CC BY
195
Железнодорожный путь, мосты и строительство
27
УДК 625.745.12
ДЛИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОРНЫЙ МОНИТОРИНГ АВТОДОРОЖНЫХ МОСТОВ. ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ
О.В. Гарамов
Аннотация
Эффективность использования системы мониторинга достигается за счет экономии времени и средств, необходимых на планово-предупредительные и капитальные ремонты мостов, на диагностику и специальные обследования. Для разработки подобной системы необходимо обоснование методического, инструментального, технического и программного обеспечения.
Ключевые слова: мониторинг; мост; испытания; контроль; деформация; устойчивость
Введение
Мониторинг как инструмент научных исследований начал использоваться в 1971 году. В начальный период под мониторингом подразумевалась система наблюдения за окружающей средой, с целью контроля над опасными для человека процессами в природе и негативными воздействиями на неё. Впоследствии трактовка самого термина менялась в различных исследованиях в зависимости от преследуемых целей и задач. В существующих отечественных мостах, как правило, отсутствует какая-либо система мониторинга. Для возможности определения напряженного состояния конструкций приходится, по сути, каждый раз заново оборудовать мост системой датчиков и т.д.
1. Проблемы эксплуатации автодорожных мостов
Анализ работы эксплуатационных служб Северо-Западного региона показывает необходимость выработки системы проведения инженерного состояния автодорожных мостов. Эффективность использования системы достигается за счет экономии времени и средств, необходимых на плановопредупредительные и капитальные ремонты мостов, на диагностику и специальные обследования. Для разработки подобной системы необходимо обоснование методического, инструментального, технического и программного обеспечения. Большое количество конструкций, элементов и узлов, уникальность многих параметров, отсутствие аналогов, необходимость индивидуального проектирования -это далеко не полный перечень особенностей мостовых сооружений.
Известия Петербургского университета путей сообщения
2004/1
28
Железнодорожный путь, мосты и строительство
Реальные эксплуатационные параметры моста зачастую сильно расходятся с расчетными значениями, которые были спрогнозированы по расчетным схемам отдельных элементов до объединения элементов в систему. Комплексность методов и видов наблюдений при организации мониторинга предполагает использование широкого спектра методов наблюдений - от наземных полевых исследований до дистанционного зондирования и космических технологий. Значительные объемы информации, ее содержание, вид, оперативность доступа к информационным ресурсам стали основными причинами появления информационных технологий, основанных на геоинформационных системах. Глобальная сеть позиционирования GPS-NAUSTAR (США) представляет собой систему из 28 навигационных искусственных спутников Земли, сети наземных станций слежения за спутниками и центров обработки информации. Система GPS дает возможность определить координаты в любой точке земного шара, в любое время, в любых погодных условиях. При этом в зависимости от методики измерений, типов и классов аппаратуры точность измерения может составлять от 100 м до 1 см.
2. Обзор зарубежного опыта мониторинга автодорожных мостов
Программа мониторинга мостов, основанная на GPS-системе, разрабатывается и апробируется в настоящее время в Ноттингемском Университете (Великобритания). В основе программы лежит система приёмников и передатчиков закодированных сигналов, которая во взаимодействии с комплексом математических расчетов количества волн между ними позволит определить действительное перемещение мостовой конструкции с точностью до сантиметра. В настоящее время проводятся испытания программы на ряде мостов Великобритании, в частности на мосту Humber в Ноттингеме. Результаты определения смещения элементов конструкции, полученные при использовании GPS-приемников, установленных в различных точках 1410 метрового пролетного строения при загружении пролета временной погрузкой в виде пяти грузовиков, общим весом более 160 тонн, оказались более точными по сравнению с результатами, полученными традиционными способами. На дальнейшую разработку программы выделено 500 000$ из Британского фонда инженерно-физических научных исследований.
Из готовых к использованию решений можно назвать разработку ВМХ (Bridge Management Ехрег!) фирмы Research Engineers Europe Ltd., расположенной в г. Бристоль (Великобритания). ВМХ представляет собой систему, основанную на консолидации компьютерной технологии и многолетнего опыта наблюдений за мостовыми сооружениями. ВМХ может быть использована:
2004/1
Известия Петербургского университета путей сообщения
Железнодорожный путь, мосты и строительство
29
1. Для проведения мостовых инспекций с возможностью выдачи отчетов о состоянии сооружения, прогнозов развития дефектов, также методов их устранения и замедления, периодичности проведения определенных мероприятий.
2. Для проведения диагностики отдельных элементов сооружения. Результаты натурных наблюдений вводятся в базу данных сооружения, после чего выдаются рекомендации по возможности или невозможности дальнейшей эксплуатации элемента.
3. Для обработки результатов периодических осмотров.
4. Для обработки результатов испытаний сооружения с выдачей дальнейших рекомендаций.
5. Для прочих целей, связанных с вопросами мониторинга мостовых сооружений.
ВМХ может быть интегрирована с GPS-системой и прочими геоинформационными системами. Стоимость одного комплекта системы ВМХ составляет порядка 15 000 евро. В настоящее время рассматриваются возможности доработки системы до российских стандартов и продвижения ее на рынке РФ.
Учеными норвежского геотехнического института установлена система мониторинга на мосту Dalsan в Южной Корее. Специалистам пришлось вылетать в Южную Корею только один раз для установки аппаратуры и датчиков. Датчики считывают информацию на мосту, которая через модем в виде рапортов передается в Норвегию, для дальнейшей обработки. В процессе работы система не требует постоянного присутствия специалистов. Осмотр и техническое обслуживание аппаратуры производит техник, который один раз в месяц прилетает из Норвегии.
3. Проекты длительного приборного мониторинга эксплуатируемых мостов в России
На строящемся через р. Неву вантовом мосту в Санкт-Петербурге устанавливается система мониторинга, разработанная финской фирмой Futurtex. Для оценки вибрации и микродвижений пилонов, установлены 3х мерные акселерометры, разработанные фирмой GROSS BOW (Финляндия). Для оценки прочих перемещений установлены датчики терморезисторов и лазерные датчики смещения. Для передачи информации с датчиков задействованы 28 информационных каналов. Специальный преобразователь преобразует аналоговый сигнал поступающий с датчика, в цифровой, который в дальнейшем поступает на сервер. Сервер пакетирует сигналы и выдает статистику на клиентскую машину. В данный момент система установлена и по идее своей должна быть задействована уже в процессе монтажа вант, однако из-за низкого уровня технологической культуры, часто происходят сбои в ее работе.
Известия Петербургского университета путей сообщения
2004/1
30
Железнодорожный путь, мосты и строительство
Из отечественных систем можно выделить систему СТКМ-ИС, разработанную НИИ мостов в г. Санкт-Петербурге. На основании системы СТКМ-ИС создана система мониторинга состояния пролетного строения.
Система СТКМ-ИС предназначена для получения информации о напряжениях, возникающих в мостовых и других сооружениях в процессе эксплуатации и испытаний. Результаты представляются в цифровом и графическом виде на пульте управления непосредственно на объекте, а также могут быть обработаны с помощью специальных программ в стационарных условиях при использовании ПК. Систему можно разделить на 3 компонента: датчики, нормирующий усилители восьмиканальные нормирующие блок. Система совместима с различными типами датчиков (напряжений, перемещений, температуры) и прогибомерами. Нормирующий усилитель обеспечивает подключенный к входу датчик напряжением питания 5 В. Восьми канальный нормирующий блок предназначен для обработки информации полученной одновременно с 8ми датчиков. При необходимости получения информации с большего количества датчиков применяется несколько нормирующих блоков. Вся информация передается в ПЭВМ пользователя для дальнейшей обработки.
Аналогичные системы тензометрического контроля разработаны в ВНИИ транспортного строительства и Сибирском Государственном Университете Путей Сообщения с разницей в количестве и типах устанавливаемых датчиков. Среди них можно отметить лазерный прибор для измерения угловых перемещений объекта, разработанный в ВНИИ транспортного строительства. Прибор состоит из 2-х блоков: лазерного передатчика и линейки фотоприемников. По сигналу луча лазера фотоприемник определяет мгновенное значение наклона луча в вертикальной плоскости и горизонтальное смещение относительно этой плоскости.
Санкт-Петербургским Техническим Университетом разработано устройство для рентгенографического определения напряжений (ТРИМ), на основе метода рентгеновской тензозометрии. В основе метода лежит измерение деформации поликристалического материала при помощи дифракции рентгеновских лучей и использовании закона Гука для определения величины и знака напряжения, которые представляются на мониторе сразу же после окончания экспозиции.
Анализ деятельности служб эксплуатации, наблюдения и надзора за автодорожными мостами в РФ показывает, что наиболее существенные недостатки в их работе связаны с отсутствием единой комплексной системы, которая могла бы обеспечить полноту, достоверность и обновление информации.
Жизненный цикл автодорожных мостов как сложных строительных сооружений определяет необходимость организации системы инженерного мониторинга. Функционирование системы инженерного мониторинга
2004/1
Известия Петербургского университета путей сообщения
Железнодорожный путь, мосты и строительство
31
обеспечивается путем разработки комплекса проблемно ориентированных программ. Применение системы комплексного мониторинга позволит обеспечить непрерывный эксплуатационный цикл автодорожных мостов за счет более частой диагностики, оперативных стабилизирующих воздействий на систему мостовых сооружений и, если необходимо, инженерно-конструктивных доработок без остановки эксплуатации моста. Введение системы мониторинга функциональных параметров
эксплуатируемых автодорожных мостов позволит постоянно отслеживать изменения состояния конструкций, своевременно выявлять критические состояния элементов сооружений, принимать оптимальные решения по повышению их несущей способности, надежности и долговечности.
4. Заключение
Изучение отечественного и зарубежного опыта позволяет выявить общие закономерности в практическом решении проблемы эксплуатационной устойчивости сооружений. В системах слежения за техническим состоянием мостовых сооружений в развитых странах необходимо видеть перспективные направления развития и
проанализировать возможности их применения в отечественной практике.
5. Литература
СНиП 2.05.03-84. «Мосты и трубы»
Методические указания по вибродиагностике автодорожных мостов», утвержденные Гос. службой дорожного хозяйства Минтранса РФ в 2001 Самитов Р.А. Системотехнический анализ сложных строительных сооружений. Казанская государственная архитектурно-строительная академия. 2001
УДК 691.32
РАЗРАБОТКА ВЫСОКОПРОЧНОГО БЕТОНА ПОВЫШЕННОЙ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ
И.В. Степанова
Аннотация
Разработан высокопрочный бетон автоклавного твердения с прочностью при сжатии до 150 МПа. В качестве основного сырья использован высокосиликатный цемент и тонкомолотый песок с Буд.=300 м /кг. В качестве добавки использована добавка «ДЭЯ-М», которая обеспечивает сдвиг кислотно-основного равновесия в
Известия Петербургского университета путей сообщения
2004/1
