КОМПЛЕКТ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ДЛЯ ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКИ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ АВТОДОРОЖНЫХ МОСТОВ Российский патент 2023 года по МПК G01M5/00 

Изобретение относится к исследованию упругих свойств конструкций или сооружений, в частности к области неразрушающего контроля и оценки грузоподъемности пролетных строений эксплуатируемых автодорожных мостов.

Известные системы определения грузоподъемности автодорожных мостов, основанные на традиционных способах определения прогибов пролетных строений мостовых сооружений с использованием прогибомеров, устанавливаемых в подмостовом пространстве требуют больших трудовых и временных затрат, а в случаях, когда в подмостовом пространстве имеется глубокая водная преграда - установка и использование таких систем не представляется возможным.

Из уровня техники известна система измерения, основанная на СПОСОБЕ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОГИБОВ КОНСТРУКЦИЙ [1], состоящая из фотоаппарата, треноги и указателей, принцип работы которой заключается в фотографировании с одной стороны указателей, закрепленных на испытываемой конструкции, и измерении перемещений указателей, зафиксированных на фотографиях.

Основными недостатками указанного технического решения является отсутствие достаточной точности и большие трудозатраты, так как в процессе фотосъемки требуется непрерывно изменять фокусное расстояние объектива и поочередно фотографировать указатели, устанавливая фокусное расстояние объектива равным произведению заданного масштаба съемки на расстояние объектива до указателя.

Из уровня техники известна СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ЗА ТЕХНИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЕМ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ [2], состоящая из блока датчиков, блока регистрации измерений, блока подсчета измеряемых параметров, блока аналитической обработки, блока отображения мониторинговой информации, принцип работы которой заключается в периодическом измерении, сравнении и аналитической обработки целого набора параметров (прогибов, напряженно-деформированного состояния, амплитуд и частот колебаний, осадки опор и др.) пролетного строения моста до начала эксплуатации и во время эксплуатации, при этом оценку состояния моста осуществляется по итогам сравнения значения каждого измеренного параметра с соответствующими расчетными пороговыми значениями.

Основным недостатком указанного технического решения, на наш взгляд, является его крайне значительная продолжительность и высокая трудоемкость, так как определение расчетных пороговых значений по каждому из критериев оценки моста - длительный по времени и сложный процесс.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является принятая в качестве прототипа СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ПОСТОЯННЫХ МОСТОВ [3], состоящая из мобильного переносного компьютера, трех датчиков двухкомпонентных угловых перемещений ДДУП.02, инвертора HK/NS, прецизионного блока питания БПП-2М, двух катушек с кабелем, принтера и ящиков для транспортировки и хранения.

Основными недостатками прототипа являются:

существенные трудовые и временные затраты при подготовке исходных данных для проводимых расчетов, заключающиеся в определении геометрических параметров пролетного строения с помощью ручных измерительных инструментов, ручной настройки положения датчиков измерения угловых перемещений при подготовке системы к работе, заключающиеся в необходимости вращения трех регулировочных винтов на датчиках до достижения ими горизонтального положения относительно поверхности земли;

возможность использования системы только на железобетонных пролетных строениях разрезного типа, а также определение возможности пропуска сверхнормативной нагрузки только по одному предельному состоянию - прогибу, не учитывая при этом напряжения и перерезывающую силу, возникающие в опорных сечениях пролетного строения.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Технический результат изобретения заключается в снижении трудовых и временных затрат при определении исходных данных для проведения расчетов и подготовке комплекта средств измерений для экспресс-оценки грузоподъемности автодорожных мостов к работе, повышении возможности комплекта средств измерений для экспресс-оценки грузоподъемности автодорожных мостов и достоверности оценки грузоподъемности пролетных строений автодорожных мостов для известной сверхнормативной нагрузки.

Указанный технический результат достигается за счет того, что комплект средств измерений для экспресс-оценки грузоподъемности автодорожных мостов, содержащий мобильный переносной компьютер с программным обеспечением, два устройства измерения угловых перемещений, лазерный дальномер, склерометр, цифровой датчик измерения частоты собственных колебаний отличающийся тем, что устройства измерения угловых перемещений выполнены с возможностью автоматического выравнивания и фиксации достигнутого положения датчиков относительно поверхности земли, лазерный дальномер выполнен с возможностью связи и автоматической передачи данных измерений в программное обеспечение мобильного переносного компьютера, а программное обеспечение выполнено на основе экспериментально -аналитического метода расчета усилий с возможностью оперативной (на месте испытаний) оценки грузоподъемности автодорожных мостов для известной сверхнормативной нагрузки разных статических систем из любых конструкционных материалов по параметрам их напряженно-деформированного состояния с учетом их фактического эксплуатационного состояния.

Таким образом, перечисленные элементы, соединенные между собой с образованием конструктивного единства, обеспечивают реализацию заявляемого изобретения.

Техническая сущность заявляемого изобретения представлена на фигурах 1-9.

На фиг.1 показан комплект средств измерений для экспресс-оценки грузоподъемности автодорожных мостов;

На фиг.2 показаны виды спереди и сбоку устройства измерения угловых перемещений при автоматическом выравнивании положения датчика угловых перемещений;

На фиг.3 показан алгоритм работы программного обеспечения комплекта средств измерений для экспресс-оценки грузоподъемности автодорожных мостов;

На фиг.4 показан комплект средств измерений для экспресс-оценки грузоподъемности автодорожных мостов, развернутый на пролетном строении;

На фиг.5 показан интерфейс программного обеспечения комплекта средств измерений для экспресс-оценки грузоподъемности автодорожных мостов на этапе ввода исходных данных;

На фиг.6 показан интерфейс программного обеспечения комплекта средств измерений для экспресс-оценки грузоподъемности автодорожных мостов на этапе выбора нагрузок;

На фиг.7 показан интерфейс программного обеспечения комплекта средств измерений для экспресс-оценки грузоподъемности автодорожных мостов на этапе определения невыгодного положения имитирующей нагрузки, при котором изгибающий момент от нее максимален;

На фиг.8 показана работа комплекта средств измерений для экспресс-оценки грузоподъемности автодорожных мостов при загружении пролетного строения и измерения угловых отклонений его опорного сечения;

На фиг.9 показан интерфейс программного обеспечения комплекта средств измерений для экспресс-оценки грузоподъемности автодорожных мостов на этапе оценки грузоподъемности пролетного строения;

На фигурах обозначено: 1 - мобильный переносной компьютер; 2 -устройство измерения угловых перемещений; 3 - инвертор; 4 - прецизионный блок питания; 5 - катушка с кабелем; 6 - склерометр; 7 - лазерный дальномер; 8 - цифровой датчик измерения частоты собственных колебаний; 9 - принтер; 10 - ящики для транспортировки и хранения; 11 - основание; 12-блок управления; 13 - блок стабилизации вертикального положения; 14-блок стабилизации горизонтального положения; 15 - датчик угловых перемещений; 16 - пролетное строение; 17 - имитирующая нагрузка; 18 - угловое отклонение.

Осуществление изобретения.

Заявленная конструкция комплекта средств измерений для экспресс-оценки грузоподъемности автодорожных мостов (см. Фиг. 1) содержит мобильный переносной компьютер 1, два устройства измерения угловых перемещений 2, инвертор 3, прецизионный блок питания 4, две катушки с кабелем 5, склерометр 6, лазерный дальномер 7, цифровой датчик измерения частоты собственных колебаний 8, принтер 9 и ящики для транспортировки и хранения 10.

Мобильный переносной компьютер 1, питание которого осуществляется от собственной аккумуляторной батареи или, в случае необходимости, по кабельным линиям от внешнего источника питания, например от аккумуляторных батарей грузового автомобиля (на фигурах не показано) через инвертор 3, выполнен с возможностью подключения к нему прецизионного блока питания 4 для приема данных измерения статических и медленно меняющихся угловых отклонений пролетного строения от устройств измерения угловых перемещений 2; склерометра 6 для приема информации о материале пролетного строения; лазерного дальномера 7 для приема данных измерений геометрических параметров пролетного строения; цифрового датчика измерения частоты собственных колебаний 8 для приема данных измерения частоты собственных колебаний пролетного строения и принтера 9 для печати документов с заключением о возможности пропуска сверхнормативной нагрузки. При этом мобильный переносной компьютер 1 содержит программное обеспечение, выполненное по алгоритму разработанным и опубликованным авторами согласно свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ №2022614890 [4], структура (см. Фиг. 3) которого построена на основе разработанного одним из авторов экспериментально-аналитического метода расчета усилий [5], позволяющего оперативно (на месте испытаний) определить грузоподъемность автодорожных мостов разных статистических систем, из различных материалов, с учетом их фактического эксплуатационного состояния для пропуска конкретной сверхнормативной нагрузки. При этом исходными данными для оценки грузоподъемности автодорожных мостов являются: материал пролетного строения; тип пролетного строения; геометрические параметры моста; погонная масса пролетного строения; максимально допустимая перерезывающая сила; параметры имитирующей и сверхнормативной временных нагрузок; прогиб в середине пролета от имитирующей нагрузки, а выходными параметрами, на основе которых производится оценка грузоподъемности моста и возможность пропуска по нему известной сверхнормативной нагрузки являются: прогнозируемый прогиб в середине пролета от сверхнормативной нагрузки; максимальные напряжения от сверхнормативной нагрузки в нижней и верхней кромке пролетного строения; максимальная перерезывающая сила в опорном сечении пролетного строения от сверхнормативной нагрузки и запасы несущей способности пролетного строения в процентах по каждому из перечисленных параметров. Сбор исходных данных проводится на основе проектных данных, паспорта на мост или карточек на мост, заполняемых при проведении текущих и периодических осмотров, а в случаях, когда исходные данные отсутствуют или их недостаточно, их оперативное (на месте испытаний) определение осуществляется с использованием склерометра 6, лазерного дальномера 7, цифрового датчика измерения частоты собственных колебаний 8 и с помощью визуального осмотра.

Каждое из устройств измерения угловых перемещений 2 (см. Фиг. 2), содержащее основание 11, блок управления 12, блок стабилизации вертикального положения 13, блок стабилизации горизонтального положения 14, датчик угловых перемещений 15, выполнено по технологии разработанной и опубликованной авторами согласно патента RU 214730 С1 [6] с возможностью подключения к нему через кабельные линии катушки 5 прецизионного блока питания 4 (см. Фиг. 1). При этом устройства измерения угловых перемещений 2, обеспечивающие автоматическое выравнивание относительно горизонта земли и фиксацию положения датчика угловых перемещений 14 (см. Фиг. 2) в вертикальной и горизонтальной плоскости, отличаются между собой разным диапазоном измерения угловых отклонений датчиков угловых перемещений 15, в пределах которых гарантируется производителем необходимая точность измерений, для обеспечения варьируемости массой подвижной имитирующей нагрузки на пролетных строениях разной длины.

Инвертор 3 (см. Фиг. 1) выполнен с возможностью преобразования переменного тока и напряжения от аккумуляторных батарей грузового автомобиля в переменный ток и напряжение, необходимые для работы комплекта средств измерений для экспресс-оценки грузоподъемности автодорожных мостов.

Прецизионный блок питания 4 выполнен с возможностью подключения к нему инвертора 3 для обеспечения питания устройств измерения угловых перемещений 2 и мобильного переносного компьютера 1 для обеспечения передачи данных измерений угловых отклонений с устройств измерения угловых перемещений 2 в программное обеспечение.

Катушка с кабелем 5 выполнена с возможностью обеспечения необходимой длины кабеля для установки устройств измерения угловых перемещений 2 над опорным сечением пролетного строения, а также бесперебойного питания устройств измерения угловых перемещений 2 и передачи с них данных измерений на мобильный переносной компьютер 1 через прецизионный блок питания 4.

Склерометр 6 выполнен с возможностью определения марки (типа) материала пролетного строения и передачи этих данных в программное обеспечение мобильного переносного компьютера 1.

Лазерный дальномер 7 выполнен с возможностью передачи измерений геометрических параметров пролетного строения в программное обеспечение мобильного переносного компьютера 1.

Цифровой датчик измерения частоты собственных колебаний 8 выполнен с возможностью передачи измерений частоты собственных колебаний пролетного строения в программное обеспечение мобильного переносного компьютера 1.

Ящики для транспортировки и хранения 10 (см. Фиг. 1) выполнены с возможностью хранения в них всех элементов комплекта средств измерений для экспресс-оценки грузоподъемности автодорожных мостов и обеспечения при этом защиты от внешних воздействий, в том числе и при транспортировке системы.

Комплект средств измерений для экспресс-оценки грузоподъемности автодорожных мостов используют следующим образом.

Элементы предложенного варианта комплекта средств измерений для экспресс-оценки грузоподъемности автодорожных мостов (см. Фиг. 4) извлекают из штатных мест хранения, при этом мобильный переносной компьютер!, инвертор 3, прецизионный блок питания 4, принтер 8 для удобства использования устанавливают на ящики для транспортировки и хранения 10 у края пролетного строения, определенного для оценки в свободном от проезда подвижных нагрузок месте, например, на тротуаре смежного пролета. Устройство измерения угловых перемещений 2 устанавливают на проезжей части проверяемого пролетного строения на расстоянии 0,5 м от края опорного сечения пролета по оси нагружаемой балки без каких-либо дополнительных креплений с ездовым полотном.

С использованием кабелей, имеющихся в комплекте у каждого технического устройства комплекта средств измерений для экспресс-оценки грузоподъемности автодорожных мостов, инвертор 3 соединяют с внешним источником питания, например, с аккумуляторными батареями грузового автомобиля (на фигурах не показано), который, в свою очередь, для обеспечения питания соединяют с мобильным переносным компьютером 1, принтером 8 и прецизионным блоком питания 4. Прецизионный блок питания 4 с использованием катушки с кабелем 5 соединяют с устройством измерения угловых перемещений 2.

Для оперативного определения исходных данных, в случае необходимости, к мобильному переносному компьютеру подключают склерометр 6, лазерный дальномер 7, цифровой датчик измерения частоты собственных колебаний 8. После чего включают перечисленные устройства и мобильный переносной компьютер 1, на котором загружают программное обеспечение комплекта средств измерений для экспресс-оценки грузоподъемности автодорожных мостов.

Ввод исходных данных в программное обеспечение комплекта (см. Фиг. 5) начинают с материала пролетного строения, который определяется визуально. Марка (тип) материала пролетного строения от которого зависит расчетное сопротивление растяжению и модуль упругости материала определяется с использованием склерометра 6, при этом ввод ее в программное обеспечение происходит автоматически по исполнительному с него сигналу.

Ввод в программное обеспечение геометрических параметров пролетного строения, таких как длина пролетного строения, высота балки и ее толщина производится после проведенных измерений с использованием лазерного дальномера 7 по исполнительному с него сигналу, при этом количество балок определяется визуально и вводится в программное обеспечение вручную.

Тип пролетного строения, от которого зависит коэффициент неразрезности пролетного строения определяется визуально и вводится вручную.

Частота собственных колебаний пролетного строения, с помощью которой вычисляется погонная масса пролетного строения, определяется на основании данных измерений с цифрового датчика измерений частоты собственных колебаний 8 и вводится в программное обеспечение автоматически по исполнительному с него сигналу.

Максимально допустимая перерезывающая сила определяется на основании нормативного документа [7; 8].

Выбор имитирующей и сверхнормативной нагрузок (см. Фиг. 6) выбирается в программном обеспечении из списка известных либо вводится вручную путем выбора количества осей, ввода расстояний между осями и нагрузки на каждую ось.

Невыгодное положение имитирующей нагрузки на пролетном строении (см. Фиг. 7) определяется многократным расчетом программным обеспечением изгибающего момента от имитирующей нагрузки по всей длине пролетного строения с шагом изменения положения нагрузки 0,1 м, при этом положение имитирующей нагрузки при котором изгибающий момент максимален является невыгодным.

После нажатия на кнопку «Произвести расчет» в программном обеспечении рассчитывается прогнозируемый прогиб от сверхнормативной нагрузки, максимальная перерезывающая сила в опорном сечении пролета и максимальные напряжения от сверхнормативной нагрузки, а также запасы несущей способности пролета по каждому из рассчитанных параметров, на основании которых производится оценка грузоподъемности пролетного строения при пропуске по ней сверхнормативной нагрузки.

При запасах несущей способности пролетного строения больше или равным 10% - пропуск сверхнормативной нагрузки разрешен, если ниже -программное обеспечение сообщает о критической ситуации и запрещении пропуска сверхнормативной нагрузки.

После чего, производится сохранение результатов расчета и печать документов с заключением о возможности пропуска сверхнормативной нагрузки по пролетному строению с использованием принтера 9.

Затем комплект средств измерений для экспресс-оценки грузоподъемности автодорожных мостов отключается от источников питания, производится его свертывание и укладка в ящики для транспортировки и хранения 10.

Технический результат изобретения, заключающийся в снижении трудовых и временных затрат при определении исходных данных для проведения расчетов и подготовке комплекта средств измерений для экспресс-оценки грузоподъемности автодорожных мостов к работе, повышении возможности комплекта комплект средств измерений для экспресс-оценки грузоподъемности автодорожных мостов и достоверности оценки грузоподъемности пролетных строений достигается за счет того, что благодаря использованию в конструктивном единстве программного обеспечения, установленном на мобильном переносном компьютере 1, устройств измерения угловых перемещений 2, лазерного дальномера 7 отсутствует необходимость, как указано в прототипе, в проведении операций, требующих больших трудовых и временных затрат, а также представляется возможным оценить грузоподъемность автодорожных мостов разных статических систем из любых конструкционных материалов и увеличить достоверность оценки грузоподъемности пролетных строений автодорожных мостов для известной сверхнормативной нагрузки благодаря учету параметров напряженно-деформированного состояния пролетных строений. Источники информации:

1. Способ измерения прогибов конструкций: авторское свидетельство №336507 от 21.04.1972 г.

2. Способ мониторинга технического состояния строительных объектов и система мониторинга технического состояния строительных объектов RU 2672532 С2 / А.Н. Шахраманьян, Ю.А. Колотвичев, Д.А. Мозжухин; заявитель и правообладатель ООО «СОДИС ЛАБ». - заявл. 10.11.2016; опубл. 15.11.2018.

3. Луговцев Е.А. Опыт применения измерительного комплекса «Система измерений для проверки постоянных мостов» для определения возможности пропуска сверхтяжелых нагрузок. /Е.А. Луговцев, М.Н. Ерофеев // Интернет-журнал «Транспортные сооружения». - 2019, №3, https://t-s.today/PDF/19SATS319.pdf.

4. Аналитическая модель определения параметров напряженно-деформированного состояния в пролетных строениях автодорожных мостов от сверхнормативных нагрузок РВСН: свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2022614890 / Е. А. Луговцев, А. Б. Шевчук, В. П. Герасименя, К. Н. Уталиев, А. В. Непомнящих; заявитель и правообладатель ФГКВОУВО «ВУНЦ СВ «ОВА ВС РФ». - заявл. 21.03.2022; опубл. 28.03.2022.

5. Луговцев Е. А. Методы экспресс - оценки технического состояния автодорожных мостов по безотказности при пропуске сверхтяжелых нагрузок через водные преграды. /Е.А. Луговцев // Вопросы оборонной техники. Серия 16: Технические средства противодействия терроризму. - Спб., 2021. - №7-8 (157-158). - С.63- 69.

6. Устройство измерения угловых перемещений: Патент на полезную модель RU 214730 С1 / В.П. Герасименя, Е. А. Луговцев, К. Н. Уталиев; заявитель и правообладатель ФГКВОУВО «ВУНЦ СВ «ОВА ВС РФ», - заявл. 28.03.2022; опубл. 13.09.2022.

7. Рекомендации по определению грузоподъемности эксплуатируемых мостовых сооружений на автомобильных дорогах общего пользования. Бетонные и железобетонные конструкции: ОДМ 218.4.026-2016 - Москва: Росавтодор, 2016. - 355 с.

8. Рекомендации по определению грузоподъемности эксплуатируемых мостовых сооружений на автомобильных дорогах общего пользования. Металлические и сталежелезобетонные конструкции: ОДМ 218.4.027-2016-Москва: Росавтодор, 2016. - 121 с.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к области неразрушающего контроля и оценки грузоподъемности пролетных строений эксплуатируемых автодорожных мостов. Устройство содержит мобильный переносной компьютер с программным обеспечением, два устройства измерения угловых перемещений, лазерный дальномер, склерометр, цифровой датчик измерения частоты собственных колебаний. Мобильный переносной компьютер выполнен с возможностью приема и передачи данных измерений от устройств измерения угловых перемещений, данных о материале пролетного строения от склерометра, данных измерений геометрических параметров пролетного строения от лазерного дальномера, данных измерения от цифрового датчика измерения частоты собственных колебаний. Также он выполнен с возможностью ввода исходных данных с последующим заключением о возможности пропуска сверхнормативной нагрузки автодорожных мостов с учетом их фактического эксплуатационного состояния. Технический результат заключается в снижении трудовых и временных затрат при определении исходных данных и подготовке комплекта средств измерений, повышении возможности комплекта и достоверности оценки грузоподъемности пролетных строений автодорожных мостов для известной сверхнормативной нагрузки. 9 ил.

Комплект средств измерений для экспресс-оценки грузоподъемности автодорожных мостов, содержащий мобильный переносной компьютер с программным обеспечением, два устройства измерения угловых перемещений, лазерный дальномер, склерометр, цифровой датчик измерения частоты собственных колебаний, отличающийся тем, что мобильный переносной компьютер выполнен с возможностью подключения к нему через кабельные линии и через инвертор прецизионного блока питания для приема и передачи данных измерений статических и медленно меняющихся угловых отклонений пролетного строения от устройств измерения угловых перемещений, выполненных с возможностью автоматического выравнивания и фиксации достигнутого положения датчиков относительно поверхности земли, данных о материале пролетного строения от склерометра, данных измерений геометрических параметров пролетного строения от лазерного дальномера, данных измерения частоты собственных колебаний пролетного строения от цифрового датчика измерения частоты собственных колебаний, и с возможностью ввода исходных данных с последующим заключением о возможности пропуска известной сверхнормативной нагрузки по автодорожным мостам статических систем из конструкционных материалов по параметрам их напряженно-деформированного состояния с учетом их фактического эксплуатационного состояния.