ПРЕЗЕНТАЦИЯ: "КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МОСТОВ"

В данном докладе описываются преимущества установки КСМ на мостовые сооружения и приводится пример успешного внедрения.

Мостовые конструкции – это инженерные сооружения, имеющие повышенную значимость и работающие в сложном НДС.

В процессе эксплуатации на мостовые сооружения также действуют различные повреждающие факторы, такие как:
- коррозионные процессы, протекающие, как правило, в труднодоступных местах и со временем приводящие к снижению несущей способности элементов конструкции;
- непроектные нагрузки, способные привести к необратимым пластическим деформациям и, как следствие, изменению проектного положения элементов конструкции;
- возникновение и развитие дефектов, которые способны привести к существенному снижению прочности моста.

Такие воздействия внешних факторов приводят к постепенному износу сооружения, что может вызвать преждевременное разрушение конструкции. Как следствие – человеческие жертвы и значительные финансовые затраты на восстановление.

Для предотвращения таких аварий необходим контроль технического состояния мостового сооружения.

На сегодняшний день распространенным решением данной задачи является техническое обследование конструкции моста. Однако такой периодический контроль не учитывает фактическую историю действия нагрузок (период и амплитуду), что является основным критерием для определения остаточного ресурса конструкции.

Поэтому для оценки текущего и прогнозирования дальнейшего технического состояния мостового сооружения, с целью заблаговременного предупреждения о тенденциях его изменения, необходима установка постоянно действующей системы, способной не только заменить периодические обследования, но и повысить безопасность эксплуатации, другими словами – необходима установка комплексной системы мониторинга.

Таким образом такая система должна уметь:
1) обнаруживать дефекты;
2) фиксировать динамику развития дефектов и изменения основных параметров конструкции;
3) осуществлять сбор, хранение и анализ данных;
4) прогнозировать остаточный ресурс. 

Одним из примеров установки такой КСМ является система, установленная на автодорожном мосту через р. Белая в Благовещенском районе республики Башкортостан.

Основные характеристики моста представлены на слайде.

Мост построен в 2000 году и имеет длину около 720 м. 

Основной причиной установки КСМ на данном объекте было выявление просадки опор по результатам проведенного технического обследования и, как следствие, значительное отклонение геодезической кривой пролетного строения от сдаточной. Так например, первая опора просела на 120 мм относительно проектного положения.

Для всех датчиков КСМ необходимо задавать индикаторные интервалы, характеризующие соответствующие предельные состояния моста. Рассмотрим определение индикаторных интервалов на примере тензодатчиков, для чего было проведено моделирование моста в универсальной программной системе конечно-элементного анализа ANSYS с учетом фактического положения его опор.

Общий вид модели с примером одного из типа секций представлены на слайде.

Одной из особенностей расчетной модели является ее подробная детализация, что позволяет отказаться от упрощенных расчетных схем и учитывать фактические характеристики материала и физические законы, тем самым получая высокую точность расчета.

Одним из результатов моделирования являются карты распределения напряжений. Рассмотрим более подробно зону с максимальными напряжениями, а также зоны под опорой и между опорами моста.

По картам распределения напряжений была определена наиболее опасная точка конструкции, расположенная в зоне максимальных напряжений. Назовем такую точку критической точкой.

Также были определены места, наиболее подходящие для установки тензодатчиков системы мониторинга. Основными критериями для установки являются:
- хороший отклик на моделируемое воздействие;
- однородность карты распределения напряжений.

С помощью показаний установленных датчиков становится возможным определять значение напряжения в критической точке.

 Поясняя вышесказанное. В показаниях тензодатчика выделим две характерные точки, значения напряжений в которых определяются следующим образом:
1) желтая – показания датчика при действии расчетных нагрузок;
2) красная – показания датчика при достижении критической точкой допускаемых напряжений.

Введем индикаторные интервалы, ограниченные данными точками и основанные на фактическом техническом состоянии моста.

Данные интервалы можно характеризовать следующим образом:
- зеленый – на мост действуют нагрузки, не превышающие расчетных, а значит состояние допустимо;
- желтый – нагрузки превышают расчетные значения, а значит состояние требует принятия мер;
- красный – в критической точке напряжения превысили допускаемые значения, а значит состояние недопустимо.

На основании полученных интервалов создается критериальная оценка технического состояния моста. 

В качестве примера на слайде представлены графики зависимостей от нагрузки:
- эквивалентных напряжений в зоне максимальных напряжений;
- продольных напряжений в местах установки тензодатчиков между опорами;
- продольных напряжений в местах установки тензодатчиков под опорой.

В качестве расчетной нагрузки принималась нагрузка от собственного веса и АК (распределенная нагрузка от транспорта) по ГОСТ Р 52748.

Как видно из графиков несущая способность моста лишь немного может превышать расчетные нагрузки.

Установленная КСМ включает в себя различные типы датчиков, которые собирают необходимую информацию для оценки технического состояния.

Основные типы датчиков, установленные на мосту, представлены на слайде.

ПАЭ были установлены для регистрации возникновения и развития дефектов, причем широкополосные на металлические конструкции, а низкочастотные на бетонные.

Тензодатчики устанавливались в местах с наилучшим откликом на внешние воздействия для контроля максимальных напряжений.

С помощью инклинометров, установленных на опорах, определяются отклонения (углы наклона) конструктивных элементов.

Также на мост были установлены датчики вибрации и температуры, метеостанция и камеры видеоконтроля.

Теперь рассмотрим структурную схему установленной системы. Источником первичной информации служат вышеперечисленные диагностические и параметрические датчики.

Информация от датчиков поступает в многофункциональный модуль сбора и передачи данных (ММСП), который производит оцифровку сигналов, их предварительную обработку и передачу далее уже в цифровом виде;

Концентратор - организует измерительные линии из ММСП, а также получает информацию от всех ММСП и направляет ее далее на обработку;

Коммутационный шкаф гальванической развязки (КШГР) - обеспечивает измерительные линии питанием, ретранслирует данные полученные от концентраторов в центральную вычислительную станцию;

Центральная вычислительная станция (ЦВС) - обрабатывает и отображает информацию оператору, архивирует данные.

Автоматизированное рабочее место (АРМ) - служит для ввода и вывода информации оператором и контроля работы системы.

Такие системы мониторинга, предлагаемые ГК «ИНТЕРЮНИС», имеют ряд конкурентных преимуществ, таких как:
оцифровка сигнала – цифровой сигнал имеет высокую помехозащищенность и, как следствие, может передаваться на большие расстояния;
автокалибровка – система автоматически проводит постоянный контроль работоспособности своих датчиков;
доступ ко всем настройкам – Заказчик имеет возможность доступа к настройкам для их изменения;
модульность системы – в случае необходимости возможно расширение системы добавлением новых датчиков или даже измерительных линий;
наличие индикаторных интервалов, которые оказывают помощь в принятии решения.

На слайде представлены примеры вкладок ПО КСМ, а также пример реагирования системы при имитации катастрофически активного источника АЭ:
- регистрация сигнала;
- определение местоположения источника;
- индикация степени опасности состояния объекта.

В завершении доклада можно сделать следующие выводы.

Установка КСМ позволяет:
1) снизить затраты при эксплуатации мостовых конструкций, т.к. после установки КСМ не требуется проведения периодических обследований;
2) повысить условия безопасного движения по мосту, вследствие непрерывного мониторинга и возможности мгновенного оповещения сотрудников службы эксплуатации моста и служб быстрого реагирования о возможном возникновении потенциально опасной ситуации.

Безусловно, эффективность системы тем выше, чем раньше на этапе эксплуатации объекта она была установлена.