве с итальянской компанией Sisgeo (http://www.sisgeo.eu/). Итальянские партнеры производят измерительные модули для мониторинга дифференциальной осадки грунтов, измерения наклонов, деформаций, нагрузки в грунте и бетоне, оборудование для контроля стыков и трещин. Компанией выпускаются модули для сбора и передачи, хранения и обработки данных - все это позволяет создавать на основе данного оборудования системы деформационного мониторинга. Компания ООО «ГПиКО» сотрудничает с Центральным научно-исследовательским и проектным институтом жилых и общественных зданий и имеет опыт в проектировании и эксплуатации систем мониторинга конструкций высотных зданий [76].

ООО НПП «Геотек» (г. Пенза) занимается автоматизированным мониторингом деформационного состояния сооружений [79]. В настоящий момент компанией реализовано два проекта (гимнастический комплекс и плавательный бассейн), в которых использованы датчики деформации, наклона и перемещения.

НПК «Мониторинг-центр» (г. Москва) [69] специализируется в области строительного мониторинга на базе волоконно-оптических датчиков деформации и температуры. В процессе мониторинга производится контроль деформаций несущих конструкций нескольких сооружений в Москве, а также сооружений в Казани, Санкт-Петербурге, Донецке и Челябинске.

НПО «СОДИС» (г. Москва) также разрабатывает и устанавливает системы мониторинга несущих конструкций на высотных сооружениях Москвы, а также на объектах, строящихся для олимпиады в Сочи-2014.

Применение деформационного мониторинга отражено в публикациях [20,33,43, 70,82,83,91,92,93,94, 101, 114,118,143,182].

Анализ публикаций показывает, что в литературе слабо освещены физико-механические аспекты автоматизированных систем деформационного мониторинга сооружений в районах, где проявляются карстовые процессы. Поэтому актуальной научно-технической задачей является разработка и создание автоматизированных систем, ориентированных на деформационный мониторинг инженерных сооружений, располагающихся в карстовых районах.

Целью работы является разработка и создание автоматизированной системы мониторинга деформационного состояния сооружений, находящихся в карстовых районах.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

• Выбор структуры систем первичных датчиков и их эксплуатационных параметров (диапазон измерений, точность, дискретность расположения) с использованием математического моделирования деформационного поведения объекта.

• Оценка (в автоматическом режиме) деформационных процессов во всех элементах конструкции на основе показаний дискретно расположенных первичных датчиков с использованием математической модели деформационного поведения объекта.

• Оценка критического и предкритического состояния объекта на основе анализа эволюции деформационных параметров конструкции.

Выполнение этих задач позволит повысить степень совершенства автоматизированных систем мониторинга деформационного состояния конструкций.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана и численно реализована математическая модель деформационных процессов в системе «карст - грунтовое основание -фундамент - сооружение», которая позволила определить структуру совокупности первичных датчиков деформационного мониторинга сооружения.

2. Разработана и внедрена в аналитический блок мониторинга математическая модель, позволяющая в автоматическом режиме по результатам измерений с дискретно распределенных первичных датчиков оценивать деформационные процессы в любом элементе сооружения.

3. Разработана система датчиков, которая позволяет в автоматическом режиме осуществлять измерения осадок зданий и сооружений.

4. Получены эволюционные зависимости параметров деформационного состояния элементов сооружения. Эти зависимости являются основой для оценки остаточного временного ресурса безопасной эксплуатации сооружений.

Практическое значение работы состоит в следующем: 1. Разработана и создана автоматизированная система мониторинга деформационного состояния 5-этажного кирпичного дома в карстовом районе (г. Кунгур, Пермский край), которая продемонстрировала свою эффективность и надежность практически бесперебойной работой в течение 2.5 лет. На основании результатов работы системы мониторинга обоснована возможность инженерных мероприятий по укреплению фундамента дома.

2. Разработанная система мониторинга может быть успешно растиражирована для широкого многообразия инженерных сооружений.

Подходы, развиваемые в диссертации, реализованы при выполнении Институтом механики сплошных сред работ по программе Президиума РАН №11 «Фундаментальные проблемы механики взаимодействий в технических и природных системах», работ по грантам РФФИ №06-08-00696-а, № 09-08-99135-рофи. Внедрение подтверждено справкой об использовании результатов работы в МУ «Кунгурское городское муниципальное управление гражданской защиты» (Приложение 1).

Достоверность численных • результатов математического моделирования деформационных процессов достигалась за счет корректных постановок краевых задач и анализа процесса практической сходимости численных решений. Достоверность результатов экспериментальных измерений параметров деформационных процессов, получаемых с систем первичных датчиков, устанавливалась путем экспериментального тестирования и сравнения с результатами, полученными другими авторами.

На защиту выносятся следующие основные результаты работы:

• результаты численных экспериментов на основе математической модели деформационных процессов в системе «карст — грунтовое основание — фундамент - сооружение», которые позволили определить структуру систем первичных датчиков деформационного мониторинга сооружения;

• система первичных датчиков измерения неравномерных осадок зданий и инженерных сооружений;

• результаты эволюционных зависимостей параметров деформационного состояния элементов сооружения, полученные с использованием автоматизированной системы мониторинга.

Личный вклад автора состоит:

• в проведении исследований по численному моделированию деформационных процессов 5-этажного кирпичного дома в карстовом районе (г. Кунгур, Пермский край) с целью получения наиболее информативной структурной схемы систем первичных датчиков для автоматизированной системы мониторинга, в обобщении и оценке полученных результатов;

• во внедрении численной реализации математической модели деформационных процессов в аналитический блок автоматизированной системы мониторинга, что позволило организовать автоматизацию численной реализации математической модели на каждом этапе поступления данных с систем первичных датчиков, а также оценивать распределение деформационных процессов во всех элементах дома;

• в разработке и создании систем первичных датчиков, позволивших осуществлять автоматическую регистрацию осадок фундаментов дома;

• в непосредственном участии в разработке и в практическом создании автоматизированной системы деформационного мониторинга 5-этажного кирпичного здания, находящегося в карстовом регионе.

Апробация работы. Основные положения работы обсуждались на следующих конференциях:

Всероссийской конференции по волоконной оптике (Пермь, 2007);

Зимней школе по механике сплошных сред» (Пермь, 2007, 2009);

Всероссийской конференции «Безопасность критичных структур и территорий» (Екатеринбург, 2008);

Всероссийской конференции молодых ученых «Неравновесные процессы в сплошных средах» (Пермь, 2008, 2009);

Международной конференции «Проблемы и задачи инженерно-строительных изысканий. Проблемы инженерной геологии карста урбанизированных территорий и водохранилищ» (Пермь, 2008);

Международной конференции «Современные проблемы математики, механики, информатики» (Тула, 2008);

Конференции «Актуальные проблемы математики, механики, информатики» (Ижевск, 2010).

Диссертация в целом обсуждена на научных семинарах: кафедры «Математического моделирования систем и процессов» Пермского государственного технического университета (руководитель — д.ф.-м.н, проф. П.В. Трусов, 2011); Института механики сплошных сред УрО РАН (руководитель - акад. В.П. Матвеенко, 2011); кафедры «Вычислительной математики и механики» Пермского государственного технического университета (руководитель - д.т.н, проф. H.A. Труфанов, 2011).

Публикации. Основное содержание работы отражено в 11 научных работах [17, 18, 26, 63, 109 - 113, 116], 3 из которых в изданиях рекомендованных ВАК РФ. В числе работ — 1 патент на изобретение (в соавторстве)[81].

Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы и приложения.

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Разработана методология определения наиболее информативной структуры совокупности первичных датчиков с использованием математического моделирования деформационного поведения объекта.

2. Теоретически обоснована возможность использования измеренных величин осадок фундамента в качестве краевых условий для решения задачи об НДС любых элементов объекта мониторинга (упругий случай).

3. Осуществлено внедрение в аналитический блок системы мониторинга математической модели деформационного поведения объекта. Численная реализация математической модели осуществляется в автоматическом режиме и использует в качестве исходных данных показания дискретно расположенных первичных датчиков.

4. Этот вариант использования математической модели и показаний датчиков позволил определить закономерности деформационных процессов во всех элементах объекта в зависимости от осадок фундаментов.

5. Полученные эволюционные зависимости параметров деформационного состояния элементов сооружения являются основой для оценки остаточного временного ресурса сооружения.

6. Создана автоматизированная система мониторинга деформационных процессов в элементах здания, расположенного в карстовом районе. Эта система позволила за 2.5 года бесперебойной работы своевременно оценивать степень безопасности эксплуатации здания и принимать правильные решения по инженерно-организационным мероприятиям.

Заключение

1. Абелев М.Ю., Левченко А.П. Оценка просадочности массива из лёссовых, грунтов // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 2001. — №6. -С.18-21.

2. Анализ причин аварий и повреждений строительных конструкций / Под ред. A.A. Шишкина М.: Стройиздат, 1964. - 292с.

3. Аппаратура и методика сейсмических наблюдений в СССР / Под ред. З.И. Аранович М.: Наука, 1975. - 243с.

4. Арендарский Е. Долговечность жилых зданий. Пер. с пол. М.: Стройиздат, 1983.-255с.

5. Барвашов В.А. К расчету осадок грунтовых оснований, представленных различными моделями // Основания, фундаменты и механика грунтов. -1977.-№4.-С. 25-27.

6. Барвашов В.А., Федоровский В.Г. Трехпараметрическая модель грунтового основания, учитывающая необратимые структурные деформации грунта // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1978. - №4. - С. 17-20.

7. Бартоломей A.A., Омельчак И.М. Влияние характера нагружения на результаты расчета осадки свай и свайных фундаментов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2003. - № 5. - С. 2-6.

8. Бартоломей A.A. Основы расчета ленточных свайных фундаментов по предельно допустимым осадкам. М.: Стройиздат. - 1982. - 222с.

9. Барях A.A., Русин Е.П., Стажевский С. Б., Федосеев А.К., Нам Х.Г. К вопросу о напряженно-деформированном состоянии областей, подверженных карстогенезу // ФТПРПИ. 2009. - № 6. - С.З - 10.

10. Барях A.A., Стажевский С. Б., Тимофеев Е.А., Хан Г.Н. О деформированном состоянии породного массива над карстовыми пустотами // ФТПРПИ. 2008. - № 6. - С.З - 12.

11. Барях A.A., Стажевский С. Б., Хан F.H. Карстогенез и техногенные факторы // ФТПРПИ. 2010. - № 3. - С.12 - 22.

12. Бережинский Ю.А., Павленов В.А., Бережинская Л.П. Оценка сейсмостойкости зданий с помощью вибрационных испытаний // Активный геофизический мониторинг литосферы Земли. Новосибирск: Со РАН 2005. - С.412—415.

13. Блейхуд Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1998.-448с.

14. Бойко М.Д. Диагностика повреждений и методы восстановления эксплуатационных качеств зданий. М.: Стройиздат, 1975. - 335с.

15. Брайт П.И., Медвецкий E.H. Измерение осадок и деформаций сооружений геодезическими методами. — М.: Изд-во геодезической литературы, 1959. -199с.

16. ВСН 53-86(р). Правила оценки физического износа жилых зданий. М.: Прейскурантиздат, 1988. - 72с.

17. Гольдштейн М.Н. Механические Свойства грунтов. М.: Стройиздат, 1971.-368с.

18. Гончаров Б.В., Жилин А.Н., Ковалев В.Ф., Незамутдинов Ш.Р. Система контроля за свайным- основанием плитного фундамента на карстоопасной площадке // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2001. - №3. -С.19 - 25.

19. Горбунов-Посадов М.И., Ильичев В.А., Крутов В.И. Основания, фундаменты и подземные сооружения. М*.: Стройиздат, 1985. - 480с.

20. ГОСТ 24846-81. Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений. М: Стандартиздат, 1981. - 26с.

21. ГОСТ 12248-96. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. М.: Изд-во стандартов, 2005. -58с.

22. Готман Н.З. Расчет противокарстовых фундаментов зданий и сооружений // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2008. - № 1. - С.20 - 24.

23. Григорян A.A. Свайные фундаменты зданий и сооружений на просадочных грунтах. М.: Стройиздат, 1984. - 160с.

24. Давлетяров Д.А. К расчету свайного ленточного фундамента при образовании карстового провала // Вестник гражданских инженеров. С.Петербург, 2009. - № 2. - С. 83-86.

25. Диавара С., Комаров И.В., Леденев В.В., Савинов Я.В. Причины аварий и повреждений зданий, сооружений и несущих конструкций (для Центрального Черноземья) // Вестник ТГТУ. 2005. Т.П. - №3. - С.746-756.

26. Дмитриев Р.Д. Крушения инженерных сооружений. М.: Госстройиздат, 1953.- 188с.

27. Добеши И. Десять лекций по вейвлетам. — Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. 464с.

28. Добромыслов А.Н. Оценка зданий и сооружений по внешним признакам: Справочное пособие. М.: Издательство АСВ, 2004. - 72с.

29. Долматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. Л.: Стройиздат, 1988. - 416с.

30. Дорофеев B.Mi, Катренко В.Г., Назьмов Н.В. Автоматизированная станция мониторинга технического состояния несущих конструкций высотных зданий // Уникальные и специальные технологии в строительстве: Сборник материалов. М.:ЦНТСМО, - 2005. - С.66 - 67.

31. Енохович A.C. Краткий справочник по физике. М.: Высш. Школа, 1976. - 288с.

32. Есипов Ю.В., Акопьян В.А., Мухортов В.М., Герасимов В.Л. Возможная оценка риска в ходе мониторинга и анализа динамических деформационных образов конструкций // Проблемы безопасности чрезвычайных ситуаций. -2006. №3. — С.77-82.

33. Желонкин А.И. Принцип построения молекулярно-электронных измерительных преобразователей динамических процессов // Экологические системы и приборы. 2008. - №12. - С.12-14.

34. Заключение. Жилой дом по ул. Коммуны, 45. Наблюдения за осадочными марками. IV этап / ООО Проектный институт Стэмп, исп. Фейгин В.Е., Кривощеков A.C., Васильев М.В. г. Пермь, 2005. - арх. № 43753.

35. Заключение. О признании жилого дома по ул. Коммуны, 45 в г. Кунгуре аварийным / ООО Проектный институт Стэмп, исп. Фейгин В.Е., Кривощеков A.C., Васильев М.В. Пермь, 2006. - арх. № 43760.

36. Заключение по объекту «Оценка карстоопасности на площадке дома по ул. Коммуны, 45 в г. Кунгуре» / ОАО «ВерхнекамТИСИз», исп. Малахова Т.Е, Папировая В.Т. Пермь, 2005. - арх. № 11444.

37. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике / Пер. с англ. М.: Мир, 1984.-428с.

38. Ишихара К. Поведение грунтов при землетрясениях / Пер. с англ. СПб.: НПО «Геореконструкция-фундамент-проект», 2006. - 384с.

39. Ильгамов М.А., Гильманов А.Н. Неотражающие условия на границах расчетной области. М.: Физматлит, 2003. — 240с.

40. Ильичев В.А., Коновалов П.А., Никифорова Н.С. Особенности1.геомониторинга при возведении подземных сооружений в условиях теснойгородской застройки // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1999. -№4. - С.20-26.

41. Калиткин H.H., Альшин А.Б., Альшина Е.А., Рогов В.Б. Вычисления на квазиравномерных сетках. М.: Наука, 2005. - 224с.

42. Каплун A.B., Морозов Е.М., Олферьева М.А. Ansys в руках инженера: практическое руководство. М.: Едиториал УРСС, 2003. - 272с.

43. Капустян Н.К., Дыховичная H.A. Сейсмический мониторинг ветровых колебаний высотных зданий // Мониторинг небезопасных геологических процессов и экологического состояния среды. Екатеринбург-Пермь: УрО РАН, 2005.-225с.

44. Кашеварова Г.Г., Труфанов H.A. Численное моделирование деформирования и разрушения системы «здание-фундамент-основание». -Екатеринбург: УрО РАН, 2005. 225 с.

45. Клепиков С.Н., Трегуб A.C., Матвеев И.В. Расчет зданий и сооруженийна просадочных грунтах. Киев: Будивельник, 1987. -200с.

46. Климов О.Д., Калугин В.В., Писаренко В.К. Практикум по прикладной геодезии. Изыскания, проектирование и возведение инженерных сооружений: Учеб. пособие для вузов. М.: Недра, 1991. - 271с.

47. Козачек В.Г., Нечаев Н.В., Нотенко С.Н. и др. Обследование и испытание зданий и сооружений / под ред. В.И. Римшина М.: Высшая школа, 2004 -447с.

48. Колотилкин Б.М. Долговечность жилых зданий. М.: Стройиздат, 1965. - 254с.

49. Корчинский И.Л. Колебания высотных зданий — М: ЦНИПС, 1953. -Вып. 11. -44с.

50. Красовский Г.И., Филаретов Г.Ф. Планирование эксперимента. Минск: Изд-воБГУ, 1982.-302с.

51. Краткий справочник физико-химических величин / Под ред. К. П. Мищенко и А. А. Равделя. Л.: Химия, 1974. - 200с.

52. Кристенсен P.M. Введение в механику композитов. М.: Мир, 1982. — 336с.

53. Крицкий М.Я., Ланис А.Л., Сухорукова А.Ф., Колышкин C.B. Причины деформаций зданий и сооружений в Новосибирске // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2005. - № 1. - С.20 - 24

54. Курленя М.В., Миренков В.Е., Шутов A.B. Оценка влияния собственного веса пород на деформирование их около выработок // ФТПРПИ. 2000. -№ 5. - С.30 — 35.

55. Кушнер С.Г. Расчет осадок оснований зданий и сооружений. — Киев: Будивельник, 1990.-144с.

56. Лужин О.В., Злочевский А.Б., Горбунов И.А., Волохов В-.А. Обследование и испытание сооружений. М: Стройиздат, 1987. —263с.

57. Лурье А.И. Теория упругости. М: Наука, 1970. -490с.

58. Лучкин М.А., Улицкий В.М., Шашкин А.Г., Шашкин К.Г. Расчет осадок зданий и сооружений на слабых глинистых Грунтах с учетом деформаций сдвига во времени // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2007. — № 2. - С.13-17.

59. Малмейстер А.К., Тамуж В.П., Тетере Г.А. Сопротивление жестких полимерных материалов. Рига: Зинатне, 1972. - 500с.

60. Мешечек, В.В. Пособие по оценке физического износа жилых и общественных зданий / В.В. Мешечек, Е.Л. Матвеев М.: ЦМПИКС при МГСУ, 1999.-46с.

61. Морозов A.C., Ремнева В.В., Тонких Г.П. и др. Организация и проведение обследования технического состояния строительных конструкций зданий и сооружений. — М., 2001. -212с.

62. Мулюков Э.И. О карстовом процессе и строительном освоении закарстованных территорий // Основания, фундаменты и механика грунтов. -1998.-№ 1.-С.16- 19.

63. Мулюков Э.И., Хасанов В.В., Камалов В.Г., Вронский A.B. Причины и последствия осадок 11-этажного кирпичного здания // Основания, фундаменты и механика грунтов. -1982. Т.19, №4. - С.131-135.

64. Назаров Ю.П., Жук Ю.Н., Симиркин В.Н., Егоров М.И. Басманный рынок: анализ конструктивных решений и возможных механизмов разрушения здания // Строительная механика и расчет сооружений. № 2. — 2007. - С.49 - 55.

65. Неугодников А.П., Шахраманьян A.M., Давыдов A.A. Технологии строительства систем мониторинга высотных зданий // Технологии строительства. № 6. - 2007. - С.54 - 59.

66. Нигметов Г.М. Проблемы мониторинга инженерной безопасности зданий и сооружений // Технологии гражданской защиты. № 2. - 2004. - С. 80-85.

67. Никитин A.B. Прогноз осадки торфяной залежи в основании насыпей по данным компрессионных испытаний // Опыт строительств и реконструкции зданий и сооружений на слабых грунтах: Матер. Междунар. науч.-техн. конф. Архангельск: АГТУ, 2003. - С. 115-119.

68. Николаев С.А. Статистические исследования осадок инженерных сооружений. — М. : Недра, 1983. —112 с.

69. Новацкий В.К. Волновые задачи теории пластичности. М.: Мир, 1978. -312с.

70. Окоси Т., Окамото К., Оцу М. и др. Волоконно-оптические датчики. -Ленинград: Энергоатомиздат, 1990.-256с.

71. Острецов В.М., Гендельман Л.Б., Вознюк А.Б., Капустян Н.К. Сейсмометрические методы обследования зданий и грунтов оснований // Активный геофизический мониторинг литосферы Земли. Новосибирск: СО РАН, 2005.-С.417-421.

72. Острецов В.М., Вознюк А.Б., Капустян Н.К. Опыт мониторинга конструкций и грунтов оснований высотных зданий в Москве // Сб. материалов конференции «Уроки и следствия сильных землетрясений» -Ялта, 2007. С. 55-56.

73. Отчет об инженерно-геологических изысканиях на объекте: жилой дом по ул. Коммуны, 45 в г. Кунгур Пермской области. II этап / ОАО «ВерхнекамТИСИЗ, исп. Никитина Т.А. г. Пермь. - 2005 - арх. № 11480.

74. Пат. 2140625 С1. Российская Федерация. Способ определения физического состояния зданий и сооружений /B.C. Селезнев, А.Ф. Еманов, В.Г. Барышев, А.П. Кузьменко заявл. 17.02.98; опубл. 27.10.99; Бюл. №30.

75. Пашкин Е.М., Багмет А.Л., Осика А.Л., Новак Ю.В., Сухов A.A. Мониторинг деформаций как основа безопасной эксплуатации зданий и сооружений // Инженерная геология. 2008.- №3.- С.40- 50.

76. Петрухин В.П., Шулятьев O.A., Мозгачева O.A. Опыт проектирования и мониторинга подземной части Турецкого торгового центра // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2004. - №5. - С.2-8.

77. Пилягин A.B. Определение осадок ленточных фундаментов с учетов горизонтальных перемещений грунта // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2006. - Т.5. — №1. - С.76-78.

78. Попов H.A. Оценка выносливости сооружений при действии ветра // Строительная механика и расчет сооружений. 1992. — №3. - С. 49-53.

79. Потапкин A.A. Причины аварий стальных мостов. — Транспортное строительство. 1978. - №8. - С . 44- 45.

80. Приходько А.Я. Словарь-справочник по информационной безопасности. Серия «Информационная безопасность». М.: СИНТЕГ, 2001. — 124 с.

81. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. М.: Наука, 1988.-712с.

82. Ройтман А.Г. Деформации и повреждения зданий. М.: Стройиздат, 1987. -160с.

83. Сендеров Б.В. Аварии жилых зданий. М.: Стройиздат, 1991. - 216с.

84. Савва Ю.Б., Экспертная система оценки и прогнозирования технического состояния зданий // Изв. ОрелГТУ. Сер. Информационные технологии и системы. 2004. -№3- С. 140-146.

85. Савва Ю.Б., Корчак A.B. Система автоматизации процесса обработки данных мониторинга и оценки технического состояния зданий и сооружений «строй-эксперт» // Изв. ОрелГТУ. Сер. Информационные технологии и системы. 2006. - №4.- С. 188 - 192.

86. Середович В.А., Широкова Т.А., Комиссаров Д.В., Середович A.B., Комиссаров A.B., Ткачева Г.Н., Студенков С.С. Мониторинг деформаций сооружений в сочетании с технологией трехмерного моделирования // Геодезия и картография. 2006. - №6. - С.12- 14.

87. Скальный B.C., Косыгин Е.В., Сорочан Е.А. Мониторинг деформационных процессов фундаментов здания Архиерейских палат Суздальского Кремля // Основания, фундаменты и механика грунтов, 2002. -№2.-С. 14-17.

88. Строительные нормы и правила (СНиП)1.02.07.87 Инженерные изыскания для строительства. М.: ЦИТПД988. - 104с.

89. Строительные нормы и правила (СНиП) 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. -М.: ЦИТП, 1995. 64с.

90. Строительные нормы и правила (СНиП) 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. М.: Госстрой, 2001. - 43с.

91. Сьярле Ф. Метод конечных элементов для эллиптических задач. М.: Мир, 1980.-512с.

92. Таблицы физических величин. Справочник / Под ред. акад. И.К. Кикоина. -М.: Атомиздат, 1976.- 1008с.

93. Тер-Мартиросян З.Г., Тер-Мартиросян А.З., Карабанов П.В. Напряженно-деформированное состояние фильтрующих массивов грунтов // Инженерная геология 2008. - №4. - С. 36-41.

94. Толмачев В.В., Иконников Л.Б., Леоненко М.В. Опыт проведения карстологического мониторинга в г. Дзержинске // Основания, фундаменты и механика грунтов. -1999. — №5. С.25-27.

95. Ухов С.Б., Семенов В.В., Знаменский В.В., Тер-Мартиросян З.Г., Чернышев С.Н. Механика грунтов, основания и фундаменты. М.: АСВ, 1994.-525с.

96. Федосеев А.К. Математическое моделирование развития карстовых процессов // Стратегия и процессы освоения георесурсов: материалы ежегод. науч. сес. ГИ УрО РАН по результатам НИР в 2008 г. Пермь, 2009. - С. 99 -101.

97. Физдель И.А. Дефекты и методы .их устранения в конструкциях и сооружениях. М.: Стройиздат, 1987. -336с.

98. Фрайден Дж. Современные датчики. Справочник. М.: Техносфера, 2005. - 592с.

99. Фрейдин А.Я. GeoMos система пространственного мониторинга за деформациями объектов // Строительные материалы, оборудование, технологии 21 века. - 2008. -№7. - С. 48^19.

100. Хан Г. Н. О несимметричном режиме разрушения массива горных пород в окрестности полости // Физическая мезомеханика. — 2008. Т. 11, № 1. -С.109-114.

101. Хэммонд Р. Аварии зданий и сооружений. Причины и уроки аварий современных сооружений различных типов / Пер. с англ.- М.: Госстройиздат, 1960. 187с.

102. Цветков Р.В. Оценка напряженно-деформированного состояния объекта в автоматизированной системе мониторинга // Неравновесные переходы в сплошных средах. Материалы всероссийской конференции молодых ученых. Пермь. - 2008.- С. 289-292.

103. Цветков Р.В., Шардаков И.Н. Моделирование деформационных процессов в системе «грунтовое основание-фундамент-здание» при наличии карстовых явлений // Вычислительная механика сплошных сред. — 2010. — Т.З, №3. С.102- 116.

104. Цветков Р.В., Шардаков И.Н. Автоматизированная система измерения неравномерности осадок сооружения // Вестник ВолгГАСУ. Сер.: Стр-во и архит. Волгоград. - 2008. - Вып. 10 (29). - С. 128 - 134.

105. Цветков Р.В., Юрлов М.А. Устройство для беспроводной передачи данных в системах мониторинга // Зимняя школа по механике сплошных сред (пятнадцатая). Сборник статей. Екатеринбург. — 2007. - Ч. 3. - С. 258 -261.

106. Шайдуров Г.Я., Гондарев В.В., Мякотин Г.С. и др. Автоматизированные комплексы контроля напряженно-деформированного состояния гидротехнических сооружений серии "Струна" // Геотехническое строительство.-2006.-№12.-С. 15 19.

107. Шардаков И.Н., Труфанов H.A., Матвеенко В.П. Метод геометрического погружения в теории упругости Екатеринбург: УрО РАН, 1999.-298с

108. Шардаков И.Н., Цветков Р.В. Мониторинг деформационного состояния жилого дома при помощи оптико-волоконных датчиков // Научно-технический журнал «Фотон-экспресс». 2007. — №6. — С.62- 63.

109. Шапиро Г.А., Симон Ю.А., Ашкинадзе Г.Н. и др. Вибрационный метод испытания жилых и общественных зданий М.: Наука, 1972. -160с.

110. Шахраманьян A.M. Технологические основы построения систем мониторинга несущих конструкций высотных и уникальных объектов // Высотные здания. 2009- № 6. - С. 108.

111. Широкополосный сейсмометр 4111. / Электронный ресурс. // Режим доступа: http://cme-tech.ru/411 lrus.html

112. Шкинев Н.П. Аварии на строительных объектах, их причины и способы предупреждения и ликвидации. М.: Стройиздат, 1967. - 308с.

113. Юдахин Ф.Н., Капустян Н.К., Антоновская Г.Н. Инженерно-сейсмические исследования геологической среды и строительных конструкций с использованием ветровых колебаний зданий. Екатеринбург: ИЭПС УрО РАН, 2007. - 2007. - 156с.

114. Якушкин С.И. Анализ материалов расследования аварии центра массового отдыха «Аквапарк» в г. Москве // Вологдинские чтения. 2005. -№48.-С. 33 -36.

115. Adams D.E., Farrar Ch.R. Identifying Linear and Nonlinear Damage Using Frequency Domain ARX Models // Structural Health Monitoring. 2002. -V. 1, №2.-P. 185-201.

116. Agnew D.C. Stainmeters and Tiltmeters // Rev. of Geophys. 1986. -V.24., № 3. -P.579 - 624.

117. Akima H. A new method of interpolation and smooth curve fitting based on local procedures //J. Assoc. Comput. Machinery. 1970. -V. 17. - P. 589-602.

118. Aktan A.E., Helmicki A.J., Hunt V.J. Issues in Health Monitorung for intelligent infrastructure // Journal of smart Materials and structures. — 1998. -V.7. -№5. P. 674-692.

119. Andrejchuk V., Klimchouk A. Mechanisms of karst breakdown formation in the gypsum karst of the fore-Ural region, Russia (from observations in the Kungurskaja Cave) / V.// Intern. J. of Speleology. 2002. -V. 31. - P. 89-114.

120. Ashkenazi V., Roberts G.W. Experimental monitoring of the Humber Bridge using GPS // Proc. Inst. Civil Eng. -1997. -V. 120. P.177-182.

121. Bower D.A Sensitive Water-Tube Tiltmeter // Philos. Trans. R. Soc. London Ser. A. 1973. - V. 274. - P. 223-226.

122. Brownjohn J.M.W. Structural health monitoring of civil infrastructure // Phil. Trans. R.Soc. A. 2007. - V. 365. - P.589-622.

123. Burd H.J., Houlsby G.T., Augarde C.E., Liu G. Modelling tunnel-induced settlement of masonry buildings // Proc. of ICE Geotechnical Engineering. 2000. -V. 143. -1.1 - P. 17-29:

124. Chang P.C., Flatau A., Liu S.C. Health monitoring of civil infrastructure // Structural Health Monitoring 2003. - V. 2. - № 3. - P. 257-267.

125. Cheng M.Y., Ko C.H., Chang C.H. Computer-aided DSS for safety monitoring of geotechnical construction // Automation in Construction. 2002. -V.l 1. -P. 375 - 390.

126. Chupyra A.G., Gusev G.A., Kondaurov M.N. Binp capacitive and ultrasonic hydrostatic level sensors // Proceedings of 10th IWAAA08, Tskuba, Japan, 11-15 Feb 2008.-P. 024.-6p.

127. Dalgleish W.A., Rainer J.H. Measurements of wind induced displacements and accelerations of a 57-storey building in Toronto, Canada // Proc. 3rd Colloquium Onindustrial Aerodynamics, Aachen, 14-16 June 1978. V. 2. - P. 67-78.

128. De Boe P., Golinval J.C. Principal component analysis of piezo-sensor array for damage localization structure // Health Monitoring. 2003. -V.l. - P. 137-144.

129. Del Grosso A., Lanata F. Data analysis and interpretation for long-term monitoring of structures // Int. J. Restoration Buildings Monuments. 2001. -V.7. - P. 285-300.

130. Emter D., Meier E., Schick R. Long baseline tilt measurements with differential fluid pressure tiltmeters // Cahiers du Centre Europ. de Geodyn. et de Seismol. 1991. - V.4. — P.51 - 56.

131. Farrar C.R., Worden K. An introduction to structural health monitoring // Philosophical transactions of the royal society A. 2006. - V.365. - P. 303-315.

132. Gardner N.J., Huh J., Chung L. Lessons from the Sampoong department store collapse // Cement and Concrete Composites. 2002. - V.24. - P. 523 - 529.

133. Glisic B., Inaudi D. Long-gage fiber optic sensors for global structural monitoring // Proc of first int. workshop on Structural Health Monitoring of innovative civil engineering structures, Winnipeg, 19-20 September 2002. -P. 285-295.

134. Hurst K., Bilham R. Hydrostatic Levels in Precision Geodesy and Crustal Deformation Measurement // Journal of Geophysical Research — 1986. —V. 91 — P. 9202-9216.

135. Inaudi D., Casanova N., Glisic B. Long-term deformation monitoring of historical constructions with fiber optic sensors // 3rd Int. Seminar on Structural Analysis of Historical Constructions, Guimaraes, 7-9 November 2001. P.421— 430.

136. Inaudi D., Glisic B. Development of fiber-optic interferometric inclinometer // Proc. of SPIE, San Diego. 2002. -V.4694. - P. 36 -42.

137. Inaudi D., Vurpillot S., Casanova N., Kronenberg P. Structural monitoring by curvature analysis using interofemetric fiber optic sensors // Smart material Structure.-1998.-№. 7. P. 199 - 208.

138. Ingesand H., Meier E., Ruland R. Developments and Experiences with Hydrostatic Height Monitoring Systems // Proceedings of 2nd Symposium on Geodesy for Geotechnical and Structural Engineering, 21-24 May 2002. P.363-371.

139. James G.H., Zimmerman D.C., Mayes R.L. Experimental study of frequency response function (FRF) based damage assessment tools // Proc. 16th Int. Conf. on IMAC. SEM Modal Analysis, Santa-Barbara, 2-5 February 1998. -V.l. P.151 - 157.

140. Kersey A.D., Davis M.A., Patrick H.J., LeBlanc M., Koo K.P., Askins C.G., Putnam M.A., Friebele E.J. Fiber Grating Sensors // Journal of Lightwave Technology. 1997. -V.15. -P.1442 - 1463.

141. Liu С., Olund J., Cardini A., D'Attilio P., Feldblum E., DeWolf J. Structural health monitoring of bridges in the state of Connecticut // Earthquake engineering and engineering vibration. 2008. - V. 7, № 4. - P. 427 - 437.

142. Martin D., Roux D. Real-time altimetric control by a hydrostatic levelling system // Second international workshop on accelerator alignment, Hamburg, 1012 Sep 1990. — P.171—181.

143. Masri S., Sheng L-H., Caffrey J., Nigbor R., Wahbeh M., Abdel-Ghaffar A. Application of a web-enabled real-time structural health monitoring system for civil infrastructure systems // Smart Materials and Structures. 2004. -V. 13. — P.1269 - 1283.

144. McRae J.B., Simmonds T. Long-term stability of vibrating wire instruments: One manufacturers perspective // Proc. of 3rd international symposium on field measurements in geomechanics, Rotterdam, 9-11 September 1991. V. 1. - P. 283-293.

145. Meier E., Ingensand H. Multipoint Hydrostatic System for Permanent Deformation Monitoring // FIG Kongress, Brighton, England, 19 25 July 1998. -P. 369-381.

146. Meier E., Huggenberger P., Ingensand H. Precision Monitoring of Displacement over large Areas // The International Journal on Hydropower and Dams. 1998. -V.5. - №6. - P.77-80.

147. Mentes G. Hydrostatic Tiltmeters in Local Geodynamical Measurements // Act. Geod. Geophys. Hung. 1999. -V. 34(1-2). - P.3-16.

148. Micro-Epsilon. Linear inductive displacement sensor. / Электронный ресурс. // Режим доступа: http://www.micro-epsilon.com/staticcontent/PDF/ProdEN/induSENSOR-data-sheet-LVP-series— en.pdf

149. Moore J.F.A. Monitoring Building Structures. — London: Blackie and Son Ltd, 1992.- 155p.

150. Moyo P., Brownjohn J.M.W. Detection of anomalous structural behaviour using wavelet analysis // Mechanical Systems and Signal Processing. 2002. -№16.-P. 429-445.

151. Mufti A.A. Structural health monitoing of innovative Canadian civil engineering structures // Structural health monitoring. 2002. -V. 1. - №1. - P. 89 - 103.

152. Ni Y.Q., Zhou X.T., Ко J.M., Wang B.S. Vibration-based damage localization in Ting Kau bridge using probabilistic neural networks // Advances in Structural Dynamics. 2000. -V. 2. - P.1069 - 1076.

153. NS-5/P2 Dual Axis Inclinometer. / Электронный ресурс. // Режим доступа: http://cms.hlplanar.de/data-live-planar/docs/pdf/Datasheetseng/NS-5P2eng.pdft

154. Othonos A. Fiber Bragg gratings // Rev. Sci. Instru. 1997. -V.68. - 1.12. -P.4309 -4341.

155. Park G., Cudney H., Inman D.J. An integrated health monitoring technique using structural impedance sensors // J. Intell. Mater. Syst. Struct. 2000. - № 11. P. 448-455.

156. Parkinson B., Spilker J. Global Positioning System: Theory and Applications.- Washington: American Institute of Aeronautics, Astronautics, 1996. 793p.

157. Pellissier P.F. Hydrostatic Leveling Systems // IEEE Transactions. 1965. -V. 12.-1.3.-P. 19-20.

158. Petroski H. Design Paradigms: Case histories of error and judgment in engineering. — Cambridge: University of Cambridge, 1994. 221 p.

159. Petroski H. Success and Failure in Engineering // Practical Failure Analysis. -2001.-V. 5. -№ 1.-P.8- 15.

160. Piesold David D.A. Civil Engineering practice: Engineering Success by Analysis of failure. New York: McGraw-HilLProfessional, 1991. - 340 p.

161. Potts D.M., T.I. Addenbrooke A structure's influence on tunnelling-induced ground movements // Proc. of ICE Geotechnical Engineering. 1997. - V. 125. -P.109 -125.

162. Qin Q., Li H.B., Qian L.Z. Modal identification of Tsing Ma Bridge by using improved eigensystem realization algorithm // Journal of Sound and Vibration 2001.-V. 247.-P.325-341.

163. Rao Y.J. In-fibre Bragg grating sensors // Measurement Science Technology- 1977.-V. 8. -P.355 -375.

164. Rowe R.K., Lo K.Y., Kack G.J. A method of estimating surface settlement above tunnels constructed in soft ground // Canadian Geotechnical Journal. 1983. -V. 20. -P.l 1 — 22.

165. Shaoquan X., Jingnan Liu, Zhenghan L., Zhenhong L. GPS automatic monitoring system for outside deformation of Geheyan Dam on the Qingjiang River // Geo-Spatial Information Science, Wuhan University of Technology. -2000. V.3. - № 2. - P.58 - 64.

166. Schueremans L., Van Balen K., Smars P., Peeters V., Van Gemert D. Hydrostatic levelling system: monitoring of historical structures // Structural analysis of historical constructions, New Delhi, 6-8 Nov. 2006. P.529-536.

167. Selvarajan A., Asundi A. Photonics, Fiber Optic Sensors and their Application in Smart Structures // Journal of non-destructive evaluation. 1995. -V. 15(2).- P.41 -56.

168. Singatulin S., Volk J., Shiltsev V., Chupyra A., Medvedko A., Kondaurov M. High precision double tubed hydrostatic leveling system for accelerator alignment application // Proceedings of 9th IWAAA06, Menlo Park, California, 26-29 Sep 2006.-FR005.-9p.

169. Skempton A.W., MacDonald D.H. The allowable settlement of buildings // Proceedings Institution Civil Engineers. -1956. -V. 5. -1. 6. P.727-784.

170. Sklodowski M. Theory of application of fiber optics sensors to settlement monitoring of historical structures //AMAS Workshop on Smart Materials and Structures. 2003. - P.291- 299.

171. Stephen G.A., Brownjohn J.M.W., Taylor C.A. Measurements of static and dynamic structural displacement from visual monitoring of the Humber bridge // Eng. Struct.-1993. -V.15.-P. 197-208.

172. Stubbs N.A., Park S., Sikorsky C., Choi S. Global Non-destructive Damage Assessment Methodology for Civil Engineering Structures // International Journal of Systems Science. 2000. -V. 31(11) - P.1361-1372.

173. Sumitro S., Wang M.L. Sustainable structural health monitoring system // Struct. Control Health Monit. 2005. -V. 12. - P.445-467.

174. Takeda S. Development of new hydrostatic Levelling equipment for large next generation accelerator // Proceedings of Eropean particle Accelerator Conference (EPAC), Lucerne, 5-9 July 2004. P.2113-2115.V

175. Tamura Y., Matsui M., Pagnini L.C., Ishibashi R., Yoshida A. Measurement of wind-induced response of buildings using RTK-GPS // J. Wind Eng. and Industrial Aerodynamics. 2002. - V.90. - P. 1783-1793.

176. Thean L.P. Report of the inquire info the collapse of hotel "New world". -Singapore: Singapore National Printers, 1986. 115p.

177. Wearne P. Collapse: when Buildings fall down. London: Channel 4 Books, 2000.-256p.

178. Wei F., Meier E., Rivkin L., Wrulich A. Data Analysis of SLS Hydrostatic Levelling System in 2003 // PSI Scientific Report 2003. -V.6. -P.26-27.

179. Worden K., Farrar C.R., Manson G., Park G. The fundamental axioms of structural health monitoring // Philosophical Transactions of the Royal Society A. -2007. -V. 463. -P.1639-1664.

180. Wyatt F., Cabaniss G., Agnew D. A Comparison of Tiltmeters at Tidal Frequencies // Geophys. Res. Lett. 1982. - V. 9. - P.743 -746.

181. Yamakawa H., Iwaki H., Mita A., Takeda N. Health monitoring of steel structural using fiber Bragg grating sensors // Proceedings of 2nd International Workshop on Structural Health Monitoring, Stanford, 8-10 September 1999. -P.502-510.

182. Yan A.M., Kerschen G., De Boe P., Golinval J.C. Structural damage diagnosis under changing environmental conditions. Part I: A linear analysis // Mech. Syst. Signal Process. 2005. - V.19. - P.847-864.

183. Заместитель начальника управления1. В.В.Попов