Интегрированная система мониторинга состояния мостов

Мостовые конструкции (мосты), как сложные инженерные сооружения, включают в себя множество конструктивных элементов: пролетное строение, проезжая часть, опоры, деформационные швы, опорные части. Все они подвержены постепенному износу и разрушению вследствие внешних воздействий и при взаимодействии друг с другом.

Система мониторинга состояния мостовых конструкций позволяет каждому из этих объектов провести оперативную диагностику «состояния здоровья» до появления внешних симптомов зарождающейся болезни. Конкретные задачи и состав контролируемых параметров мониторинга состояния мостовых конструкций зависят от типа сооружения, его конструктивных особенностей, состояния, срока и условий эксплуатации.

Некоторые ошибки, заложенные еще на этапе проектирования и строительства объекта, автоматически запускают негативные сценарии деградации конструкции, которые впоследствии невозможно прогнозировать, опираясь только на базовые расчетные модели и визуальные наблюдения.

Совокупность множества неопределенных факторов и событий, созданных в период проектирования, строительства и эксплуатации представляет собой серьезную проблему для владельца (собственника) мостовой конструкции, который отвечает за безопасную эксплуатацию сооружения, согласно федеральному закону от 30 декабря 2009 года N 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий».

В мультирисковой среде нередко спонтанное возникновение так называемого «эффекта домино», который характеризуется смещением спектра возможных сценариев аварий в сторону наиболее неблагоприятных факторов и явлений.

Уровень опасной неопределенности, безусловно, в состоянии снизить плановые осмотры, обследования и испытания, периодичность которых установлена в документах по текущему содержанию сооружений (СП 79.13330.2012, СП 35.13330 и СП 46.13330, инструкции и методические рекомендации Минстроя России). Однако такой периодический контроль не учитывает фактический период действия и амплитуду нагрузок, которые являются одними из основных критериев для определения остаточного ресурса сооружения.

Поэтому для достоверной оценки текущего и прогнозирования дальнейшего технического состояния моста, с целью заблаговременного предупреждения о тенденциях его изменения, необходима установка постоянно действующей системы мониторинга состояния, способной не только существенно дополнить плановые периодические обследования, но и повысить безопасность эксплуатации мостовых конструкций.

Показателен опыт постоянного наблюдения в рамках за мостовыми сооружениями, опоры которых подвержены значительным неравномерным осадкам и кренам. Функционирующая система мониторинга позволяет правильно оценить реальную ситуацию и своевременно принять технические и организационные меры для поддержания сооружения в работоспособном состоянии, а при необходимости наметить пути и сроки рационального усиления фундаментов опор или реконструкции сооружения.

Выявление причин, характера и темпов протекания осадок и кренов опор – важнейшая инженерная задача.

Под действием вертикального давления грунты высоких насыпей в основании (особенно при их переувлажнении) дают осадки. Осадки эти не одинаковы: у основания конусов они меньше, а у задних граней устоев больше. Устои же в расчете на восприятие горизонтального давления насыпей проектируются с асимметричным относительно равнодействующей всех вертикальных сил развитием площади опирания фундамента в сторону пролета.

В фундаментах мелкого заложения это приводит к тому, что в пределах длины фундамента устоя (а она составляет у автодорожных путепроводов 5-8 м, а у железнодорожного 12-14 м) осадки по подошве заметно разнятся. Это ведет к тому, что устои «заваливаются» в сторону насыпи. Устои тянут за собой опирающиеся на них пролетные строения, из-за чего на соседних опорах наблюдается значительное увеличение (раскрытие) деформационного зазора, критический наклон валковых опорных частей или вывал катков со всеми вытекающими из этого негативными последствиями, угрожающими целостности сооружения.

Долговременные наблюдения за состоянием мостовых конструкций позволяют говорить о системной ошибке проектировщиков и строителей этих сооружений. На просадочных грунтах нельзя проектировать и строить мосты и путепроводы на фундаментах мелкого заложения.

За сооружениями, опоры которых подвержены неравномерным осадкам и кренам, следует как можно раньше устанавливать систематический долговременный контроль, включающий в себя:6) нивелирование по специально заложенным в теле опор маркам;7) измерение наклонов опор с помощью отвеса на базе не менее 3-5 метров по высоте;8) в обязательном порядке измерение расстояния между торцами смежных пролетных строений на всех опорах.

Другими словами – необходима установка комплексной системы автоматизированного мониторинга состояния мостовых конструкций, которая позволит обнаружить прогрессирующие конструкционные деформации и сложившиеся модели распределения нагрузок. Результаты можно использовать для выявления отклонений технического состояния конструкций от проектных характеристик.

Инструментальный (с применением высокоточных средств измерений) мониторинг состояния мостовых конструкций, который позволяет непрерывно получать достоверные данные с датчиков, установленных на основании проектного решения на проблемные элементы конструкций, становится для технических руководителей все более актуальным и востребованным способом повышения безопасности эксплуатации объекта, оптимизации затраты на техническое обслуживание, реконструкцию, восстановительные и ремонтные работы.

Таким образом, инструментальный мониторинг мостовых конструкций - это современный инструмент безопасности и управления, который идеально дополняет такие традиционные методы, как визуальный осмотр и моделирование. Мониторинг позволяет оперативно реагировать на инциденты, эффективнее планировать техническое обслуживание, переходя от ежемесячных плановых осмотров к техническому обслуживанию по требованию..

Проект мониторинга состояния мостовых конструкций требует интеграции на уровне данных, сенсорных программных приложений и пользовательских интерфейсов от поставщиков датчиков.

Благодаря этому все актуальные данные с датчиков различного типа поступает в единую базу данных системы, обрабатываются, структурируются и визуализируются в едином пользовательском интерфейсе, позволяя диспетчерам системы в режиме реального времени наблюдать и анализировать динамическую картину деградации мостовых конструкций и диагностировать появление новых дефектов.

Данные мониторинга, поступающие в системы структурного управления производством, позволяют на основе надежной и объективной информации повысить качество управленческих решений.

Пошаговая процедура внедрения системы, по нашему опыту, отвечает потребностям всех вовлеченных сторон при проектировании, строительстве и эксплуатации сооружений всех видов.

- Шаг 1. Определение структуры/лиц, имеющих реальную потребность в мониторинге состояния конструкций

- Шаг 2: Разработка технического предложения

- Шаг 3: Разработка ТЗ,

- Шаг 4: Проектирование системы, разработка рабочей документации,

-Шаг5: Разработка программного обеспечения системы мониторинга состояния конструкций,

- Шаг 6: Отбор и поставка соответствующих датчиков,

- Шаг 7: Монтажные работы. Установка и калибровка оборудования,

- Шаг 8: Пусконаладка. Ввод системы эксплуатацию,

- Шаг 9: Сбор и управление данными

- Шаг 10: Анализ данных

Проектирование системы мониторинга состояния конструкций начинается с вероятностного анализа рисков, который определит перечень возможных угроз, которые могут повлиять на данный объект.

Примеры факторов рисков для мостовой конструкции:

- коррозия,

- ползучесть,

- просадка фундамента,

- землетрясение,

- несанкционированные перегрузки,

- воздействия внешних агрессивных сред,

- релаксация напряжений (при растяжении, изгибе и кручении)- погрешность моделей конечных элементов,

- низкое качество строительных материалов,- плохое качество исполнения работ.

Степень тяжести и вероятности угрозы каждого фактора риска классифицируется с использованием процедуры ранжирования рисков.

В этом контексте риски, которые с наибольшей вероятностью могут возникать одновременно или каскадно, заслуживают особого внимания. Основные риски будут заложены в разработку системы мониторинга состояния конструкций, а оставшиеся будут отброшены из-за низкого уровня угрозы и /или вероятности ее реализации. Результатом анализа является ранжированный список рисков, которые должна учитывать система.

Риски / Характеристики угроз и параметры измерений

Средства измерений

1: Распределение деформации не соответствует оптимальной расчетной конечно-элементной модели (математическая модель деформирования железобетона и ее численная реализация)

Датчики деформации, в том числе

тензодатчики, вибрационные датчики (датчики вибрационной проволоки)

и оптоволоконные датчики

2: Динамическая деформация из-за больших смещений, усталости металла, движение трещин, ветер, землетрясение, взрыв

Датчики деформации, в том числе

тензодатчики, вибрационные датчики (датчики вибрационной проволоки) и оптоволоконные датчики с динамической системой сбора данных.

Оптоволоконные распределенные датчики деформации. Трещиномеры

3: Ползучесть, релаксация напряжений (при растяжении, изгибе и кручении)

Волоконно-оптические датчики с кабелем большого диаметра, осадкомеры, лазерные дальномеры, тахеометр

4: Формы мод собственных колебаний конструкции не соответствует расчетным значениям (отличие реального и моделированного режимов вибрации)

Акселерометры, длинномерные оптоволоконные тензодатчики

5: Растрескивание бетона и/или раскрытие трещин стали

Трещиномеры: потенциометры, вибрационные волоконно-оптические датчики

6: Температурные деформации и температурные напряжения.

Растрескивание (разрушение) несущих элементов от термического воздействия. Температурный градиент в бетоне создает сжимающее напряжение у поверхности бетона и растягивающее в более холодном участке элемента.

Датчики температуры: электрические

датчики точечного измерения температуры, распределенные волоконно-оптические датчики

7: Деформация фундамента. Вертикальные перемещения оснований и фундаментов. Неравномерная осадка, перераспределение деформации между фундаментами

Лазерные дальномеры, тахеометры, осадкомеры, наклономеры

8: Изменение уровня грунтовых вод Изменение порового давления в основании и окружающем грунте (в связи с интенсивностью развития процесса фильтрационной консолидации)

Вибрационные струнные пьезометры, волоконно-оптические датчики

9: Разрушения конструкций в результате воздействия на их структуру различных внешних агрессивных сред или вследствие внутренних химических и физико-химических процессов.

Карбонизация бетона - коррозия на арматуре в составе железобетонной конструкции.

Коррозия бетона, вызываемая реакцией щелочей с кремнеземом заполнителей,

проникновением хлора

Влагомер для бетона (прибор для измерения влажности). Датчики коррозии (коррозионного мониторинга)

10: Экологические и климатические воздействия на конструкцию

Цифровые метеостанции с ветроизмерительным прибором (измерение скорости и направления ветра)

11: Сложность анализа данных вследствие высокого коэффициента сложности графика строительства (суммарное отношение работ, ожиданий и зависимостей к кол-ву событий)

Веб-камера с функцией захвата изображения и архивацией

Компания «СМИС Эксперт» является ведущим экспертом в области разработки и внедрения программно-технических комплексов мониторинга мостов на этапе строительства и в течение всего срока их эксплуатации с применением высокоточных средств измерений и специального программного обеспечения.

Внедрение автоматизированной системы состояния конструкций моста дает возможность в режиме реального времени получать исчерпывающую достоверную информацию о состоянии мостовой конструкции, а это значит:

- минимизация рисков возникновения аварий, ЧС, материальных и человеческих потерь;

- тщательное отслеживание состояния мостов для оценки текущего состояния конструкции;

- увеличение срока службы стареющих мостов;- определение необходимости ремонта мостовых конструкций;

- немедленная оценка безопасности и стояния моста после крупных природных катаклизмов - землетрясений, ураганов или взрывов.

Мы предлагаем широкий выбор датчиков и поможем вам выбрать лучшие измерительные системы для вашего проекта и бюджета.

Для получения бесплатной консультации, уточнения условий предоставления услуги, пожалуйста, обратитесь по телефону +7 (495) 532-52-62, по e-mail: info@smis-expert.com, закажите звонок или оставьте заявку на одной из контактных форм обратной связи на странице сайта.

Мы предоставим вам всю необходимую информацию, подберем оптимальное решение для Вашего объекта, сделаем предварительную оценку бюджета.

Источник материала: