CC BY
89
УДК 528.482.5
ДИНАМИКА МОСТОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГНСС-ТЕХНОЛОГИЙ В УСЛОВИЯХ ВЛИЯНИЯ ВЕТРА И ТРАНСПОРТНОГО ДВИЖЕНИЯ
Фавзи Хамед Зарзура
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. 965-823-81-89, e-mail: [email protected]
Борис Тимофеевич Мазуров
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. (383)343-29-11, e-mail: [email protected]
Такие инженерные сооружения, как мосты, являются важным и широко используемым элементом региональной и городской инфраструктуры для обеспечения движения транспорта. Одним из элементов системы обеспечения их эксплуатационной безопасности является геодезический мониторинг с использованием ГНСС-технологий. Анализ динамики подвесных (вантовых) мостов обязательным образом должен проводиться с учетом внешних воздействий.Наиболее значимыми являются такие: изменение температуры, влияние ветра и транспортное движение. Здесь представлен некоторый анализ этих влияний на динамику вантового моста по реальным экспериментальным данным.
Ключевые слова: ГНСС, мосты, внешние воздействия.
PERFORMANCE OF BRIDGES MOVEMENTS UNDER WIND AND THE INFLUENCE OF TRANSPORTATION MOVEMENTS BY USING GEODETIC MONITORING GNSS TECHNOLOGY
Favzi H. Zarzoura
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo, gradual student tel. 965-823-81-89, e-mail: [email protected]
Boris T. Mazurov
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo, Ph. D., Prof. of Department of physical geodesy and remote sensing, tel. (383)343-29-11, e-mail: btmazurov@mail .ru
Engineering structures such as bridges are an important and widely used element of regional and urban infrastructure for traffic and transportation. One of the elements of the system to ensure their safety and security is the geodetic monitoring by using GNSS technologies.Analysis of the dynamics of suspension (cable-stayed) bridges should be based on external influences. The most significant are as follows: the temperature change , the impact of wind and vehicle movement . Here is some analysis of these effects on the dynamics of suspension bridge on real experimental data.
Key words: GNSS, bridges, external influences.
Многие техногенные объекты испытывают изменения своего положения, формы, напряжения строительных узлов конструкции. Они относятся к локальным природно-техническим системам, наблюдение за которыми возможно выполнять геодезическими методами [1-3].Такие инженерные сооружения, как мосты, являются важным и широко используемым элементом региональной и городской инфраструктуры для обеспечения движения транспорта. С ростом научно-технического прогресса в геодезических технологиях и технического уровня строительства конструкций существует необходимость развивать и совершенствовать технику и технологию измерения для такого мониторинга. Контроль возможных деформаций мостов можно выполнять с помощью геодезических методов, например, ГНСС [4-7]. ГНСС имеет важное преимущество благодаря высокой скорости сбора данных. Кроме этого, при использовании дифференциальных методов, ГНСС-технологии позволяют выполнять координатные определения в реальном времени с сантиметровой точностью.
Реальный объект - мост Хуанпу был открыт в 2008 году. Он был в то время третьим самым длинным подвесным мостом в Китае. Хуанпу имеет общую длину 2,27 км. На южном берегу реки мост Хуанпу является обычным двухпилонным подвесным мостом. Основной пролет 1108 м подвешан на опоры из двух основных кабелей, в то время как боковые пролеты поддерживаются снизу колоннами. На северном берегу реки мост Хуанпу является обычным однопилонным вантовым мостом с главным пролетом 383 м. Противоположная сторона около подвесного моста имеет длину 197 м. Пилоны обоих мостов сделаны из бетона. Высота главного пилона вантового моста составляет 201 м, в то время как высота двух пилонов подвесного моста - 189 м.
Сбор данных проводился в течение почти непрерывного 24-часового периода с 9 часов утра 24 сентября 2009 года по 9 утра 25 сентября 2009. За весь период, 13 GPS приемников располагались на мосту, и один GPS приемник был на берегу , как показано на рис. 1.
Рис 1. Схема расположения GPS приемников
Смещения пролетной части моста показаны на рис. 2 и 3. Рис. 4 показывает связь величин смещений сменяющейся в диапазонетемпературы6°. В течение года, температура воздуха в этом регионе может изменяться на 25° С. Это может вызвать более значительные вертикальные смещения.
Рис 2. Боковые и продольные отклонения пункта (108) моста
за 24 часа наблюдений
Displacement (cm)
Time
Рис. 3. Вертикальные смещения пункта (108) моста за 24 часа наблюдений
Рис. 4. Изменения температуры за период 24 часа наблюдений
Дополнительно был определен угол 0 продольного наклона моста в вертикальной плоскости (рис. 5) после анализа смещений по данным ГНСС-
определений 0 = агсБт
'ъ - ъЛ
в
180
ж
где z и 1 вертикальные смещения в
симметричных участках, а В - расстояние между двумя станциями.
Рис. 5. Продольный наклон моста пролета 1 (а) и пролета 2(б)
Рисунок показывает, что длина пролета определяет изменения угла продольного наклона. Это результат нашего анализа по данным мониторинга на пунктах 102 и 103 для пролета 1. Можно видеть, что диапазон изменения угла продольного наклона для пролета 1 и 2 составляет 0,25 и 3,5 радиана, а среднее значение составляет 0,25 и 0,50 радиан соответственно.
Также был проведен анализ отклонения по высоте с учетом влияния движения 50-тонного грузовогоавтомобиля. Испытания проводились в ранние утренние часы, когда поток транспортного движения по мосту был минимальным.автомобиль двигалсяс южного конца моста со скоростью 64 км/час. Рисунок показывает высотную компоненту координатных определений всех GPS приемников пролета моста. Замечаем, что мост отклоняется примерно на 15 см.
Когда автомобиль проходит участок на южной стороне пролета, его тяжесть толкает этот маленький пролет вниз, что в свою очередь нагружает подвески и кабель, к которому они присоединены. Это приводит к тому, что кабель натягивается на основном пролете. Максимальные отклонения в каждой точке смещены друг от друга, что указывает на влияние нагрузки от движения транспорта.
Среднее отклонение высоты из-за влияния веса и скорости автомобиля составило почти 23 см. При моделировании и анализе динамики моста также использовалась конечно-элементная модель (FiniteElementModel).
10
и
s о
и
Е
LL
ъ -10
tlme( мс)
i>oinl 110 -т*—point 108 —я-pointlOG ——poinl 103
Рис. 6. Отклонение высоты со временем при 50-тонной нагрузке
Таким образом, результаты математического моделирования подтверждают важность проведения геодезического мониторинга мостов с использованием ГНСС-технологий в условиях влияния ветра и транспортного движения. Успешность анализа координатных определений кроме выбора адекватной аппроксимационной модели [8] могут обеспечить также современные технологии компьютерной 3-0 визуализации [9].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Идентификация движений и напряженно-деформированного состояния самоорганизующихся геодинамических систем по комплексным геодезическим и геофизическим наблюдениям: монография / В. А. Середович [и др.]. - Новосибирск: СГГА, 2004. - 356 с.
2. Крамаренко А. А., Мазуров Б. Т., Панкрушин В. К. Математическое обеспечение идентификации движений и напряженно-деформированного состояния сооружений и объектов инженерной геодинамики по геодезическим наблюдениям // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2005. - № 5. - С. 3-13.
3. Крамаренко А. А. , Мазуров Б. Т., Панкрушин В. К. Вычислительный эксперимент идентификации движений и напряженно-деформированного состояния сооружений и объектов инженерной геодинамики по геодезическим наблюдениям // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2005. - № 6. - С. 3-14.
4. F. Zarzoura, R. Ehigiator-Irughe1, B.Mazurov, Accuracy Improvement of GNSS and Real Time Kinematic Using Egyptian Network as a Case Study F. Zarzoura, / Computer Engineering and Intelligent Systems ISSN 2222-1719 (Paper) ISSN 2222-2863 Vol.4, No.12, 2013.P. 1-8.
5. Ashraf A. A. Beshr" monitoring the structural deformation of tanks", Egypt 2012 text book. - 272 p.
6. Зарзура Ф. Х., Мазуров Б. Т. Исследование кодовых и фазовых дифференциальных ГНСС и систем WADGPS и OmniSTAR // Геодезия и картография. - № 7. - 2013. - c. 2-4.
7. G. Roberts, E. Cosser, X. Meng, A. Dodson, A. Morris and M. Meo, "A Remote Bridge Health Monitoring System Using Computational Simulation and Single Frequency GPS Data," Proceedings of 11th FIG Symposium on Deformation Measurements, Santorini, 25-28 May 2003.
8. Мазуров, Б. Т. Математическое моделирование по геодезическим данным: учеб. пособие. - Новосибирск: СГГА, 2013. - 127 с.
9. Мазуров Б. Т. Компьютерная визуализация полей смещений и деформаций // Геодезия и картография. - 2007. - № 4. - С. 51-55.
© Ф. Х. Зарзура, Б. Т. Мазуров 2014
