ДИСТАНЦИОННЫЙ СПОСОБ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МОСТОВОГО СООРУЖЕНИЯ Российский патент 2025 года по МПК G01M7/08 G01M5/00 

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля несущей способности строительных конструкций, в частности к способам оценки технического состояния пролетных строений мостовых сооружений при пропуске по ним сверхнормативных войсковых нагрузок [G01B 21/22].

Актуальность заявляемого способа обусловлена возрастающей необходимостью принятия решения о возможности пропуска сверхнормативной нагрузки по пролетному строению автодорожного моста с учетом его фактического эксплуатационного состояния в короткие сроки, а также необходимостью сохранения безопасности персонала при этом. Основными недостатками известных способов являются высокая трудоемкость при их осуществлении, а также недостаточный уровень безопасности персонала, осуществляющий оценку технического состояния мостового сооружения в условиях возможного воздействия противника высокоточным оружием в зоне конфликтов.

Из уровня техники известен СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ [Секулович М. Метод конечных элементов. - Москва: Стройиздат, 1993, 661 с.], принятый в качестве аналога. Способ предполагает следующую последовательность: проведение обмеров балок пролетного строения, определение толщины и материалов каждого слоя дорожной одежды, составление конечно-элементной модели пролетного строения, загружение модели постоянной и подвижной нагрузкой, получение деформаций и напряжений в элементах пролетного строения. Для реализации расчета созданы программные комплексы MIDAS и Sofistic, которые содержат блоки, специально ориентированные на мостовые конструкции.

Основным недостатком указанного аналога является большая трудоемкость и сложность построения конечно-элементной модели пролетного строения, а также недостаточный уровень безопасности персонала, осуществляющий обмер балок пролетного строения.

Из уровня техники также известен, принятый в качестве прототипа, СПОСОБ ОПЕРАТИВНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗМОЖНОСТИ ПРОПУСКА СВЕРХНОРМАТИВНОЙ НАГРУЗКИ ПО ПРОЛЕТНОМУ СТРОЕНИЮ [RU 2808099 (C1), опубл. 23.11.2023], характеризующийся тем, что первоначально датчиком измерения угловых перемещений измеряют угловые отклонения опорного сечения пролетного строения под воздействием на него пробной нагрузки, расположенной на пролетном строении в положении, соответствующем максимальному от нее изгибающему моменту на пролетном строении, рассчитывают прогиб от пробной нагрузки в середине пролетного строения, допустимый прогиб и максимальные напряжения в нижней и верхней кромках, отличающийся тем, что в качестве пробной нагрузки используют нагрузку с массой, соответствующей нормативной, прогиб от пробной нагрузки рассчитывают с учетом коэффициента угла поворота, учитывающего влияние системы пролетного строения на угловые отклонения, прогиб от сверхнормативной нагрузки рассчитывают путем произведения прогиба от пробной нагрузки на отношение изгибающих моментов от сверхнормативной нагрузки к пробной, а максимальные напряжения в нижней и верхней кромках рассчитывают от сверхнормативной нагрузки с последующим их сравнением с расчетными значениями материалов нижней и верхней кромок, при этом прогиб от сверхнормативной нагрузки сравнивают с допустимым прогибом.

Основной проблемой указанного прототипа является недостаточный уровень безопасности персонала, осуществляющего на пролетном строении оценку технического состояния мостового сооружения.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение возможности создания дистанционного способа оценки технического состояния мостового сооружения, повышающего безопасность персонала в условиях возможного воздействия противника высокоточным оружием по мостовому сооружению.

Указанный технический результат достигается за счет того, что дистанционный способ оценки технического состояния мостового сооружения, характеризующийся тем, что измеряют угол наклона опорного сечения пролетного строения под воздействием пробной нагрузки, расположенной в положении, соответствующем максимальному от нее изгибающему моменту на пролетном строении, с использованием датчиков измерения угловых перемещений, рассчитывают прогиб от пробной нагрузки в середине пролетного строения по углу наклона опорного сечения, рассчитывают прогнозируемый прогиб от сверхнормативной нагрузки, максимально допустимый прогиб и максимально допустимые напряжения в верхней и нижней кромках пролетного строения от сверхнормативной нагрузки, прогиб в середине и напряжения в верхней и нижней кромках пролетного строения с последующим их сравнением с максимально допустимыми, при этом установку датчиков измерения угловых перемещений осуществляют с использованием роботизированных средств, в качестве пробной нагрузки используют роботизированную нагрузку, выполненную с возможностью движения и остановки по сигналу с дистанционного пульта управления, а в качестве датчиков измерения угловых перемещений используют инклинометры, выполненные с возможностью автоматического выравнивания относительно горизонта земли и дистанционной передачи результатов измерения в мобильный переносной компьютер.

В частности, установку датчиков измерения угловых перемещений осуществляют с использованием беспилотных летательных аппаратов.

Осуществление изобретения

Первоначально на испытываемое пролетное строение устанавливают с использованием, например, беспилотного летательного аппарата с одного из его края датчик измерения угловых перемещений, причем беспилотный летательный аппарат выполнен с захватом, обеспечивающим удерживание инклинометра при его транспортировке с исключением возможности его повреждения при захвате и транспортировке. Управление беспилотным летательным аппаратом, оснащенным камерой видеонаблюдения, осуществляют с мобильного переносного компьютера дистанционно. При достижении беспилотным летательным аппаратом заданного положения места установки инклинометра (края пролетного строения) беспилотный летательный аппарат опускают вниз до положения, при котором исключается падение и опрокидывание инклинометра при отпускании захвата, после чего инклинометр устанавливают на опорную поверхность, расслабляя захват. Управление захватом осуществляют дистанционно с мобильного переносного компьютера. В автоматическом режиме инклинометр выравнивают в горизонтальное положение относительно поверхности земли. С использованием мобильного компьютера проверяют работоспособность инклинометра и текущие значения угловых отклонений опорного сечения пролетного строения.

После чего определяют положение пробной нагрузки на пролетом строении, при котором будет максимальный изгибающий момент М_проб от нее с использованием, например, построения линии влияния с расчетом ординат Y_i осей пробной нагрузки и изгибающего момента М_проб от нее по всей длине пролетного строения с заданным шагом расчета, например, через каждые 0,2 м, с последующим выбором максимального его значения по зависимостям:

где: Y_t - ордината линии влияния i-й оси нагрузки;

S_t - расстояние от исходной опоры до i-й оси нагрузки;

l - длина пролетного строения;

P_t - нагрузка на i-й ось;

β - коэффициент неразрезности пролетного строения.

Затем, аналогично расчету максимального изгибающего момента от пробной нагрузки М_проб, рассчитывают максимальный изгибающий момент от сверхнормативной нагрузки М_ов.

После чего пробную роботизированную нагрузку, выполненную с возможностью движения и остановки по сигналу с дистанционного пульта управления, располагают на пролетом строении в положении, соответствующим максимальному от нее изгибающему моменту М_проб. Для обеспечения момента остановки пробной нагрузки на пролетном строении используют камеру видеонаблюдения, установленную на беспилотном летательном аппарате, находящегося в режиме видеонаблюдения в воздухе, в положении, обеспечивающем видимость расчетного положения. В качестве роботизированной пробной нагрузки используют груженный самосвал с общей массой 45 т, выполненный с возможностью движения и остановки, и управления (вправо-влево) по дистанционному сигналу с мобильного переносного компьютера.

Затем измеряют с использованием инклинометра угловые отклонения опорного сечения пролетного строения, регистрируя их среднее значение и определяют расчетным путем прогиб ƒ_проб в середине пролетного строения с учетом коэффициента угла поворота δ, учитывающий влияние системы пролетного строения 1 на угловые отклонения, по зависимости:

θ - угловые отклонения.

При этом коэффициент угла поворота δ принимают в зависимости от статической системы пролетного строения и положения датчика измерения угловых перемещений на нем:

для разрезных пролетных строений - 1;

для левого края неразрезных пролетных строений на одной опоре (первый и последний пролет) - 0,77;

для правого края неразрезных пролетных строений на одной опоре (первый и последний пролет) - 0,54;

для неразрезных пролетных строений на двух опорах - 0,36.

Затем расчетным путем определяют прогиб ƒ_св в середине пролетного строения от сверхнормативной нагрузки по зависимости:

После этого расчетным путем определяют напряжения от сверхнормативной нагрузки для нижних и верхних кромок в центре пролетного строения по зависимостям:

где: α - коэффициент, зависящий от положения нейтральной оси пролетного строения;

ρ - коэффициент, зависящий от схемы его загружения, (пробная нагрузка приводится к эквивалентной равномерно-распределенной нагрузке ρ=48/5=9,6);

h - высота балок пролетного строения моста;

Е^н, Е^в - модули упругости материала нижней и верхней кромки соответственно, кгс/см².

Далее рассчитывают изгибную жесткость EI в середине пролетного строения с учетом фактического эксплуатационного состояния по зависимости:

Момент инерции для нижних и верхних кромок в центре пролетного строения из любых конструкционных материалов определяют по зависимостям:

Момент сопротивления для нижних и верхних кромок в центре пролетного строения рассчитывают по зависимостям:

Далее определяют напряжение от собственного веса для нижних и верхних кромок в центре пролетного строения 1 по формулам:

Поле этого определяют суммарные напряжение по формуле:

Суммарные напряжения сравнивают с расчетным сопротивлением материалов нижних и верхних кромок (или с напряжениями верхних и нижних кромок пролетного строения, полученными заранее расчетным путем в программно-расчетном комплексе, основанном на методе конечных элементов), а прогиб с допустимым:

где: R^н, R^в - расчетное сопротивление материала нижней и верхней кромки соответственно, кгс/см²;

[ƒ_don] - допустимый прогиб, определенный расчетным путем по зависимости:

В случае выполнения всех неравенств пропуск сверхнормативной нагрузки по пролетному строению разрешают со скоростью, обеспечивающей исключение динамических колебаний пролетного строения во время ее проезда. В случае превышения напряжения или прогиба в центре пролетного строения по сравнению с расчетными сопротивлениями и допустимым прогибом пропуск сверхнормативной нагрузки по пролетному строению запрещают.

Благодаря возможности установки инклинометров в заданное положение, установки пробной нагрузки в расчетное положение, измерения угловых отклонений опорного сечения пролетного строения мостового сооружения - обеспечивается возможность оценки технического состояния мостового сооружения дистанционно, что способствует повышению безопасности персонала ввиду отсутствия необходимости его нахождения непосредственно на пролетном строении в условиях возможного воздействия противника высокоточным оружием по мостовому сооружению.

Таким образом, технический результат заявленного изобретения, заключающийся в обеспечении возможности создания дистанционного способа оценки технического состояния мостового сооружения, повышающего безопасность персонала в условиях возможного воздействия противника высокоточным оружием по мостовому сооружению, достигается с использованием заявленного изобретения.

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля несущей способности строительных конструкций, в частности к способам оценки технического состояния пролетных строений мостовых сооружений при пропуске по ним сверхнормативных войсковых нагрузок. Технический результат - повышение безопасности персонала в условиях возможного воздействия противника высокоточным оружием по мостовому сооружению. Дистанционный способ оценки технического состояния мостового сооружения характеризуется тем, что измеряют угол наклона опорного сечения пролетного строения под воздействием пробной нагрузки, расположенной в положении, соответствующем максимальному от нее изгибающему моменту на пролетном строении, с использованием датчиков, рассчитывают прогиб от пробной нагрузки в середине пролетного строения по углу наклона опорного сечения, рассчитывают прогнозируемый прогиб от сверхнормативной нагрузки, максимально допустимый прогиб и максимально допустимые напряжения в верхней и нижней кромках пролетного строения от сверхнормативной нагрузки, прогиб в середине и напряжения в верхней и нижней кромках пролетного строения с последующим их сравнением с максимально допустимыми, при этом установку датчиков измерения угловых перемещений осуществляют с использованием роботизированных средств, в качестве пробной нагрузки используют роботизированную нагрузку, выполненную с возможностью движения и остановки по сигналу с дистанционного пульта управления, а в качестве датчиков измерения угловых перемещений используют инклинометры, выполненные с возможностью автоматического выравнивания относительно горизонта земли и дистанционной передачи результатов измерения в мобильный переносной компьютер. 1 з.п. ф-лы.

1. Дистанционный способ оценки технического состояния мостового сооружения, характеризующийся тем, что измеряют угол наклона опорного сечения пролетного строения под воздействием пробной нагрузки, расположенной в положении, соответствующем максимальному от нее изгибающему моменту на пролетном строении, с использованием датчиков измерения угловых перемещений, рассчитывают прогиб от пробной нагрузки в середине пролетного строения по углу наклона опорного сечения, рассчитывают прогнозируемый прогиб от сверхнормативной нагрузки, максимально допустимый прогиб и максимально допустимые напряжения в верхней и нижней кромках пролетного строения от сверхнормативной нагрузки, прогиб в середине и напряжения в верхней и нижней кромках пролетного строения с последующим их сравнением с максимально допустимыми, при этом установку датчиков измерения угловых перемещений осуществляют с использованием роботизированных средств, в качестве пробной нагрузки используют роботизированную нагрузку, выполненную с возможностью движения и остановки по сигналу с дистанционного пульта управления, а в качестве датчиков измерения угловых перемещений используют инклинометры, выполненные с возможностью автоматического выравнивания относительно горизонта земли и дистанционной передачи результатов измерения в мобильный переносной компьютер.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что установку датчиков измерения угловых перемещений осуществляют с использованием беспилотных летательных аппаратов.