Инструментальные измерения в системе непрерывного мониторинга моста
Любое, даже самое современное и инновационное мостовое сооружение, со временем теряет свои эксплуатационные характеристики из-за воздействия факторов окружающей среды и естественного старения материалов. Воздействие природных явлений пропорционально возрастает при увеличении сложности и масштабности конструкции.
Очевидно, что здоровое состояние мостовой конструкции способны поддерживать безопасная эффективная эксплуатация и своевременный ремонт. Однако сам по себе рост затрат на техническое обслуживание моста не способствует улучшению состояния конструкции. Нередко излишне активные, но не целенаправленные или выполняемые в «авральном» порядке действия не в состоянии изменить ситуацию.
Недостаток информации о реальном состоянии объекта существенно повышают риск возникновения «неприятных сюрпризов» у управляющих компаний, при этом, разумеется, растет уязвимость конструкции. Существует ли возможность управлять состоянием мостового сооружения, воздействуя на причины возникновения дефектов и резкого понижения уровня эксплуатационных характеристик так, чтобы вся необходимая информация о состоянии мостового сооружения непрерывно автоматически собиралась, обрабатывалась и поступала в управляющую структуру в нужный момент, когда еще имеется возможность принятия превентивных мер?
Система непрерывного мониторинга состояния моста (СНММ)
Решением этой проблемы является внедрение системы непрерывного мониторинга состояния моста (СНММ) — совокупности функционально объединенных инструментальных средств мониторинга, установленных на мосту и связанных с ним объектах, обеспечивающих измерение физических величин, передачу, обработку. анализ и предоставление информации обслуживающему персоналу в непрерывном режиме.
В том случае, если традиционных мер контроля (периодические осмотры и обследования объекта) недостаточно для управления имеющимися рисками, целесообразно оснастить объект инструментально-измерительной системой, которая позволит постоянно наблюдать за состоянием мостового сооружения.
Функционал СНММ включает в себя обработку данных инструментальных измерений, анализ работы и состояния мостовой конструкции по результатам измерений, оценка транспортно-эксплуатационного состояния сооружения и прогноз его изменения, а также разработка рекомендаций по эксплуатации сооружения.
Компания «СМИС Эксперт» обладает значительной экспертизой в разработке систем непрерывного контроля состояния мостовых сооружений с использованием первичных средств измерений (датчиков) для определения деформаций, перемещений, силовых воздействий, температуры и других параметров. Организация инструментального мониторинга осуществляются в соответствии с методиками проведения измерений,
Непрерывный мониторинг организуется в 3 стадии.
· первая стадия
— разработка проекта СНММ,
· вторая стадия
— ввод в действие аппаратно-программного комплекса СНММ,·
третья стадия
— организация и проведение мониторинга состояния моста.
При мониторинге моста применяются неразрушающие методы контроля. Номенклатура измеряемых параметров, их номинальные значения и допускаемые отклонения полно и адекватно отражают состояние моста. Для каждого элемента конструкции учитываются факторы, которые влияют на его деградацию, что позволяет определить все необходимые и достаточные способы для наблюдения, и на их основе сформировать пакет превентивных мероприятий.
Виды работ и средства измерений при непрерывном мониторинге
При непрерывном мониторинге мостового сооружения проводят нижеследующие работы, обеспечивающие оценку напряженно-деформированного состояния конструкции моста, и прогноз его изменения: — осмотр элементов, деталей конструкции моста с выявлением и выделением повреждений и дефектов — мест коррозии материала, трещин, мест возможной концентрации напряжений, протечек воды и т.п.
Методологией мониторинга предусматриваются инструментальные измерения параметров отмеченных дефектов:· длины и ширины раскрытия трещин,· площади и толщины продуктов коррозии,· площади протечек и т.п.; — контроль геометрических характеристик конструктивных элементов сооружения: очертания и формы взаимного положения сопрягаемых элементов, например, пролетных строений и опор, профиля, уклонов и углов перелома проезжей части.
Для выполнения этого вида работ в соответствии с программой мониторинга мостового сооружения устанавливаются:· марки (фиксирующие элементы, жестко закрепленные на конструкции, используемые для снятия показаний съемными приборами);· датчики, соответствующие используемым при этом измерительным средствам (геодезическим инструментам, специальным приборам снятия отсчетов датчиков, деформометров и т.п.); — определение деформаций материала (бетона, стали, швов), вызванных длительными природными процессами (релаксации, усадки и ползучести бетона), а также воздействием временной нагрузки (проходящего транспорта, фиксированной нагрузки), характеризующей показатели жесткости конструкции.
Для определения длительных деформаций материала устанавливаются;
· марки для периодического присоединения деформометров при измерениях или· датчики, предназначенные для длительной работы в натурных условиях.
— выявление деформаций, перемещений материала в местах дефектов (трещин, концентрации напряжений и др.), влияющих на характер работы элементов конструкций, от постоянной нагрузки и от воздействия временной нагрузки.
Работы для выявления трещин на ранних стадиях формирования, их нарастания в металле и бетоне выполняются при помощи трещиномеров, конструкция и характеристики которых может быть различной в зависимости от ширины трещины или шва между элементами, вида и условий эксплуатации конструкций; — фиксирование показателей влажности и температуры конструктивных элементов и сооружения на период выполняемых инструментальных работ.
Для определения температуры с точностью 0,5°С и влажности конструкции и воздуха помимо обычных средств измерений, термометров и психрометров используются: электротермометры, термопары, пирометры и тепловизоры с разрешением 0,1°С (либо мультипараметрическая метеостанция);
— определение динамических характеристик конструкций (частоты, амплитуды, ускорения колебаний), вызванных воздействием проходящего транспорта по мостовому сооружению или специальной нагрузки.
Для определения динамических характеристик и жесткостных показателей конструкций устанавливаются крепежные элементы для соответствующих измерительных устройств (тензометров, прогибомеров, угломеров, вибрографов и т.п.; — определение линейных и угловых перемещений в характерных сечениях (местах) конструкции, вызванных изменением напряженно-деформированного состояния во времени, а также от временной нагрузки проходящего транспорта и (или) от фиксированной специально установленной нагрузки.
Для определения линейных перемещений конструкции под действием транспортных потоков используются акселерометры с вторичными приборами преобразования в перемещение по 3 осям, увязанные и с системой распознавания образов; Благодаря подобному совокупному подходу управляющая компания объекта получает всю необходимую и логически организованную информацию.
Система инструментального наблюдения за конструкцией моста и окружающей средой, разработанная компаний «СМИС Эксперт», базируется на тщательной проработке необходимого числа контролируемых параметров, которые могут дать максимально полную информацию о техническом состоянии мостового сооружения,
Разработка Программы и методик мониторинга для различных стадий жизненного цикла мостовых сооружений проводится специалистами «СМИС Эксперт» совместно с проектировщиком, техническим заказчиком, генеральным подрядчиком и эксплуатирующей организацией.
Типовой проект мониторинга состояния моста
В состав мостового перехода между двумя городами, расположенными на противоположных берегах пролива, входят главный мост протяженностью 1632 м и шириной 26,5 м, а также два подходных моста длиной 282 и 189 м соответственно. Каждый из них расположен на «своем» берегу пролива.
Площадка, на которой расположен главный мост, обладает исключительными характеристиками: глубина воды составляет 65 м, на дне пролива расположена большая толщина слабых грунтов, высокая сейсмическая активность с замедленными, но мощными тектоническими перемещениями.
Очевидно, что если бы указанные негативные факторы проявлялись в отдельности, то проектирование моста не вызывало бы никаких трудностей, однако из-за их совместного присутствия пришлось использовать нетрадиционные решения.
Высокая сейсмическая активность на площадке означает, что при потенциальном землетрясении неизбежно возникновение неблагоприятных сил взаимного воздействия грунта и конструкции. При этом расположение опор моста неспособно повлиять на эти факторы. В связи с тем, что подобные масштабные по своей силе факторы должны будут восприниматься слоями слабого грунта, то при глубине воды более 60 м возведение любого фундамента опоры становится причиной серьезного беспокойства.
Учитывая все вышеперечисленные факторы, длина пролетов главного моста должна быть определена таким образом, чтобы максимально снизить количество промежуточных опор, которые размещаются непосредственно в проливе. Очевидно, что при таком наборе входных характеристик проектировщики в первую очередь должны были обратить свое внимание на схемы висячего моста.
Однако от такого решения отказались сразу из-за общей неустойчивости основного наклонного массива. В результате было принято решение об использовании вантового моста с тремя центральными пролетами длиной в 560 м каждый, а также двумя боковыми пролетами по 286 метров.
Четыре промежуточных опоры опираются на крупные круговые бетонные фундаментные плиты. Их диаметр составил 90 м при высоте в 65 м. Они необходимы для распределения на грунт всех сил, действующих на опоры. Для повышения несущей способности слабого грунта в него погрузили большое количество свай из стальных труб, длина которых колебалась в диапазоне от 25 до 30 м при диаметре в 2 м и толщине стенки в 20 мм. Все сваи были забиты равномерно по площади, расстояние между ними составило 7-8 м.
Сверху над сваями был отсыпан специальный слой щебня, который отбирался по фракциям. Его наличие обеспечивает эффективное распределение возникающих нагрузок от фундаментной плиты к грунту основания. Пролетное строение является железобетонной конструкцией шириной в 26,5 м. Оно состоит из железобетонной плиты, опирающейся на продольные главные балки, высота каждой составляет 2,2 м. Через каждые 4 метра главные балки соединяются с поперечными балками. На концах пролетного строения расположены деформационные швы.
Пролетное строение подвешено на 8 «треугольниках» вант, в каждом по 23 парных ванты. При этом данное пролетное строение способно без усилий воспринимать деформации, формирующиеся вследствие воздействия температурой или сейсмической активностью. Деформационные швы при нормальной эксплуатации допускают смещение концов на 2,5 м.
При возникновении экстренной сейсмической нагрузки смещение концов может достигать 5 м. Ключевые задачи инструментального оснащения и наблюдения мостового сооружения подразумевали предупреждение экстремальных ветровых воздействий, а также получение информации об особенностях поведения моста во время землетрясения и в нормальных условиях эксплуатации.
Система также предоставляет данные, используемые для превентивного технического обслуживания объекта. Вся измерительная сеть и ее датчики спроектированы и размещены таким образом, чтобы легко выдерживать агрессивные факторы окружающей среды. На объекте и его береговой части расположено 80 специальных точек измерения, которые в совокупности предоставляют 330 индивидуальных каналов. Все они подключены к 4-м системам сбора информации, соединенным при помощи оптоволоконной сети между собой наблюдения и с базовым компьютером системы мониторинга.
Программное обеспечение системы наблюдения позволяет собирать, хранить, систематизировать, осуществлять параметрирование порогов и анализировать поступающую информацию, а также редактировать отчеты и отправлять в диспетчерскую службу визуализированные оповещения о состоянии мостового сооружения
Индивидуальный проект системы непрерывного мониторинга мостовых сооружений Компания «СМИС Эксперт» имеет большой опыт в области разработки и внедрения систем непрерывного мониторинга мостовых сооружений с использованием измерительной аппаратуры, специального программного обеспечения в реальном режиме времени:- систем наблюдения за условиями работы и поведением мостовой конструкции;- систем аппаратного контроля состояния и управления техническим обслуживанием конструкций мостов.
Мы предлагаем широкий выбор средств измерений и поможем вам выбрать лучшие решения для вашего проекта и бюджета.
Сделать заявку, задать вопрос и получить дополнительную информацию Для получения бесплатной консультации, уточнения условий предоставления услуги, пожалуйста, обратитесь по телефону
Источник материала: https://smis-expert.com/blog/instrumentalnye-izmereniya-v-sisteme-nepreryvnogo-monitoringa-mosta/