авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |

Система для строительно-монтажных работ

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

СПИРИДОНОВ Валерий Петрович

УДК 621.317+528.08




ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ И УПРАВЛЯЮЩАЯ

СИСТЕМА ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНО-МОНТАЖНЫХ РАБОТ

Специальность:

05.11.16Информационно-измерительные и управляющие системы

(промышленность, научные исследования)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Ижевск 2007

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Московский государственный открытый университет»

Официальные оппоненты:

член-корреспондент РАН, академик АН Литвы,

заслуженный изобретатель СССР,

доктор технических наук, профессор Рагульскис Казимерас Миколович

(ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет»);

член-корреспондент РАН, доктор технических наук,

профессор Уткин Владимир Иванович

(Институт геофизики УрО РАН, г. Екатеринбург);

доктор технических наук,

профессор Муха Юрий Петрович

(ГОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет»).

Ведущая организация: – ФГОУ ВПО «Сибирский государственный

университет»

Защита состоится 15 февраля 2008 г. в 14 часов на заседании

диссертационного совета Д 212.065.04 при Ижевском государственном

техническом университете (ИжГТУ)

по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая,7, ауд. 1-4.

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью, просим выслать

по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИжГТУ

и на официальном сайте ВАК Минобрнауки РФ ( http://vak.ed.gov.ru /).

Автореферат разослан 14 января 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор Б.Я. Бендерский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИТКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Промышленные сооружения, здания являются объектами длительного пользования и в процессе эксплуатации могут подвергаться разнообразным внешним воздействиям, в том числе, не предусмотренным первоначальным проектом. Это может быть реконструкция существующих зданий, пристрой или встраивание в существующую застройку новых зданий, что вызывает дополнительные усилия от новых эксплуатационных нагрузок и нередко - появление неравномерных осадок фундаментов в дополнение к тем осадкам, которые произошли с момента строительства. Неравномерные осадки могут также появиться в результате изменения физико-механических свойств грунтов, залегающих под подошвами фундаментов, причинами которого могут стать негативные геодинамические процессы (повышение или понижение уровня грунтовых вод, выход на поверхность карстовых воронок и др.), локальное увлажнение просадочных или набухающих грунтов из-за нарушения технологического процесса при возведении зданий или правил их эксплуатации. Эти и другие воздействия могут вызвать различные формы деформации здания, появление трещин, а в некоторых случаях приводят к разрушению здания.





Современные здания (сооружения) – это сложные многоэлементные системы, обладающие неоднородной структурой с различными прочностными и деформационными характеристиками элементов конструкций, включающие в себя кроме самого здания, также и подземную часть – фундамент и грунт, которые по отношению к зданию являются нагружающими системами и оказывают существенное воздействие на процесс разрушения. Для выявления качественных закономерностей и построения количественных зависимостей процессов деформирования и разрушения строительных объектов наиболее целесообразным, а во многих случаях – единственно возможным способом является математическое моделирование. При этом необходим учет реальной геометрической формы сооружения в рамках единой модели с фундаментом и основанием, неоднородности и нелинейного поведения строительных материалов (кирпичной кладки, железобетона, грунта) и различных комбинаций граничных условий при решении краевых задач. Это становится возможным при использовании современных численных методов и программных комплексов, реализующих их на ЭВМ.

В настоящее время здание, фундамент, грунтовое основание и другие конструктивные элементы сооружения (плиты перекрытий, колонны, несущие стены и др.) чаще всего рассматриваются отдельно друг от друга с использованием разных расчётных схем без учета взаимного влияния и определения границ применимости таких расчетных моделей. Методы решения комплексной задачи - совместного расчета здания, фундамента и деформируемого грунтового основания - разработаны в меньшей степени, хотя в настоящее время некоторые исследователи уже обращаются к методам численного моделирования сооружений с использованием ЭВМ, выделяя те или иные аспекты в своих исследованиях.

Сами объекты могут не претерпевать значительных деформаций и разрушений, сохраняя свою целостность, а вот отдельные элементы их конструкций могут иметь определенные смещения в вертикальных и горизонтальных плоскостях, которые выводят из строя отдельные узлы и элементы оборудования, приостанавливая технологический процесс. Поэтому непрерывный мониторинг состояния промышленных объектов и зданий, контроль деформаций и их прогнозирование необходимы для обеспечения безопасной эксплуатации сооружений и коммуникаций, а решение данной проблемы требует научного обобщения и проведения новых исследований.

Строительно-монтажные работы – основная составляющая часть строительного производства. Этот этап работ связан с установкой конструкций и элементов инженерных сооружений. Для их выверки и установки требуется высокоточное маркшейдерско-геодезическое обеспечение. Контролировать площадь застройки, положение объектов в пространстве, как при монтаже, так и в процессе эксплуатации можно по точкам, координаты которых должны соответствовать монтажным или эксплуатационным параметрам того или иного объекта и вноситься в автоматизированную систему контроля. В случае превышения заданных значений система должна давать информацию для принятия решения.

Несмотря на значительное разнообразие автоматизированных систем и методов наблюдений за деформацией зданий и промышленных сооружений, монтажа элементов строительных объектов различного исполнения и назначения, необходимо решение технологических вопросов по разработке информационно-измерительной системы, обеспечивающей автоматизацию управления технологическим процессом перемещения и установки строительных конструкций в процессе монтажа промышленных объектов, с последующим контролем деформаций земной поверхности и сооружений при их эксплуатации с использованием лазерных устройств, что позволит повысить производительность и безопасность маркшейдерских работ.

Актуальность настоящего диссертационного исследования вытекает из сложившегося противоречия между необходимостью прогнозирования поведения зданий и сооружений при изменении условий эксплуатации и обеспечения их безопасности – с одной стороны и отсутствием теоретических исследований процессов деформирования существующих сооружений с развивающимися трещинами или дефектами – с другой. Данное противоречие преодолевается развитием методологии создания математического и программного обеспечения для исследования процессов деформирования и разрушения зданий и сооружений и определения резервов их несущей способности при накоплении структурных повреждений.

Кроме того, разработка и развитие методов и подходов для проведения маркшейдерских инструментальных наблюдений за деформацией объектов строительства и их последующей эксплуатации на базе лазерных устройств имеют первостепенное значение, т.к. представляют собой актуальное научное направление и имеют практический интерес. Это позволит своевременно прогнозировать состояние объектов, оповестит о возможной чрезвычайной или аварийной ситуации на них, что будет способствовать принятию организационных и технических мер по предупреждению и устранению этих ситуаций.

О бъектом исследования является система «здание-фундамент-основа­ние» (ЗФО) и аппаратно-программные средства информационно-измеритель­ных и управляющих систем для осуществления процесса установки крупноблочных конструкций в проектное положение.

Предм етом исследования являются математические модели и их численные аналоги процессов деформирования и разрушения сооружений; разработка научно-методических основ оценки их несущей способности и безопасности под влиянием непроектных внешних воздействий, а также применение разработанных технических решений, технологических процессов и алгоритмов для определения геодезических координат и микродеформаций в различных плоскостях; прогнозирования и оценки надежности функционирования зданий и сооружений.

Цель работы состоит в создании научно-методических основ моделирования и аппаратно-программных средств информационно-измерительной и управляющей системы, направленных на разработку математической модели и ее численного аналога пространственной системы ЗФО и повышение уровня контроля деформаций зданий и сооружений, обеспечивающих автоматизацию процесса установки крупноблочных конструкций в проектное положение, возможность учета появления трещин в кирпичной кладке или железобетоне, что будет способствовать совершенствованию вычислительных технологий оценки решений в условиях возникновения воздействий, не предусмотренных первоначальным проектом, внедрение которых имеет существенное значение для решения проблемы безопасности зданий и сооружений.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать базовую математическую модель пространственной системы ЗФО для исследования напряженно-деформированного состояния элементов конструкций при различных внешних воздействиях, методику построения конечно-элементной модели системы ЗФО и разработать универсальную программу для построения и расчета типовых зданий для использования ее при проектировании новых и реконструкции существующих объектов строительства;

- определить математическую модель механического поведения кирпичной кладки в условиях сложного напряженного состояния, учитывающую структурные разрушения и деформационное разупрочнение для анализа процессов деформирования и разрушения несущих стен кирпичных зданий. Выполнить исследование и верификацию алгоритма решения задачи;

- создать новые технологические способы и технические решения в определении микросмещений точек исследуемых объектов в вертикальных и горизонтальной плоскостях, учитывающие особенности лазерных и фото- приемных устройств и обеспечивающих требуемую точность маркшейдерско-геодезических измерений;

- предложить модели по корректировке и фиксации объектов монтажа при маркшейдерско-геодезической оценке координат их положения с использованием лазерных приборов;

- провести анализ и расчет абсолютных и относительных погрешностей функциональных величин координатных оценок и их учет при управлении процессом производства работ;

- осуществить разработку схем, подбор приборного обеспечения, методов расчета системы автоматизированного контроля состояния и положения реперных точек исследуемых объектов с использованием лазерных устройств;

- выполнить экспериментальные исследования для получения данных по сопоставлению, оценке теоретических расчетов результатов экспериментов с данными геодезических измерений и факторами, на них влияющими при производстве горнопромышленных работ;

- применить разработанные технические решения, технологические процессы и алгоритмы для: определения геодезических координат и микродеформаций в различных плоскостях; прогнозирования и оценки надежности функционирования сооружений горнопромышленного комплекса.

Основу методологической и теоретической базы исследования составили научные труды отечественных и зарубежных авторов в области математического моделирования (С.П. Курдюмов, Г.Г. Малинецкий, А.А. Самарский, П.В. Трусов, Дж. Эндрюс, Р. Мак-Лоун и др.), механики деформируемого твердого тела (И.А. Биргер, В.Г. Зубчанинов, А.А. Ильюшин, Л.М. Качанов, А.С. Кравчук, А.И. Лурье, В.А. Ломакин, Н.Н. Малинин, В.В. Новожилов, Б.Е. Победря, Л.И. Седов и др.), численных методов (О. Зенкевич, Г.И. Марчук, Дж. Оден, Б.Е. Победря, Л. Розин, А. Сегерлинд, Г. Стренг, Ф. Сьярле, Дж. Фикс, Р.В. Хемминг и др.), механики разрушения материалов (В.Э. Вильдеман, Ю.В. Соколкин, А.А. Ташкинов, Я.Б. Фридман и др.), методов расчета строительных конструкций (С.М. Алейников, В.И. Андреев, А.Н. Бамбура, В.А. Барвашов, В.А. Ильичев, В.Г. Федоровский, Л.А. Бартоломей, О.Я. Берг, В.В. Болотин, Н.М. Герсеванов, М.И. Горбунов-Пассадов, Т.А. Маликова, Л.И. Онищик, А.В. Перельмутер, В.И. Сливкер, В.И. Соломин)

Методы исследований по созданию аппаратных средств информационно-измерительной и управляющей системы основаны на использовании теоретических положений по применению современных лазерных приборов, технических и технологических решениях, связанных с ними, применении теории автоматического управления, приборов и систем управления, теорий расчета лазерной техники и фотоприемнорегистрирующих устройств и инструментов, а также теории машин и механизмов и сопротивлении материалов и основ метрологии измерительной техники.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов обеспечивается корректной математической постановкой задач, использованием фундаментальных положений механики деформированного твердого тела и вытекающих из них формулировок математических моделей. Достоверность численных решений подтверждается совпадением результатов с экспериментальными данными. Во всех случаях подтверждена практическая сходимость вычислительного процесса и точность выполнения естественных граничных условий. Достоверность конечных результатов проверена успешной практической реализацией проектов независимо от автора по месту внедрения разработанных методик и программ.

Достоверность полученных тактико-технических характеристик автоматизированной измерительной и управляющей системы обусловлена и подтверждается корректным использованием достижений в областях лазерного приборостроения и применения его в теории автоматического управления при производстве маркшейдерско-геодезических работ, экспериментальной проверкой полученных результатов в лабораторных и промышленных условиях, сходимость которых составила 80%.

На защиту выносятся совокупность разработанных теоретических положений подходов, методов, алгоритмов и программных средств моделирования процессов деформирования и разрушения строительных сооружений при исследовании их безопасности, а также синтез систем автоматического управления, являющихся дальнейшим развитием теории и практики в автоматизации процессов монтажа строительных конструкций и маркшейдерско-геодезичес­кого контроля зданий и сооружений, в том числе:

- обоснование постановки задачи математического моделирования пространственной системы ЗФО для исследования напряженно-деформированного состояния элементов конструкций при различных внешних воздействиях, определяющих соотношениях и граничных условиях;

- разработка математической модели нелинейного механического поведения кирпичной кладки в условиях сложного напряженного состояния, учитывающая процессы накопления упруго-хрупких повреждений и закритического деформирования;

- автоматизация способов управления, корректировки, исполнения и фиксации элементов объектов строительства при маркшейдерско-геодезичес­кой оценке координат их положения и установки;

- разработка математической модели перемещения монтируемых конструкций, как объекта управления, и представление ее структурной схемы устойчивости и обоснование необходимости синтеза системы управления;

- принципы экстраполяции траектории движения конструкции в зависимости от наличия возмущений, позволяющие исключить перерегулирование при управлении, что обеспечивает перемещение конструкции с минимальной кривизной траектории и способствует повышению эксплуатационных характеристик строящихся сооружений;

- алгоритм управления процессом центровки конструкций, дающий возможность преобразовывать отклонения их центра от заданной лазерной опорной оси в соответствующие сигналы для двигателей механизмов радиального перемещения, обеспечивает надежное выполнение этой операции с точностью в мм;

- анализ и расчет абсолютных и относительных погрешностей функциональных величин координатных оценок и их учет при управлении процессом производства работ, с применением лазерных устройств, обеспечивающих необходимое быстродействие, зону контроля для управления мобильными объектами различного технологического назначения;

- разработка способа для определения микросмещений точек исследуемых объектов в вертикальных и горизонтальной плоскостях, обеспечивающих требуемую точность маркшейдерско-геодезических измерений.

Научную новизну исследования составляют:

- развитие методологии создания математического и программного обеспечения для исследования процессов деформирования и разрушения существующих зданий с развивающимися трещинами и дефектами при воздействиях, не предусмотренных при проектировании этих объектов;

- создание обобщающей математической модели механического поведения упруго-хрупкого материала кирпичной кладки в условиях сложного напряженного состояния с учетом процессов структурного разрушения и деформационного разупрочнения материала, отличающейся от известного тем, что изначально (и после разрушения) материал является ортотропным;

- раскрытие новых закономерностей процесса разрушения кирпичных строений для разработки комплекса показателей оценки безопасности в зависимости от физико-механических свойств материала кирпичной кладки и свойств нагружающих систем;

- применение лазерной техники для строительно-монтажных работ позволило создать референтное направления в виде ориентированной в пространстве прямой линии или плоскости (горизонтальной, вертикальной или наклонной), разработать визуальные и фотоэлектрические способы регистрации положения контролируемых точек в пространстве; изучить факторы, влияющие на деформацию и отклонение лазерного луча от заданного направления для введения соответствующих коррекций и разработать автоматизированные лазерные следящие системы с обратной связью;

- разработка новых технологических способов определения микросмещений точек исследуемых объектов в вертикальных и горизонтальной плоскостях, что позволило обеспечить требуемые точность и оперативность маркшейдерско-геодезических измерений;



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
 



Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.