CC BY
32
УДК 624.21
В. П. РЕДЧЕНКО (Спецiалiзоване тдприемство «Мост-сервю») ВИПРОБУВАННЯ ПРОГ1ННИХ БУДОВ
АВТОДОРОЖН1Х МОСТ1В РУХОМИМ НАВАНТАЖЕННЯМ
Наведено методику та апаратно програмний комплекс для визначення структурных параметр1в пропнно! будови моста за результатами И випробувань рухомим навантаженням.
Представлены методика и аппаратно программный комплекс для определения структурных параметров пролетного строения моста по результатам его испытаний движущейся нагрузкой.
The paper presents a technique and the program complex for definition of structural parameters of span structure of highway bridges by results of their tests by moving load.
Визначення техшчного стану моспв Укра1ни е важливою задачею загальнодержавного зна-чення, актуальнють цього питання неодноразово шдкреслювалася провщними спецiалiстами галу-зi [1; 2]. При визначеннi техшчного стану про-гiнних будов моста важливу роль вiдiграе знання про 11 фактичш структурнi (внутрiшнi) параметри [3; 4]. Серед останнiх одними з найважливших е статична та динамчна жорсткостi прогiнноi бу-дови, характер 11 просторово1 роботи та зусилля вщ постiйного навантаження. Оцiнку характеру просторово! роботи та визначення статично! жо-рсткостi прогоново! будови рекомендуеться ви-конувати за результатами 11 статичних випробувань [5]. Вiдомi методи проведення статичних випробовувань прогонових будов моспв вима-гають на певний час зупиняти рух транспорту по спорудi [5; 6], що при зростаючiй iнтенсивностi руху стае досить складно та дорого. Методика визначення структурних параметрiв прогоново! будови за результатами 11 випробувань рухомим навантаженням, яка розроблена автором [7], до-зволяе значно скоротити час натурних робiт у порiвняннi зi статичними випробуваннями та в бшьшосп випадкiв обходитися без закриття руху по споруд1
Визначення динамiчних реакцш прогоново! будови вiд дii рухомого навантаження вщно-ситься до задач статистично! динамiки. Замiна рухомого навантаження нерухомим, яке змшю-еться за гармошчним законом значно спрощуе математичний аналiз. Найбiльш вiдомим е розв'язок задачi про динамiчний вiдгук балки, по якш рухаеться сила, запропонований в ми-нулому столiттi академшом Криловим. Цей розв'язок увiйшов в ус базовi пiдручники з ди-намiки будiвельних конструкцiй. Для прогону середини балки з прогшом Ь шд час руху по нш сили Р зi швидкiстю V, вказаний розв'язок опи-суеться таким рiвнянням [8; 9]
У
L 2
(t)
=z
P5
ii
=1 k
k=i
l(i-в 2)
k П
x sin-
k nv
sin-
L
-t - в k sin ka kt
де 511 - прогин балки вщ одинично! сили в середиш прогону; a k - циктчна частота влас-них коливань балки k-i' форми;
в k =0k/®k; 0 k = knv/L.
Анал1з цього розв'язку, як i анал1з розв'язку системи диференщальних рiвнянь для бiльш за-гального випадку, дозволив окреслити основнi умови, обмеження та принципи визначення структурних параметрiв прогоново! будови за результатами '' випробувань рухомим навантаженням. Дослщження динамiчного вщгуку МСЕ - моделi прогоново! будови на рухоме навантаження дозволило ще раз шдтвердити зробленi висновки. Остаточне формулювання вимог методики щодо навантаження, апаратно-програмного комплексу та алгоршмв визначення структурних парамет-рiв прогонових будов виконувалося пiсля ряду експериментальних робiт.
Розроблена методика дозволяе:
• отримувати лшп впливу загальних та м> сцевих деформацiй характерних точок прогшних будов бiльшостi тишв автодо-рожнiх мостiв (оцiнка просторово! роботи прогшно! будови);
• визначати статичну та динамiчну жорст-косп прогшно! будови;
• визначати ампл^удно-частотний спектр власних коливань прогшно! будови;
• оцшювати та вести контроль постшного навантаження на прогiнну будову.
да
Змют методики полягае в отриманнi шмейст-ва вiброграм контрольованих параметрiв вщгуку конструкци на рухоме навантаження та подаль-шiй !х обробцi за певними алгоритмами. Як навантаження використовуються рухомi одиночнi транспортнi засоби як з загального транспортного потоку, так i спецiально шдготовлеш.
Для практично! реалiзацi! методики було створено апаратно-програмний комплекс. Комплекс приладiв для реестрацп динамiчних реакцш прогоново! будови складаеться з чотирьох основ-них блокiв: блок живлення та синхрошзацп, блок датчиюв, блок перетворення сигналiв датчикiв (АЦП) та !х запису на флеш-пам'ять (Б), блок пе-редачi даних з флеш-пам'ят в ПК. Загальна структурна схема комплексу наведена на рис. 1.
F АЦП ► Датчик
5 & к в <—
Е В АЦП •4— Датчик
а о Г г
1 ^ m я и к о о fS
Ь- F АЦП —► Датчик
ПК
льних деформацш з точнютю 0,01мм. У той же час, можливе використання будь-якого датчика з аналоговим вихщним сигналом, настройка блока АЦП на конкретний датчик вщбуваеться автоматично. Блок АЦП мае рщкокристатчний дисплей, який дае можливють контролювати величину сигналу вщ датчика та вiльний об'ем пам'ять Кожен модуль, який складаеться iз датчика та АЦП, можна використовувати повню-тю автономно. Блок синхрошзацп дозволяе ви-конувати синхронний запис на всю кшькють необхiдних модулiв «АЦП+датчик» та ставити пом^ки в часi. Загальний вид комплексу при-ладiв показано на рис. 2.
Рис. 1
Як видно з блок схеми, реестращя сигналiв вщ датчикiв роздiлена на двi фази: запис на флеш-пам'ять та передача даних з флеш-пам'ят в ПК. При бшьшому часi, який витрача-еться на весь процес введення даних в ПК, така структура мае цший ряд переваг:
- на порядок нижча вартють всього комплексу в порiвняннi з комплексом прямого запису на ПК;
- можливють використовувати будь-яю IBM - сумюш ПК без !х переобладнання;
- можливють використання необмежено! кiлькостi датчиюв;
- можливiсть роботи на об'екп без ПК;
- при застосувант синхронiзуючого рад^м-пульсу можлива вщмова вщ кабельних з'еднань.
Для даного комплексу було розроблено та створено два типи датчиюв: перший на оптико-цифровш, другий на тензометричнш базi. Оби-два датчика призначеш для вимiрювання зага-
Рис. 2
Програмне забезпечення системи побудова-но за модульно-iерархiчним принципом i мае три рiвнi. На верхньому ступеш iерархi! знахо-диться програмний модуль, який забезпечуе настройку конфшураци програмного середови-ща та виконуе управлiння масивами даних. На наступному ступеш знаходяться модул^ що здшснюють зв'язок з блоком зчитування та за-ймаються перетворенням форматiв даних. На нижньому ступенi iерархi! знаходяться модулi обробки даних та !х графiчно! вiзуалiзацi!. 1н-терфейс програми виконано у виглядi загаль-ноприйнятого «вшна» на iнтерактивнiй основi.
Для прикладу коротко розглянемо результа-ти випробування рухомим навантаженням шля-хопроводу по пр. 40-рiччя Жовтня в м. Киевь Шляхопровiд мае двоконсольну балкову про-гiнну будову з монол^ного залiзобетону з косиною 72°. Геометрична схема прогоново! будови 6,06 + 15,54 + 6,06 (м). У поперечному перерiзi прогшна будова мае чотири поздовжш балки, яю об'еднанi мiж собою поперечними балками. За характерш точки були вибраш пе-рерiзи головних балок в серединi прогону, при випробуваннях рееструвалися загальнi дефор-маци у вибраних точках. Навантаження (авто-мобiлi КрАЗ масою по 21,0 т) рухалося по шля-
хопроводу зi швидкiстю близько 40 км/год в штервалах руху загального транспорту, яю утворювалися внаслiдок роботи свiтлофорiв (5...10 с). Всього було виконано 8 за1здв авто-мобiлiв по рiзних полосах про!жджо! частини. На рис. 3 показано вiброграми динамiчних про-гинiв головних балок, яю були зареестрованi пiд час одного з за!здв.
Рис. 3
Видшяючи квазiстатичну складову для кож-но! вiброграми, маемо можливiсть побудови поверхш впливу прогонiв для кожно! балки, а отже, знайти натуры значення iнтегрованоi статично! жорсткостi прогшно! будови та розпод> лу зусиль мiж балками (коефiцiент поперечно! установки). Крiм цього, в даному випадку, до-датково е можливiсть оцшити наявнiсть та до-вжину перехщних плит.
Таким чином, наведена методика дозволяе виконувати визначення всiх тих параметрiв прогiнноi будови, якi традицшно визначаються на першому етапi статичних випробувань. При цьому одночасно можливе визначення динам> чних характеристик конструкци.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Лантух-Лященко А. I. Проблеми створення национально! системи експлуатаци моспв // Су-част проблеми проектування, буд1вництва та експлуатаци споруд на шляхах сполучення: Зб. доп. Укра!нського мгжгалузевого науково-практичного семшару. - К., 1998. - С. 138-145.
2. Дудник Е. С. О техническом состоянии некото-рих больших мостов // Сучасш проблеми проектування, буд1вництва та експлуатаци споруд на шляхах сполучення: Зб. доп. Укра!нського мгжгалузевого науково-практичного семшару. - К., 1998. - С. 50-53.
3. Лантух-Лященко А. I. Настанови з визначення техшчного стану моспв / А. I. Лантух-Лященко, В. I. Кир'ян, П. М. Коваль та ш. - К.: Логос, 2002. - 117 с.
4. ВБН В.3.1-218-174-2002 Мости та труби. Ощнка техтчного стану автодорожтх моспв, що екс-плуатуються. - К.: Укравтодор, 2002. - 76 с.
5. ВСН 32-78 Инструкция по определению грузоподъемности железобетонных балочных пролетных строений автодорожных мостов. - М.: Транспорт, 1979. - 142 с.
6. Лучко Й. Й. Методи дослвдження та випробу-вання буд1вельних матер1ал1в та конструкцш / Й. Й. Лучко, П. М. Коваль, М. Л. Дем'ян. - Л.: Каменяр. - 2001. - 436 с.
7. Редченко В. П. Оцшка просторово! роботи про-гоново! будови моста за результатами !! випро-бування рухомим навантаженням // Автомобь льн дороги 1 транспортне буд1вництво: Зб1рн. наук. пр. - К.: НТУ, 2004. - Вип. 68. - С. 84-88.
8. Киселев В. А. Строительная механика. Специальный курс. - М., 1969. - 427 с.
9. Безухов Н. И. Устойчивость и динамика сооружений в примерах и задачах / Н. И. Безухов, О. В. Лужин, Н. В. Колкунов. - М.: Высш. шк. -1987. - 262 с.
Надшшла до редколегп 25.05.04.
