Czujniki strukturalne służą do monitorowania przemieszczeń strukturalnych, deformacji, naprężeń i odkształceń w budynkach, obiektach inżynieryjnych, obiektach budowlanych i zabytkach.
Szeroki asortyment dostępnych czujników pozwala dostosować proces nadzoru i monitorowania do indywidualnych wymagań i zasobów finansowych.
Jednym z podstawowych zastosowań jest instalacja czujników strukturalnych w obszarze realizacji robót lub w pobliżu obiektu, aby zapewnić, że konstrukcja obiektu nie uległa naruszeniu.
Czujniki strukturalne są również wykorzystywane do długoterminowego monitorowania strukturalnego w celu nadzoru bezpieczeństwa konstrukcji i doboru odpowiednich rozwiązań konserwacyjnych.
Czujniki wspierają proces zarządzania cyklem życia obiektu w ramach szerszej polityki zrównoważonego rozwoju.
Badanie przemieszczeń i deformacji strukturalnych
Wybrane typowe zastosowania czujników strukturalnych:
- Monitorowanie robót budowlanych w pobliżu.
- Renowacja, modernizacja, rozbudowa, podbudowa/fundamenty.
- Występowanie problemów strukturalnych, np. pęknięć.
- Wzrost obciążenia (większe natężenie ruchu na moście, zmiana typu urządzenia w zakładzie produkcyjnym, zmiana sposobu użytkowania obiektu magazynowego, wykonanie dodatkowych pięter w budynku itp.).
W kontekście długoterminowego nadzoru – pomiary przy użyciu czujników strukturalnych umożliwiają:
- Monitorowanie bezpieczeństwa obiektu pod kątem zmian w wymaganiach konserwacyjnych.
- Wydłużenie okresu żywotności obiektu.
- Kontrolę bezpieczeństwa strukturalnego i możliwości korzystania z obiektu po trzęsieniu ziemi, zdarzenia atmosferycznego, pożaru lub wypadku.
- Weryfikację wpływu na parametry strukturalne po katastrofalnym zjawisku atmosferycznym, pod kątem którego obiekt nie został pierwotnie zaprojektowany.
- Optymalizację projektów pod kątem podobnych nowych obiektów (zmniejszając w ten sposób ślad ekologiczny).
Typy czujników
-
- Proste, solidne i oszczędne w eksploatacji:
- Czujniki przemieszczeń (szczelinomierze) umożliwiają precyzyjne monitorowanie (na poziomie od 0,1 mm do 0,01 mm) względnego przemieszczenia pomiędzy dwiema sekcjami jednego obiektu. Czujniki te wykorzystuje się do monitorowania szybkości powstawania pęknięć lub defektów połączeń.
- Inklinometry (czujniki odchylenia od pionu) służą do pomiaru niewielkich odchyleń od pionu z dokładnością na poziomie ok. 0,1 mm/m.
- Laserowe dalmierze są mniej dokładne niż szczelinomierze, ale umożliwiają wykonywanie podobnych pomiarów na większych odległościach.
- Do pomiaru drgań stosuje się geofony i akcelerometry.
- Hydrauliczne czujniki osiadania (hydrostatyczne czujniki poziomu) stanowią proste i solidne rozwiązanie do kontroli osiadania (lub wysadzin) w kilku punktach w obrębie obiektu. Czujniki te są szczególnie przydatne w przypadku podbudowy i fundamentów.
- Do oceny ilościowej naprężeń strukturalnych stosuje się następujące rozwiązania:
- Pomiary względnych mikrodeformacji (mm) przy użyciu czujników elektrycznych lub mierników odkształceń drgającej struny i czujników światłowodowych. Ekonomiczne czujniki, które można przyspawać, zamocować lub osadzić w betonie. Umożliwiają również wykonywanie pomiarów dynamicznych. Na podstawie wyników pomiarów można obliczyć naprężenia, pod warunkiem, że znany jest moduł Younga materiału i geometria obiektu.
- Bezpośrednie pomiary naprężeń w płaszczyźnie płaskiego cylindra, pod warunkiem, że istnieje możliwość wyżłobienia bruzdy w obrębie obiektu w celu instalacji cylindra.
- Pomiary wykonywane przy użyciu ogniw ciśnieniowych umożliwiają ocenę względnego wzrostu obciążenia, jednak bez zachowania bardzo dużej dokładności.
- Czujniki światłowodowe umożliwiają ciągłe pomiary temperatury i deformacji na całej długości światłowodu. Takie rozwiązanie nadaje się do długoterminowego monitorowania liniowych obiektów o bardzo dużej długości.
Dzięki instalacji czujników strukturalnych można:
- Prowadzić krótko- lub długoterminowe monitorowanie przemieszczeń i deformacji strukturalnych.
- Ograniczyć przerwy w eksploatacji obiektu po zdarzeniu meteorologicznym lub wypadku.
- Analizować i badać zachowanie obiektu.
- Wydłużyć żywotność eksploatacyjną obiektu i zoptymalizować koszty konserwacji.
- Zarządzać zrównoważonym rozwojem i wytrzymałością infrastruktury.
