В Соединенных Штатах насчитывается более 600 000 мостов, по которым осуществляется движение. Почти 40% этих мостов старше 50 лет, а 9% всех мостов имеют дефекты конструкции. Для любого заметного обрушения, такого как обрушение моста Моранди в Генуе, Италия, в 2018 году, а также для многих небольших мостов, мостов с закрытыми путями, соединениями и временными опорами, существуют ограничения движения.
В настоящее время конструкции регулярно проверяются лично, и часто требуется внешний признак износа, прежде чем кто-то заметит проблему.
В настоящее время конструкции регулярно проверяются лично, и часто требуется внешний признак износа, прежде чем кто-то заметит проблему. Поскольку большинство сооружений из года в год изнашиваются лишь незначительно, бюджет, выделяемый на них, может быть небольшим.
Большинство инфраструктурных проблем остаются незамеченными до тех пор, пока они не приведут к значительным негативным последствиям. Интернет вещей делает невидимое видимым с помощью датчиков и удаленного мониторинга. Разрабатывается широкий спектр датчиков, которые, соединяя Интернет вещей с аналитической геометрией (аналитической наукой), изменят способ мониторинга состояния конструкций и сделают мониторинг и инвестиции в конкретную инфраструктуру более эффективными.
Терпение и внимательное внимание
Эта позиция идеально подходит для широкого распространения и долгосрочных возможностей сбора данных IoT. Пока датчики тестируются и устанавливаются, разрабатываются аналитические возможности. Каковы наиболее полезные ранние предупреждающие признаки коррозии и ослабления конструкции? Датчики не могут измерить реальный ущерб, они только измеряют различные симптомы. Следовательно, в дополнение к данным датчиков информация о погоде, знания и осведомленность о нагрузках , эффекты, удары и возможных повреждениях, возможных дефектах в основной и первичной конструкции, Все входные данные структурных моделей. Чем больше данных генерируется с течением времени, тем лучше могут стать модели коррозии и структурного здоровья. Информация, предоставляемая датчиками, может быть привязана к фактической прочности конструкции инспекционными группами с использованием дронов, а модели уточняются.
Взгляд на внутренние элементы конструкций
Существует пять основных параметров для мониторинга состояния бетонных инфраструктурных конструкций:
температура
влажность
Скорость коррозии
рН
Штамм /трещина
Встроенные или прикрепленные датчики контролируются различные факторы, в том числе эксплуатационные нагрузки, различные ионы, указывающие на коррозию (в частности, хлориды), рН, влажность и видимые трещины. Эти датчики должны иметь питание, быть достаточно прочными, чтобы выжить в течение длительного времени, и иметь возможность последовательно передавать свои данные, скорее всего, по беспроводной связи. Эти датчики должны иметь питание, быть достаточно прочными, чтобы выжить в течение длительного времени, и могут последовательно передавать свои данные, скорее всего, по беспроводной связи. Требуемая скорость передачи данных очень низкая, что позволяет создавать различные решения для глобальных сетей с низким энергопотреблением (LPWAN)[2]. Скорость передачи данных не должна быть высокой. Затем эти данные должны быть проанализированы, а результаты переданы лицам, принимающим решения, и рабочим на площадке. Существует широкий спектр возможных датчиков, и необходимы испытания и анализ, чтобы определить, какие из них обеспечивают наиболее полезные данные в течение всего срока службы,хотя требуется минимальный ремонт, замена и повторная калибровка.
[1]: рН — это шкала для определения кислотности или щелочности водного раствора. Чем более кислый раствор, тем меньше значение рН, чем щелочнее, тем больше значение рН. При комнатной температуре (25 градусов Цельсия) чистая вода не является ни кислой, ни щелочной, и в результате ее значение рН будет равно 7.
[2] Глобальная сеть с низким энергопотреблением (LPWAN) — это тип глобальной телекоммуникационной и беспроводной сети, предназначенной для долгосрочной связи с скоростью передачи низких данных для использования на платформе Интернета вещей. Скорость передачи данных каждого канала в этом типе сети составляет от 0.3 кбит до 50 кбит в секунду.
Примеры структурных датчиков
Волоконно-оптические датчики обнаруживают деформации конструкции. Волоконно-оптические датчики невосприимчивы к электромагнитным помехам, работают в широком диапазоне температур и могут быть активны в течение очень длительного периода времени без ухудшения качества сигнала. Они могут быть легко включены в материалы или конструкции во время строительства.
Пьезоэлектрические датчики генерируют заряд в ответ на силу и могут использоваться для обнаружения давления, деформации и трещин.
Электрохимические датчики измеряют коррозию различными методами. Ионы хлорида являются наиболее распространенной причиной коррозии стальной арматуры бетонных конструкций, поэтому обнаружение их проникновения может быть признаком риска коррозии. Особенно в тех частях конструкции, которые залиты бетоном и поэтому не могут быть осмотрены снаружи.
Температурные датчики особенно полезны для контроля за отверждением свежезалитого бетона, а это более сложный процесс, чем кажется большинству людей, не связанных со строительной отраслью. Экстремальные температуры также могут ослабить конструкцию в течение срока ее службы. Экстремальные температуры также могут ослабить конструкцию в течение срока ее службы. Мониторинг температуры во времени может обеспечить возможность калибровки срока службы конструкции, сокращения или увеличения интервалов проверки.
Датчики влажности обнаруживают воду, которая вызывает коррозию, карбонизацию и другие виды повреждений, а также может привести к растрескиванию конструкций в результате циклов замораживания-оттаивания. Бетонные конструкции зависят от щелочного pH для поддержания прочности и предотвращения коррозии арматуры, поэтому датчики pH могут дать раннее предупреждение о чрезмерной кислотности и возможном присутствии карбоната.
Это лишь некоторые из рассматриваемых возможностей. Существует невероятное множество возможных технологий и реализаций. Литература по датчикам становится все более обширной благодаря появлению новых приложений в университетах и исследовательских лабораториях и их тестированию на предмет коммерческих возможностей.
Будущее за интеллектуальной инфраструктурой
Все эти датчики должны работать в течение всего срока службы конструкции и либо располагаться в месте, где они могут быть снабжены электричеством, либо их батареи должны быть заменены, либо они должны иметь возможность генерировать собственное электричество. Они подвержены разрушению и повреждению, Так же, как структуры, которые находятся под наблюдением.
Большинство инфраструктурных проблем остаются невидимыми, пока не имеют существенных негативных последствий. Его данные и анализ могут помочь в создании платформ для управления бюджетами на техническое обслуживание и венчурными инвестициями.
В настоящее время конструкции регулярно проверяются лично, и часто требуется внешний признак износа, прежде чем кто-то заметит проблему. Поскольку большинство сооружений из года в год демонстрируют лишь незначительную деградацию, возникает искушение заложить в бюджет как можно меньше усилий.
