СПОСОБ МОНИТОРИНГА МОСТОВОГО ПЕРЕХОДА В ПРОЦЕССЕ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ Российский патент 2005 года по МПК G01M5/00 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к исследованию параметров, характеризующих состояние конструкций моста в процессе его эксплуатации, в частности к измерению его напряженно-деформативного состояния. Изобретение может быть использовано для информационного обеспечения процесса принятия решения по сохранению служебных свойств мостового перехода на требуемом уровне в течение расчетного срока эксплуатации.

Известны методы контроля состояния мостовых сооружений, основанные на визуальном осмотре и выявлении дефектов и повреждений в процессе их эксплуатации: деформации рабочих элементов пролетных строений, наличия коррозии и трещин, состояния сварных швов и др. (Кириллов B.C. Эксплуатация и реконструкция мостов и труб на автомобильных дорогах. М., 1971).

Недостатком данного способа является недостаточная информативность вследствие получения информации только о видимых дефектах, отсутствие оперативности получения информации на текущий момент. Длительный временной период между осмотрами не позволяет получать информацию о текущем состоянии моста.

Известен способ вибродиагностики эксплуатируемых автодорожных мостов, предназначенный для оценки жесткости пролетных строений, согласно которому измеряют функцию динамического прогиба пролетов моста (амплитуду вынужденных колебаний под воздействием гармонической нагрузки). (Транспортное строительство, №2, 2001, с.12-15).

Однако данный способ, как правило, применяется перед началом эксплуатации моста или при появлении явных дефектов, требующих осмотра конструктивных элементов моста специализированной организацией с последующим проведением динамических испытаний. Измерение же только вибропараметров моста не позволяет судить о состоянии моста в целом.

Известен способ мониторинга напряженного состояния неразрезного сталежелезобетонного пролетного строения автодорожного моста, включающий определение напряжения в главных балках путем определения деформаций в крайних фибрах поясов главных балок пролетного строения на различных этапах монтажа, испытаний и работы конструкции. (Транспортное строительство, №6, 1998, с.17-19).

Однако данный мониторинг проводится на стадии монтажа при статических испытаниях и не осуществляется в процессе эксплуатации моста. Измеряемые в данном способе параметры не достаточны для оценки текущего состояния моста.

Известен способ измерения прогибов при испытании искусственных сооружений, например мостов, включающий установку прогибомеров на испытываемых элементах в контролируемом сечении, прикрепление к одному из концов проволочных связей прогибомеров грузов и неподвижное закрепление их свободных концов. При этом к опорам испытываемого пролета со стороны верхней и нижней поверхностей моста крепят растяжки, которые стягивают под прогибомерами (АС СССР №1124184, МПК G 01 M 5/00).

Однако данный способ малоинформативен и предназначен для измерения прогибов пролетных строений мостов только при их испытании и не позволяет давать оценку о текущем состоянии моста во время его эксплуатации без применения дополнительных нагрузок.

Известен также способ определения деформаций элементов конструкций, включающий создание напряженного состояния в элементе, закрепление на нем тензодатчиков, изменение напряженного состояния элемента и фиксирование сигналов тензодатчиков. При этом тензодатчики закрепляют в точках, диаметрально противоположных относительно оси симметрии элемента, а измерение напряженного состояния элемента осуществляют путем поворота его на 180 относительно оси симметрии (АС СССР №834429, МПК G 01 M 5/00).

Однако в данном способе деформации элементов конструкции определяют также под воздействием дополнительных нагрузок, а измеряемый параметр не дает полной информации о состоянии моста в целом.

Наиболее близким к предлагаемому является способ мониторинга мостов, включающий наряду с визуальными наблюдениями за дефектами моста также долговременные наблюдения за прогибами пролетных строений неразрезной части моста на основе прецизионного нивелирования марок, заложенных у бордюрного камня по определенной схеме. Нивелирование осуществляется 2 раза в год с последующим вычислением прогибов по результатам нивелирования. (Транспортное строительство, №2, 1998, с.24-25).

Однако в данном способе ограниченное количество измеряемых параметров не позволяет получить информацию о текущем состоянии моста в целом.

Задачей предлагаемого способа является получение комплексной и достоверной информации о текущем состоянии моста (конструктивных элементов) в процессе его эксплуатации и, как следствие, своевременное выявление как явных, так и скрытых дефектов. По результатам измерений выдаются рекомендации по проведению ремонтных и профилактических работ, что, в конечном итоге, обеспечивает повышение долговечности и безопасность эксплуатации моста. Применение данного способа особенно актуально с возрастанием сроков эксплуатации моста.

Поставленная задача решается тем, что в способе мониторинга мостового перехода в процессе его эксплуатации, включающем визуальный контроль с выявлением видимых дефектов и инструментальный контроль путем периодических измерений параметров - прогибов пролетных строений моста до начала эксплуатации и во время эксплуатации, сравнение параметров, оценку состояния моста по результатам сравнения, согласно предлагаемому решению дополнительно измеряют следующие параметры, характеризующие общее напряженно-деформативное состояние конструкций моста: поперечное и продольное перемещения пролетных строений относительно опор, при этом продольные перемещения измеряют в узлах опирания пролетного строения под деформационными швами, девиации опорного сечения, напряжения в опорных сечениях пролетных строений и средней части пролетных строений, амплитуду и частоты колебаний пролетных строений, осадку опор для неразрезных пролетных строений и отклонение опор от вертикальной оси в уровне верха оголовка, по всем измеряемым параметрам рассчитывают пороговые значения, а оценку состояния моста осуществляют по итогам сравнения значений каждого измеренного параметра до начала эксплуатации и в процессе эксплуатации с соответствующими расчетными пороговыми значениями, при этом измерения ведут не реже 2 раз в год.

Дополнительно систематически ведут гидрометеорологические наблюдения, включающие сбор информации о скорости и направлении ветра, температуре и влажности воздуха, массе гололедно-изморозевых отложений, высоте снежного покрова, глубине реки, скорости течения, ледовой обстановке, химическом составе воздуха в зонах интенсивного движения транспорта.

Изобретение поясняется чертежами, где на Фиг.1 представлена блок-схема для реализации способа, на Фиг.2 - общий вид моста, на Фиг.3 - поперечное сечение пролетного строения, на Фиг.4 - поперечное сечение опоры. Фиг.5 - таблица условных обозначений.

Позициями на чертежах обозначены:

1 - пролетное строение,

2 - опора,

3 - нижний пояс пролетного строения,

4 - коробка пролетного строения,

5 - ось коробки пролетного строения (ось опоры),

6 - автодорожная часть пролетного строения,

7 - ортотропная плита проезжей части,

8 - оголовок опоры.

Способ осуществляется следующим образом.

За сооружением мостового перехода на протяжении всего периода эксплуатации устанавливают постоянный надзор за техническим состоянием конструкции, включающий текущие и периодически осмотры, а также специальные осмотры, обследования, испытания и инструментальные наблюдения.

До начала эксплуатации производят измерение следующих информационных параметров: планового положения пролетного строения 1 - продольного и поперечного профилей и положение опор 2, измеряют прогибы пролетных строений при статическом нагружении испытательной нагрузкой, амплитуду и частоту колебания пролетных строений от динамической нагрузки, а также величину напряжений в сечениях пролетных строений (в центральной части пролетного строения и опорных сечениях), определенных программой испытаний.

В процессе эксплуатации для определения эксплуатационной пригодности основных несущих конструкций осуществляют периодический контроль информационных параметров с регистрацией значений параметров с помощью ЭВМ и в процессе их обработки сравнивают с пороговыми - расчетными значениями, с учетом исходных параметров конструктивных элементов моста, измеренных до начала эксплуатации. В частности, измеряют следующие параметры:

- перемещение пролетных строений (продольные и поперечные);

- напряжение (деформации) в опорных сечениях и средней части пролетных строений;

- продольный (прогиб и девиации) и поперечный профили пролетного строения;

- осадки опор;

- пространственное положение промежуточных опор;

- амплитуды и частоты колебаний пролетного строения.

При этом последние четыре параметра могут быть использованы при установлении причин повреждений.

Кроме того, осуществляют накопление гидрометеорологических данных для определения влияния гидрометеорологических воздействий на работу конструкции. Гидрометеорологические наблюдения включают сбор информации о скорости и направлении ветра, температуре и влажности воздуха, массе гололедно-изморозевых отложений, высоте снежного покрова, глубине реки, скорости течения, ледовой обстановке, химическом составе воздуха в зонах интенсивного движения транспорта и др.

Кроме того, осуществляют промеры, связанные с содержанием подмостового русла, регуляционных и берегоукрепительных сооружений.

Для измерения указанных выше параметров выбирают следующую дислокацию точек измерений.

Продольные перемещения пролетного строения измеряют относительно опор 2. Точки измерения располагают в узлах шарнирного опирания пролетного строения на опорные части в уровне нижних поясов 3 и на деформационных швах в уровне верха проезжей части.

Поперечные перемещения пролетного строения определяют по отклонению от расчетной оси вдоль проезжей части не менее, чем в трех точках.

Напряжения (деформации) пролетных строений перехода измеряют в элементах пролетного строения, характеризующих общее напряженное состояние конструкции.

Вертикальный продольный профиль перехода определяют по осям 5 коробок 4 пролетных строений 1. Такое расположение точек измерений позволяет также получать информацию о поперечном профиле автодорожной части с заданной дискретностью.

Горизонтальный продольный профиль (положение пролетного строения перехода в плане) измеряют по длине пролетного строения в уровне ортотропной плиты 7 проезжей части 6.

Колебания пролетного строения измеряют в вертикальной и горизонтальной плоскостях пролетного строения. Точки измерения располагают в середине пролетных строений, что позволяет регистрировать изгибные и крутильные колебания сооружения.

Осадки всех промежуточных опор перехода определяют в уровне верха оголовка 8.

Пространственное положение всех опор перехода определяют по телу опор в двух уровнях по двум осям.

Измерение углов наклона всех промежуточных опор перехода определяют в уровне верха оголовка 8.

Температуру конструкции измеряют в затененных местах по всей протяженности перехода.

Инструментальный контроль при мониторинге мостового перехода осуществляют при использовании стандартных методов и серийно выпускаемых средств измерений. Весь измерительный комплекс объединен в единую информационно-измерительную систему обеспечения мониторинга, построенную на базе ЭВМ.

В ее состав входят первичные преобразователи (датчики) контролируемых параметров, накопители измеряемой информации, средства сбора и передачи данных, вычислители с широкой номенклатурой устройств ввода-вывода.

Геометрические характеристики сооружения перехода и угловые перемещения его элементов определяются геодезическими методами. Напряжения в элементах конструкции пролетного строения измеряют переносными компараторами на базе индикаторов часового типа и опорных элементов, образующих базу измерений и электромеханическими струнными преобразователями деформации. Колебания пролетного строения регистрируются виброизмерительной аппаратурой сейсмического типа. Горизонтальные (пролетные и поперечные) перемещения пролетных строений, измеряются относительно промежуточных опор электромеханическими преобразователями перемещений с дистанционной аналоговой регистрацией в динамическом режиме и с помощью оптических или механических измерителей линейных размеров при долговременных наблюдениях. Система мониторинга может быть построена и на базе полностью автоматизированных дистанционных измерений контролируемых информационных параметров, представляющих собой совокупность технических и программных средств.

Сбор информации, характеризующей параметры работы перехода и техническое состояние конструкции, осуществляют: дистанционными измерениями, непосредственными измерениями и визуальными наблюдениями. Данные, получаемые при дистанционных измерениях, хранятся на магнитных носителях и вводятся в автоматизированную систему через блоки компьютера с периферийными устройствами. Данные, получаемые при непосредственных измерениях и визуальных наблюдениях, фиксируются в журналах наблюдений и вводятся в автоматизированную систему с клавиатуры компьютера.

Сбор данных при дистанционных измерениях осуществляют с помощью компьютера, установленного в передвижной лаборатории, а хранение и обработка информации - с помощью стационарно установленной ЭВМ.

Автоматизированная система состоит из четырех функциональных блоков: блока сбора информации, блока обработки информации, блока представления результатов обработки, блока анализа результатов и выдачи рекомендаций. Блок сбора информации включает в себя данные измерений, дающие количественную информацию, и наблюдений, дающие качественную информацию. Результаты измерений классифицируются в зависимости от физического способа получения данных: на электрические, механические и оптические. Наблюдения могут быть плановыми, периодическими или внеплановыми (при обнаружении дефектов и повреждений, после ремонтов, после воздействий на сооружение экстремальных нагрузок и природных факторов, при получении посредством измерений информации о недопустимых величинах параметров и в других случаях). Предварительная обработка результатов измерений и получения (оценка или идентификация) на их основе данных, характеризующих параметры работы сооружения, выполняется в блоке обработке информации. Блок представления результатов измерений позволяет получать информацию о состоянии сооружения в табличной или графической формах на бумажном носителе. Блок анализа результатов измерений и наблюдений предназначен для сравнения данных об исходном и текущем состоянии сооружения с расчетными параметрами его работы, что позволяет оценивать опасность изменения во времени измеряемых параметров конструкции для работы мостового перехода. Пользователь автоматизированной системы получает на выходе блока количественные оценки в накопительном режиме, необходимые для принятия решений относительно необходимости ремонтных, профилактических и других работ на сооружении.

Реализация способа требует оснащения мостового перехода измерительными пунктами, которые располагают непосредственно на мосту или прилегающих к нему участках, и включают первичные преобразователи (датчики), марки, репера, измерительную оснастку и приспособления, непосредственно измеряющие параметры работы сооружения, размещаемые в местах дислокации точек дистанционных измерений.

Измеренные параметры сравнивают с расчетными пороговыми значениями, полученными на основе действующих нормативных документов.

При этом превышение каждого параметра над расчетным пороговым не допустимо.

ПРИМЕР.

Способ мониторинга мостового перехода в процессе был опробован при наблюдениях за мостовым переходом через р.Волга у с. Пристанное Саратовской области. Мост представляет собой конструкцию со стальными балочно-неразрезными пролетами постоянной высоты с коробчатым поперечным сечением, состоящим из L-образных элементов. Измерения информационных параметров проводились в течение 1 года.

При определении вертикального продольного профиля пролетных строений, вертикального продольного и поперечного профилей проезжей части, вертикальной осадки опор измерялись перемещения с помощью нивелира 2Н-3Л и модуля памяти МП 256, при этом при измерении вертикальной осадки опор использовался также нивелир Н-05. Для определения пространственного положения опор измеряли перемещения и угол наклона с помощью теодолита 3Т5КП и электронного уровня мод. 128. Общие деформации (прогибы) пролетных строений под нагрузкой исследовали с помощью прогибомера ПСКТВ-3 6 ПАО-ЛИСИ. Для измерения относительных перемещений (деформаций) использовали механический переносной компаратор К-420, измерительный преобразователь линейных деформаций ПЛДС-400, цифровой портативный периодомер ПЦП-1. Комплект виброаппаратуры на базе сейсмоприемника С5С+БФХ и аналога цифрового преобразователя SPAI-8/8 использовался для определения колебаний пролетных строений (при этом измеряли амплитуду, частоту и декремент затухания) и горизонтальных перемещений пролетных строений при воздействии на сооружение автомобильной нагрузкой. Плановое положение пролетных строений определяли по измерению перемещений с помощью теодолита 3Т5КП. Местные деформации, раскрытие деформационных швов и положение опорных частей определяли с помощью металлической линейки и штангенциркуля.

Измерения вертикального продольного и поперечного профиля проезжей части проводили в текущем режиме по всей длине моста в точках над опорами и в средней части каждого пролетного строения и прилегающих зонах. Плановое положение пролетного строения и продольный профиль пролетного строения определяли в тех же точках за исключением прилегающих зон, при этом измерение последнего параметра осуществляли ежемесячно. Пространственное положение опор и ее осадку измеряли также периодически. Общие деформации (прогибы пролетных строений), деформации в элементах конструкций и колебания пролетных строений измеряли в произвольно выбранных 2-3 пролетах в их средней части.

Информация, полученная в результате проведения работ по мониторингу, предназначена для оценки технического состояния конструкции и установления причин повреждений в случае их появления. Кроме того, результаты обследования являются основанием для решения специальных вопросов эксплуатации перехода, в т.ч. для разработки проектов ремонта, усиления конструкции и пропуска по мосту специальной нагрузки.

В предлагаемом способе заложена система долговременных наблюдений (мониторинга) и надзора за техническим состоянием моста, которая реализуется с помощью единого автоматизированного программно-диагностического комплекса.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к исследованию параметров, характеризующих состояние конструкций моста в процессе его эксплуатации. Способ мониторинга мостового перехода в процессе его эксплуатации, включающий визуальный контроль с выявлением видимых дефектов и инструментальный контроль путем периодических измерений параметров - прогибов пролетных строений моста до начала эксплуатации и во время эксплуатации, сравнение параметров, оценку состояния моста по результатам сравнения. Новым является то, что дополнительно измеряют следующие параметры, характеризующие общее напряженно-деформативное состояние конструкций моста: поперечное и продольное перемещения пролетных строений относительно опор, при этом продольные перемещения измеряют в узлах опирания пролетного строения под деформационными швами, девиации опорного сечения, напряжения в опорных сечениях пролетных строений и средней части пролетных строений, амплитуду и частоты колебаний пролетных строений, осадку опор для неразрезных пролетных строений и отклонение опор от вертикальной оси в уровне верха оголовка, по всем измеряемым параметрам рассчитывают пороговые значения, а оценку состояния моста осуществляют по итогам сравнения значений каждого измеренного параметра до начала эксплуатации и в процессе эксплуатации с соответствующими расчетными пороговыми значениями, при этом измерения ведут не реже 2 раз в год. Технический результат изобретения состоит в получении комплексной и достоверной информации о текущем состоянии моста, конструктивных элементов, в процессе его эксплуатации и, как следствие, своевременном выявлении как явных, так и скрытых дефектов. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Способ мониторинга мостового перехода в процессе его эксплуатации, включающий визуальный контроль с выявлением видимых дефектов и инструментальный контроль путем периодических измерений параметров - прогибов пролетных строений моста до начала эксплуатации и во время эксплуатации, сравнение параметров, оценку состояния моста по результатам сравнения, отличающийся тем, что дополнительно измеряют следующие параметры, характеризующие общее напряженно-деформативное состояние конструкций моста: поперечное и продольное перемещения пролетных строений относительно опор, при этом продольные перемещения измеряют в узлах опирания пролетного строения под деформационными швами, девиации опорного сечения, напряжения в опорных сечениях пролетных строений и средней части пролетных строений, амплитуду и частоты колебаний пролетных строений, осадку опор для неразрезных пролетных строений и отклонение опор от вертикальной оси в уровне верха оголовка, по всем измеряемым параметрам рассчитывают пороговые значения, а оценку состояния моста осуществляют по итогам сравнения значений каждого измеренного параметра до начала эксплуатации и в процессе эксплуатации с соответствующими расчетными пороговыми значениями, при этом измерения ведут не реже 2 раз в год.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно систематически ведут гидрометеорологические наблюдения, включающие сбор информации о скорости и направлении ветра, температуре и влажности воздуха, массе гололедно-изморозевых отложений, высоте снежного покрова, глубине реки, скорости течения, ледовой обстановке, химическом составе воздуха в зонах интенсивного движения транспорта.