BRIMOS (= BRIdge MOnitoring System) - předpjatý železobetonový most na trati Brno - Přerov

Transkript

1 Měření nedestruktivní diagnostickou metodou BRIMOS (= BRIdge MOnitoring System) - předpjatý železobetonový most na trati Brno - Přerov Dipl. Ing. Robert Veit

2 Obsah prezentace: Proč BRIMOS Působení systému BRIMOS Základy a vývoj systému BRIMOS Mostní objekt přes silnici I 46 Vyškov Prostějov - Olomouc BRIMOS Hardware BRIMOS-Recorder BRIMOS Software BRIMOS Reference

3 Proč sledování & zhodnocení stavu nosných konstrukcí? odolnost konstrukce plánovaný směr křivky 1.60 zaměřený cíl 1.40 úroveň varování a nutnost opravy Selhání rehabilitace měřená plánovaná provozní životnost [roky] Index spolehlivosti => odolnost konstrukce během provozní životnosti

4 roèní náklady do novostaveb roèní náklady na údržbu Působení systému BRIMOS EURO [milliardy] investice do novostaveb 2005 EURO [milliardy] odhad budoucí údržby 500 ovlivnìní BRIMOSem investice do údržby odhad budoucího nového stavìní rok 0

5 Zásadní otázky pro provozovatele mostů 1) Existuje nějaké poškození? 2) Kde je poškození umístěno? 3) Je provoz či užívání nadále možné? 4) Jaký je stupeň bezpečnosti pro uživatele?

6 Základy Stav nosné konstrukce a jeho případná změna se projevuje v tzv. spektru kmitočtové odpovědi. Tímto měřením je možné, identifikovat poruchy nosné konstrukce již mnohem dříve, než jsou viditelné. Ambientní měřící metoda (= Ambient Vibration Method - AVM) byla vyvinutá pod podmínkou použítí bez narušení dopravního provozu. Výhody této metody spočívají - na rozdíl od metody vynuceného podnětu - v menších nákladech na provedení a zaznamenání měření, protože se obejde bez nákladných přístrojů (např. budič kmitání).

7 Základy Metoda se dá užívat na každém druhu konstrukce nebo materiálu. Měření dává objektivní výsledky, nezávislé na lidském faktoru měřících osob. Doposud běžná visuální a manuální inspekční metoda se nestala zbytečnou, ale je tímto inženýrským způsobem zlepšená a zdokonalená. Měřící technika kombinovaná s počítačem byla vyvinutá na výkonnou úroveň pro sbírání, administraci a vyhodnocení dat.

8 Historie 19. století Výzkum relevantní stavební dynamiky První pokusy na přehledných konstrukcích Výzkum lineární metody konečných prvků Výzkum metody vynuceného podnětu (=Forced Vibration Method FVM) Spojení dynamiky a lineární metody konečných prvků Prosazování technologie počítačů Integrace ne-lineární metody konečných prvků Zavádění ambientní měřící metody (= Ambient Vibration Method AVM) Zavádění měření podporovaných počítači Od roku 1994 Od roku 1995 Od roku 1996 Používání ambientní metody EMPA ve Švýcarsku, v oblasti Quebec v Kanadě a EDI ve Vancouveru Další vývoj této metody firmou VCE a KUL (Belgie) Komerční užívání firmou VCE 2000 Více než 120 měřených a zhodnocených nosných konstrukcí 2002 BRIMOS recorder 2004 Více než 400 zhodnocených nosných konstrukcí

9 Aplikace Analýza a zhodnocení současného stavu konstrukce Porovnání původních a aktuálních podmínek uložení Plánování údržby a rekonstrukce Předpověd zbývající doby použitelnosti Kontrola bezpečného užívání Analýza dopravního provozu Analýza vlivu prostředí na konstrukci Vyhodnocení seizmických vlivů a účinků Určení kmitací intenzity A mnoho dalších odvozených možností

10 Mostní objekt přes silnici I 46 Vyškov Prostějov - Olomouc

11 Železobetonové komorové nosníky

12 Měřící systém

13 BRIMOS -Recorder Senzor měřící teplotu Externí senzor (zrychlení)

14 BRIMOS vybavení

15 Měřící systém + GPS + Video

16 BRIMOS vybavení měrící rastr senzorů zrychlení

17 BRIMOS Software V 8_08 BRIMOS software firmy VCE byl postupně vyvinut a nyní splňuje všechny teoretické i praktické požadavky.

18 BRIMOS Software V 8_08

19 1. Frekvenční Spektrum => dynamicky účinná tuhost Vliv železničního svršku - přemístění sil µg 8.5 Kanal_02_g Kanal_05_g Kanal_07_g Kanal_08_g Kanal_09_g Kanal_10_g Kanal_12_g Kanal_15_g Kanal_22_g Hz Hz zjednodušený, analytický výpočet f 1 = 5,31 Hz f 2 = 16,20 Hz f 3 = 36,43 Hz

20 1. Frekvenční Spektrum => dynamicky účinná tuhost

21 2. Měřený tvar kmitočtu 1. Eigenform vertikal bei 5.20 Hz Vyskov Eisenbahnbrücke Brno Station in m Prerov 0,00 2,50 5,00 7,50 10,00 12,50 15,00 17,50 20,00 22,50 25,97 1,50 1,50 1,00 1,00 0,50 0,50 0,00 0,00-0,50-0,50 Feld 1

22 2. Měřený tvar kmitočtu 2. Eigenform vertikal bei Hz Vyskov Eisenbahnbrücke Brno Station in m Prerov 0,00 2,50 5,00 7,50 10,00 12,50 15,00 17,50 20,00 22,50 25,97 1,50 1,50 4. Eigenform vertikal bei Hz Vyskov Eisenbahnbrücke Brno Station in m Prerov 0,00 2,50 5,00 7,50 10,00 12,50 15,00 17,50 20,00 22,50 25,97 1,50 1,50 1,00 1,00 1,00 1,00 0,50 0,50 0,50 0,50 0,00 0,00 0,00 0,00 Feld 1-0,50-0,50 Feld 1

23 2. Měřený tvar kmitočtu 5. Eigenform vertikal bei Hz Vyskov Eisenbahnbrücke Brno Station in m Prerov 0,00 2,50 5,00 7,50 10,00 12,50 15,00 17,50 20,00 22,50 25,97 2,00 2,00 1,50 1,50 1,00 1,00 0,50 0,50 0,00 0,00-0,50-0,50-1,00-1,00-1,50-1,50 Feld 1 7. Eigenform vertikal bei Hz Vyskov Eisenbahnbrücke Brno Station in m Prerov 0,00 2,50 5,00 7,50 10,00 12,50 15,00 17,50 20,00 22,50 25,97 3,00 3,00 2,50 2,50 2,00 2,00 1,50 1,50 1,00 1,00 0,50 0,50 0,00 0,00-0,50-0,50-1,00-1,00-1,50-1,50-2,00-2,00-2,50-2,50-3,00-3,00-3,50-3,50 Feld Eigenform vertikal bei Hz Vyskov Eisenbahnbrücke Brno Station in m Prerov 0,00 2,50 5,00 7,50 10,00 12,50 15,00 17,50 20,00 22,50 25,97 3,00 3,00 2,50 2,50 2,00 2,00 1,50 1,50 1,00 1,00 0,50 0,50 0,00 0,00-0,50-0,50-1,00-1,00-1,50-1,50-2,00-2,00-2,50-2,50-3,00-3,00 Feld 1 Měřený tvar kmitočtu

24 Amplitude 3. Kmitací intenzita Schwingungsintensität Vyskov Eisenbahnbrücke I III II IV 1.EF 2.EF 3.EF 4.EF 5.EF 6.4 mm²/s² 64 mm²/s² 2000 mm²/s² 6.EF 7.EF 8.EF 9.EF 10.EF Frequenz I - Žádná porucha II - Pravděpodobně povrchní trhliny III - Případné škody na nosných částech IV -Škody na nosných částech

25 4. tlumení z frekvenčního pásma cutting out of the i-th Eigenfrequency mm Hz displacement spectrum mm Hz mm back transformation into the time range (IFFT) -0.6 mm 1,5 trigger point subvision into time windows, trigger criterion trigger value s -1,5 tau time window total measuring duration 10-6 m averaging of the time window which fulfill the trigger criterion s x n xn+m průměrné tlumení s 1 ln m 2 x x n n+m... damping coefficient of the i-th eigenfrequency

26 Dämpfung in % 2.40 Dämpfung in % tlumení z frekvenčního pásma Přehled tlumení přes celou konstrukci Darstellung der Dämpfungswerte Vyskov Eisenbahnbrücke Brno Station in m Prerov 0,00 2,50 5,00 7,50 10,00 12,50 15,00 17,50 20,00 22,50 25,97 6,00 6,00 5,50 5,50 5,00 5,00 4,50 4,50 4,00 4,00 3,50 3,50 Darstellung der Dämpfungswerte Vyskov Eisenbahnbrücke Brno Station in m Prerov 0,00 2,50 5,00 7,50 10,00 12,50 15,00 17,50 20,00 22,50 25,97 4,50 4,50 4,00 4,00 3,50 3,50 3,00 3,00 3,00 3,00 2,50 2,50 2,00 2,00 1,50 1,50 1,00 1,00 0,50 0,50 0,00 0,00 Feld 1 2,50 2,50 2,00 2,00 1,50 1,50 1,00 1,00 0,50 0,50 0,00 0,00 Feld 1 => Dissipace kmitací energie pouze nad ložisky

27 5. Klasifikace tlumení Klasifikace: A velmi dobrý stav Klassifizierung: A Guter Zustand B dobrý stav s B Guter Zustand mit trhlinami lokalen Schäden C problematický C Problematischer Zustand stav Vyskov Eisenbahnbrücke Klassifizierung: C A Guter Zustand B Guter Zustand mit lokalen 0.69 Schäden B Zustand 0.56 C Problematischer Vyskov Eisenbahnbrücke A Lilas Bridge Tertre Bridge Winden Gurkbrücke Regau West LZ13 PORR Br. Tamines Br Mittersill S101 Roppen Innstraße 2 Innstraße Neutal Reederbr. Nikolaibr. Schmiedgr. Wartberg 0.19 Innstraße 3 Floridsdf.2 Aschach Innstraße 4 Urslau Pongau Innstraße Tilff Bridge Erdberg Oberberg Nussdorf 0.47 Olympiabr Taurach Schwechat Floridsdf Aistbrücke 0.24 Golling Alte Donau C B 0.35 A Lilas Bridge Tertre Bridge Winden Gurkbrücke Regau West LZ13 PORR Br. Tamines Br Mittersill S101 Roppen Innstraße 2 Innstraße 1 Neutal Reederbr. Nikolaibr. Schmiedgr. Wartberg Innstraße 3 Floridsdf.2 Aschach Innstraße 4 Urslau Pongau Innstraße 5 Tilff Bridge Erdberg Oberberg Nussdorf Olympiabr. Taurach Schwechat Floridsdf.1 Aistbrücke Golling

28 Určení účinných kabelových sil Zavěšený most - Praha Vršovice... bezrozměrný parametr tuhosti k = 1,...n N...kabelová síla m...hmotnost kabelu na jeden metr l...délka volného kmitání kabelu

29 Úvodní měření monolitického železobetonového komínu ŠKO- ENERGO Mladá Boleslav 200 m

30 Celosvětové reference

31 Databáze mostů Databáze mostů firmy VCE: ~ 400 mostů 15 permanentních monitorovacích systémů

32 Další vývoj Zdokonalení kompenzace vlivu stejnoměrné teploty Měření a kompenzace ozařování sluncem bezdrátový monitorovací systém Dokončení vybudování BRIMOS - databáze Přímý přístup pro zákazníky (Internet)

33 Shrnutí Poruchy je možné identifikovat už mnohem dřív, než jsou viditelné Metoda byla vyvinutá nezávisle od druhu konstrukce nebo materiálu BRIMOS Recorder je jednoduchý, robustní a levný přístroj pro klasifikaci nosných konstrukcí Proces vyhodnocení předpjatých mostů byl obzvlášť zdokonalen Je na čase, užívat tuto metodu v rozšířeném měřítku

34 Zástupce v ČR Kancelář Brno: Ptašínského Brno Tel.: Fax: Webstránka:

35