Vous obtenez la plus forte impression du gratte-ciel du centre de Lakhta lorsque vous le regardez d'en bas, de haut en bas et il semble qu'il va quelque part vers l'infini céleste. Et juste à ce moment-là, et pas du point de vue de la ville éloignée, c'est à couper le souffle de la hauteur et de la puissance. Et quelque part au dixième tour vient la pensée - il est bon de savoir exactement ce qu'ils ont construit de manière sensée et honnête. Et deux fois, c'est bien de l'avoir, la surveillance. Développement de programmeurs nationaux, en particulier pour le complexe. La chose magique est d'empêcher la moindre possibilité de mauvaises options de développement futures. Under cat - tout sur son fonctionnement.
Tout bâtiment est exposé à de nombreuses forces externes. Différences de température et d'humidité, pression du vent, pression de la masse de neige, hétérogénéité du sol et son évolution dans le temps. Sur les gratte-ciel avec leur taille, leur poids et leur complexité de conception, cet effet augmente plusieurs fois.
L'occurrence de déformations, de zones de stress accru de la structure est dangereuse même pour les petits chalets, pour ne rien dire des gratte-ciel, où les conséquences de changements inaperçus dans la conception sont incomparablement plus critiques.
Par conséquent, dans tous les immeubles de grande hauteur modernes, des systèmes de surveillance de la déformation sont utilisés, impliquant l'utilisation de toute une gamme d'outils de contrôle.
La loupe de cette boîte à outils n'est bien sûr pas incluse, mais de nombreux capteurs sont inclus. Il y en a environ 3 000 au centre de Lakhta, et ils sont situés dans tous les éléments structurels clés de toutes les installations du complexe.
Le plus grand groupe est constitué par les jauges de contrainte situées sur le bord avant de la défense contre la déformation. Ce sont l'un des capteurs les plus fiables et les plus durables, et donc les plus utilisés pour mesurer les déformations et les contraintes. La chose est la simplicité du design.
En fait, une jauge de contrainte n'est qu'un morceau de fil d'acier à haute résistance - une chaîne tendue à l'intérieur d'un tube métallique creux entre deux blocs d'extrémité. Lorsque la structure est déformée, la distance entre les blocs d'extrémité change, avec elle la force de tension de la corde et, en conséquence, la fréquence d'oscillation. Le changement d'état est converti en signaux numériques, qui sont transmis au système de surveillance via des multiplexeurs et des enregistreurs de données (enregistreurs de données).
Les jauges de contrainte sont soudées sur des poutres métalliques, coulées dans du béton, et le manque de possibilité de leur entretien est compensé par une multiple réserve de quantité. Il est installé même dans les mines en dessous du champ de pieux jusqu'à des marques géodésiques de moins 100 m.
CliquableLe signal de chacune de l'ordre de 2500 jauges de contrainte Lakhta Center est transmis au système de surveillance, et même la défaillance de jauges de contrainte individuelles - bien qu'il n'y ait rien de spécial à y casser - n'affectera pas particulièrement la précision de l'image globale de l'état de la structure.
CliquableLes informations des jauges de contrainte sont accumulées une fois par heure et transmises au serveur toutes les six heures. C'est plus que suffisant pour un processus de nature aussi lente que la déformation. Le processus rapide et continu est une question complètement différente des vibrations du bâtiment et les changements dans les structures peuvent également être détectés en modifiant les caractéristiques des vibrations. Pour ce faire, des postes de contrôle équipés d'accéléromètres - vibromètres sont organisés tous les quelques étages de la tour Lakhta Center.
L'appareil est un simple accéléromètre. La charge est fixée sur un ressort. L'amortisseur supprime les vibrations de la charge. Plus l'accélération est apparente, plus le ressort est déformé, ce qui change l'instrumentSur la base des mesures, la caractéristique amplitude-fréquence des éléments structurels du bâtiment est construite, et un écart par rapport à la norme de fréquence ou d'amplitude est un signal que quelque chose s'est mal passé.
Un autre type de capteurs - les inclinomètres - mesurent l'angle d'inclinaison de l'élément structurel sur lequel ils sont installés.
Un complexe de mesure moderne est installé dans la flèche de la tour Lakhta Center. À l'aide de la station GNSS, la position de la flèche est suivie dans un système de coordonnées bidimensionnelles: le satellite, en gros, prend une photo que la tour dessine avec une flèche, en fonction de la force et de la direction du vent.
Cliquable
La station météorologique, à son tour, évaluera la dépendance de l'état de la structure par rapport aux lectures d'humidité, de température, de vitesse et de direction du vent.
CliquableUne station totale montée sur un arc mesure l'angle d'inclinaison et la distance avec un laser à un point de référence, dont le déplacement dans n'importe quelle direction peut indiquer un changement de l'emplacement de la structure, par exemple, en raison des précipitations.
Mais la principale caractéristique du système automatisé du Lakhta Center pour la surveillance des structures d'ingénierie n'est pas la variété et le nombre de capteurs. Tout gratte-ciel moderne est rempli de capteurs, et à Burj Khalifa, ils n'en sont pas moins. Mais le système d'analyse des informations provenant des compteurs du supertoll de Saint-Pétersbourg est vraiment unique. Il est basé sur une comparaison constante de l'état réel des bâtiments du Centre de Lakhta, basée sur des lectures de capteurs, avec des valeurs de déformation prédites.
Le calcul de l'état contrainte-déformation des structures est effectué sur la base d'un progiciel certifié pour la modélisation des structures basé sur la méthode des éléments finis
FEM- modèles de PI Georekonstruktsiya LLC.
Le modèle de calcul des bâtiments est créé conjointement avec la fondation et la fondation (masse du sol), car les parties souterraines et hors sol du bâtiment fonctionnent ensemble et s'influencent mutuellement. Pour créer un modèle de calcul du bâtiment, les éléments finis du système sont dotés des propriétés de matériaux réels avec des paramètres mécaniques actuels précisément spécifiés.
Le modèle FEM est construit en utilisant le modèle de conception 3D (BIM), en tenant compte de la géométrie réelle du bâtiment, qui peut être ajustée pendant la construction et l'exploitation. C'est-à-dire que le modèle BIM original est affiné dans le modèle interactif et les caractéristiques des matériaux réels à partir desquels chaque élément est fabriqué - classe de béton, épaisseur du sol, section transversale de la poutre, etc.
Vladimir Lukin, chef du département des structures en béton armé au centre de Lakhta, supervise la création d'un projet pour le système de surveillance du complexe du centre de Lakhta :
- La comparaison des données de surveillance avec un modèle interactif par éléments finis permet de contrôler les paramètres du modèle, à savoir: changer le schéma structurel en fonction du déroulement de la construction du bâtiment, changer les paramètres des matériaux et des structures conformément à la documentation exécutive, changer la magnitude des charges en fonction de l'image réelle du chargement des structures . Ainsi, le modèle des éléments finis des bâtiments s'adapte à l'évolution des conditions extérieures et donne des prévisions de plus en plus proches des valeurs réelles enregistrées par les capteurs de surveillance.
Sur la base de l'analyse structurale effectuée dans l'environnement logiciel, toutes les versions possibles du développement de la déformation sont vérifiées. Ainsi, les limites d'urgence des lectures de capteurs, des scénarios et des algorithmes de développement de déformation sont trouvés, des critères sont développés pour évaluer la condition technique réelle - stabilité, durée de vie résiduelle et durabilité, conformément aux lectures des capteurs de surveillance structurelle. Les critères d'évaluation incluent les écarts absolus et relatifs des structures, prennent en compte le comportement du bâtiment dans son ensemble.
Dmitry Babichev, chef de projet, société Telros :
- Les matériaux à partir desquels le bâtiment est construit diffèrent toujours de ceux définis dans le modèle de conception. Ce qui, à son tour, affecte les écarts des charges réelles par rapport aux charges calculées. Le modèle mathématique utilisé dans le système automatisé de surveillance de l'état des structures d'ingénierie du centre de Lakhta est un modèle d'un objet réel. Et sur la base de l'analyse des lectures des capteurs, on peut déjà affirmer que cet objet réel s'est avéré être beaucoup plus rigide que le modèle de conception, et donc construit avec plus qu'une marge de sécurité sérieuse.
Disposition de l'équipement de mesure sur un schéma de calcul tridimensionnelLe modèle FEM est un véritable jumeau numérique. Les mêmes que, par exemple, les jumeaux numériques d'engins spatiaux que la NASA utilise pour simuler des situations dans l'espace. En effet, la collecte d'informations à partir de capteurs à l'aide de la télémétrie est également le seul moyen de surveiller la situation, d'identifier les problèmes et, après avoir analysé et modélisé ce qui se passe sur le terrain en orbite, chercher des moyens possibles de résoudre les problèmes.
Le système de surveillance de la déformation du centre de Lakhta surveille l'état des structures porteuses en temps réel avec une fréquence d'interrogation allant jusqu'à mille lectures par seconde, accumule des statistiques presque depuis le tout début de la construction du bâtiment, surveille les changements à mesure que la charge augmente et continue de le faire pendant le fonctionnement. De plus, le système peut être formé et, de ce fait, changer automatiquement le modèle du bâtiment en tenant compte des lectures réelles des capteurs.
Fils des premiers capteurs en pieux - ils ont été installés au tout début de la constructionUne autre différence entre le système de surveillance utilisé dans le centre de Lakhta et les analogues d'autres gratte-ciel est la présence non seulement d'une limite d'urgence de la déformation des éléments du bâtiment, mais aussi d'une limite d'avertissement. Sur la base du même modèle mathématique, en tenant compte de l'état réel du bâtiment, une gamme de valeurs acceptables est construite dans laquelle il n'y a pas d'écart par rapport aux indicateurs de prévision, et une zone d'avertissement, qui, du point de vue de SNiP, est encore loin d'un état d'urgence, mais y entrer est déjà une raison de prendre la gestion décisions.
Zone jaune - écart d'avertissement par rapport aux valeurs prévues, rouge - urgenceMalgré le fait que toutes les données provenant des capteurs soient analysées automatiquement, les gens prennent des décisions. Le répartiteur, à la réception d'un signal d'alarme, en informe l'officier de service, qui effectue une inspection visuelle, prend une photo attachée au point souhaité dans le système et prépare un rapport. Ce rapport est analysé par l'ingénieur concepteur et décide de recalculer le modèle FEM si les raisons de la modification des paramètres ne sont pas critiques et sont associées, par exemple, au tassement naturel et prévu du bâtiment. Sinon, la notification sera reçue par l'ingénieur en chef, qui peut même décider de l'évacuation. Mais, compte tenu de la marge de sécurité du Centre de Lakhta, l'élaboration d'un tel scénario nécessite une action extérieure au niveau d'un séisme de six magnitudes. Un signal d'approche de la limite d'urgence du développement de la déformation est automatiquement transmis au ministère des Urgences.