CC BY
26
УДК 528.2:629.78
ЗАДАЧИ ОРГАНИЗАЦИИ ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ВАНТОВОГО МОСТА В ГОРОДЕ СЕМЕЙ
Мухтар Есимканович Куттыкадамов
Государственный университет им. Шакарима города Семей, 071412, Республика Казахстан, г. Семей, ул. Глинки, 20А, доктор технических наук, старший преподаватель кафедры геодезии и строительства, e-mail: [email protected]
Борис Тимофеевич Мазуров
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. (913)913-73-99, e-mail: [email protected]
Геодезический мониторинг играет важную роль в контроле инженерных систем. Результаты должны учесть связи между действующими нагрузками и результатами деформаций. Наблюдения возможно выполнять с высокой частотой дискретизации во времени. В статье исследуется система мониторинга для оценки деформационного поведения вантово-го моста в г. Семей Казахстанской Республики.
Ключевые слова: вантовые мосты, внешние воздействия, геодезический мониторинг.
THE OBJECTIVES OF THE ORGANIZATION OF GEODETIC MONITORING OF CABLE-STAYED BRIDGE IN SEMEY
Mukhtar E. Kuttykadamov
The Semey state university named after Shakarim, 071412, Kazakhstan, Semey, Glinka St. 20A, D. Sc., senior lecturer of the Department geodesy and construction, e-mail: [email protected]
Boris T. Mazurov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo, D. Sc., Prof. of Department of physical geodesy and remote sensing, tel. (383)343-29-11, e-mail: [email protected]
Geodetic monitoring plays an important role in the control of engineering systems. The results should take into account the relations between the existing loads and the results of deformations. The monitoring may be performed with a high sampling rate in time. The article investigates the monitoring system for estimation the deformation behavior of cable-stayed bridge in Semey, Kazakhstan.
Key words: cable-stayed bridges, external influences, geodetic monitoring.
В 2017 г. в Республике Казахстан объявлена Третья модернизация, ориентированная на повышение глобальной конкурентоспособности. Одной из правительственных программ в рамках модернизации является программа «Цифровой Казахстан» [1]. Программа, в частности, направлена на усиление тран-зитно-транспортных возможностей Республики Казахстан. Это является важным направлением Министерства по инвестициям и развитию Республики Казахстан. Создание транспортной системы должно обеспечивать успешное выпол-
нение сложных информационных функций и выработке оптимизации и рационализации управленческих решений. Важнейшими функциональными элементами транспортных систем являются мосты. Их контроль, диагностика очень важны.
Поэтому совершенствование методов контроля и прогнозирования их состояния с использованием современных измерительных и информационных технологий очень важно для реализации намеченных требований государственной программы [2, 3], имеющее реальное продолжение в экологическом направлении с необходимым цифровым информационным обеспечением [4, 5].
Примером инженерно-технического сооружения, который требует геодезического мониторинга [6], является подвесной (вантовый) мост [7 - 13]. В г.Семей эксплуатируется вантовый мост (рис. 1).
Рис. 1. Подвесной мост (г. Семей, Казахстан)
В г.Семей был построен первый в СНГ подвесной мост, соединяющий оба берега в городе Семей. В его строительстве принимали участие представители шести стран (Казахстан, Япония, Турция, Англия, Китай и Филлипины).
Мост был создан очень быстро - 30 месяцев, и был открыт 17 октября 2000 года. Основой конструкции является висячий распорный мост с основным пролетом длиной 750 м и двумя подъездными путепроводами по 168 м каждый. По мосту пролегают две трехполосные проезжие части, каждая полоса шириной 3,75 метров (рис. 2).
Рис. 2. Подвесной мост, размеры (г.Семей, Казахстан)
Новый мост в Семее значительно уменьшил нагрузку старого автомобильного моста, облегчил транспортное движение по автотрассам республиканского и международного значения, в том числе и российскую трассу Омск-Новосибирск.
На надежность эксплуатации висячего моста влияют недостаточная жесткость конструкции, порывы ветра, перепады температуры воздуха, атмосферного давления, интенсивности движения по нему автотранспорта и его вес. При сосредоточенной нагрузке (как правило, случайной) в одной части моста, может произойти сильный изгиб. Для оперативного наблюдения за динамикой вантового моста в первую очередь следует выбрать ГНСС-технологии. Спутниковые наблюдения мало зависят от погодных условий по сравнению с классическими геодезическими методами и обладают возможностью быстрого, непрерывного координирования важнейших точек инженерного объекта.
В рамках исполнения программы «Цифровой Казахстан» должны быть соблюдены меры по безопасности вантовых мостов при их эксплуатации с учетом разнообразных внешних и климатических воздействий. Для таких сооружений необходимо статистически обоснованное определение адекватных математических (прогнозных) моделей.
Нами подготовлен проект научных исследований по созданию алгоритмов поиска кинематических математических моделей смещений вантовых мостов, а также и динамических моделей с целью прогноза состояния вантового моста в г.Семей. Предполагается использования различных средств измерений. Например, использование точных тахеометров, а также, конечно, спутниковых геодезических приемников. В работах [7, 8] приведены примеры использования ГНСС-технологий, важнейшей потенциально технологической основы непрерывного наблюдения. Некоторые сложности при создании действующей вычислительной схемы связаны с учетом внешних воздействий на ван-товый мост.
На первом этапе предполагается выполнить анализ степени влияния различных факторов на динамику подвесного моста основываясь на результаты реальных наблюдений. Будет выполнено сравнение различных методов аппроксимации.
Например, использование классических формул регрессии
у = а + Ьххц + ь2х/2 + ••• + Ъкхгк + О' =1,2 •••> Р (х )= а1 + а2 Р + а^Ж + а^Т + Н,
Р(х) = а1 + а2Р + азЖ + а4Т + азН + а6Р • Ж + ауР • Т + а8Р • Н + а9Ж • Т + + а10Ж • Н + а11Н • Т + а12Р2 + а13Ж2 + а14Т2 + а15Н2,
где F - нагрузка машин на моста в данный момент времени (тонн); Ж - скорость ветра (м/с); Т - температура (С0); Н - влажность (%). Для дальнейшей алгоритмизации формул необходимы математические уравнения, связывающие смещения в см с количественно выраженными воздействиями внешней среды (ветер, температура, влажность) и автомобильной нагрузкой.
Современные информационные и ГНСС технологии могут иметь реализацию своих наблюдений с использованием метода ИНС - искусственной нейронной сети (рис. 3).
Входы Синапсы
Рис. 3. Типовая схема нейронной сети
Есть примеры целесообразности применения именно этого метода к прогнозированию. Наши решения предусматривают учет конкретных условий для построения оптимальной структуры наблюдательной сети и эффективной технологии математической обработки наблюдений с целью построения прогнозных моделей и предложений по принятию организационных решений для обеспечения безопасности эксплуатации вантового моста в г.Семей.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Стратегический план развития Республики Казахстан до 2020 года, утвержденного Указом Президента от 1 февраля 2010 года, № 922.
2. Крамаренко А. А., Мазуров Б. Т., Панкрушин В. К. Математическое обеспечение идентификации движений и напряженно-деформированного состояния сооружений и объек-
тов 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. Мазуров Б. Т., Николаева О. Н., Ромашова Л. А. Интегральные экологические карты как инструмент исследования динамики экологической обстановки промышленного центра // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2012. - № 2/1. - С. 88-92.
5. Мазуров Б. Т., Николаева О. Н., Ромашова Л. А. Совершенствование информационной базы региональных ГИС (РГИС) для инвентаризации и картографирования ресурсов // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2012. - № 2/1. - С. 130-135.
6. Мазуров Б. Т., Панкрушин В. К., Середович В. А. Математическое моделирование и идентификация напряженно-деформированного состояния геодинамических систем в аспекте прогноза природных и техногенных катастроф // Вестник СГУГиТ. - 2004. - Вып. 9. -С.30-35.
7. Зарзура Ф. Х., Мазуров Б. Т., ЭссаиАли М. Х. Прогнозные Модели динамики ванто-вых мостов по данным ГНСС // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2014. - № 4/С. -С. 40-44.
8. Мазуров Б. Т., Куттыкадамов М. Е. Моделирование динамики вантовых мостов по геодезическим наблюдениям (теоретические основы) // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2014. - № 4/С. - С. 37-40.
9. Meng, X. (2002). Real-time deformation monitoring of bridges using GPS/Accelerometers, PhD Thesis, Institute of Engineering Surveying and Space Geodesy, the Nottingham University, UK. - 2002.
10. Haykin, S. (2001). Kalman filtering and neural networks, John Wily & Sons, Communication Research Laboratory, McMaster University, Hamilton, Ontario, Canada. - 2001.
11. Kaplan, D. and Hegarty, J. (2006). Understanding GPS Principles and Applications, Second Edition, Artech House, Inc., UK. - 2006.
12. M.R. Kaloop, H. Li, Monitoring of bridges deformation using GPS technique, KSCE J. Civ. Eng. (KSCE) 13 (2009) 6:423-6:431.
13. F. Zarzoura, R. Ehigiator - Irughe, B. Mazurov. Utilizing of Mathematical Frame Work in Bridge Deformation Monitoring Asian Journal of Engineering and Technology (ISSN: 2321 -2462) Volume 02 - Issue 04, August 2014. - Pp. 293-300.
© М. Е. Куттыкадамов, Б. Т. Мазуров, 2017
