Měření nedestruktivní diagnostickou metodou BRIMOS (= BRIdge MOnitoring System) - předpjatý železobetonový most na trati Brno - Přerov Dipl. Ing. Robert Veit
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
Proč sledování & zhodnocení stavu nosných konstrukcí? odolnost konstrukce plánovaný směr křivky 1.60 zaměřený cíl 1.40 úroveň varování a nutnost opravy 1.25 1.00 0.80 Selhání rehabilitace 0.60 0.40 0.20 měřená plánovaná 0.00 0 3 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 provozní životnost [roky] Index spolehlivosti => odolnost konstrukce během provozní životnosti
roèní náklady do novostaveb roèní náklady na údržbu Působení systému BRIMOS EURO [milliardy] 2000 1000 investice do novostaveb 2005 EURO [milliardy] 40 30 odhad budoucí údržby 500 ovlivnìní BRIMOSem 20 100 investice do údržby odhad budoucího nového stavìní 10 0 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 rok 0
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?
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).
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.
Historie 19. století Výzkum relevantní stavební dynamiky 1920-1945 První pokusy na přehledných konstrukcích 1965-1975 Výzkum lineární metody konečných prvků 1970-1980 Výzkum metody vynuceného podnětu (=Forced Vibration Method FVM) 1975-1990 Spojení dynamiky a lineární metody konečných prvků 1980-1990 Prosazování technologie počítačů 1990-2000 Integrace ne-lineární metody konečných prvků 1992-1995 Zavádění ambientní měřící metody (= Ambient Vibration Method AVM) 1993-1996 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
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
Mostní objekt přes silnici I 46 Vyškov Prostějov - Olomouc
Železobetonové komorové nosníky
Měřící systém
BRIMOS -Recorder Senzor měřící teplotu Externí senzor (zrychlení)
BRIMOS vybavení
Měřící systém + GPS + Video
BRIMOS vybavení měrící rastr senzorů zrychlení
BRIMOS Software V 8_08 BRIMOS software firmy VCE byl postupně vyvinut a nyní splňuje všechny teoretické i praktické požadavky.
BRIMOS Software V 8_08
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 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 0.5 5 0.0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Hz 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Hz zjednodušený, analytický výpočet f 1 = 5,31 Hz f 2 = 16,20 Hz f 3 = 36,43 Hz
1. Frekvenční Spektrum => dynamicky účinná tuhost
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
2. Měřený tvar kmitočtu 2. Eigenform vertikal bei 10.16 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 11.47 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
2. Měřený tvar kmitočtu 5. Eigenform vertikal bei 13.72 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 17.51 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 1 11. Eigenform vertikal bei 18.64 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
Amplitude 3. Kmitací intenzita 10000 Schwingungsintensität Vyskov Eisenbahnbrücke 1000 100 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 10 0.1 1 10 100 1000 Frequenz I - Žádná porucha II - Pravděpodobně povrchní trhliny III - Případné škody na nosných částech IV -Škody na nosných částech
4. tlumení z frekvenčního pásma cutting out of the i-th Eigenfrequency mm 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Hz displacement spectrum mm 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Hz mm 1.8 1.2 0.6 0.0 back transformation into the time range (IFFT) -0.6 mm 1,5 trigger point subvision into time windows, trigger criterion -1.2-1.8-2.4 0 trigger value 70.0 72.5 75.0 77.5 80.0 82.5 85.0 87.5 90.0 92.5 95.0 s -1,5 tau time window total measuring duration 10-6 m 395.4 averaging of the time window which fulfill the trigger criterion s 330.4 265.4 200.4 x n xn+m 135.5 70.5 5.5-59.5-124.5-189.5-254.5 průměrné tlumení -319.5 61.9 62.6 63.3 64.0 64.6 65.3 66.1 66.8 67.4 68.1 68.8 s 1 ln m 2 x x n n+m... damping coefficient of the i-th eigenfrequency
0.08 0.09 0.09 0.12 0.09 0.09 0.07 0.07 0.07 0.06 0.06 Dämpfung in % 2.40 Dämpfung in % 2.21 5.05 3.85 4. 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
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 0.35 0.19 Klassifizierung: 0.84 0.77 0.86 0.80 0.76 C A Guter Zustand B Guter Zustand mit lokalen 0.69 Schäden 0.67 0.65 0.62 B 0.60 0.61 0.58 Zustand 0.56 C Problematischer 0.51 0.52 0.48 0.47 Vyskov Eisenbahnbrücke 0.40 0.34 0.35 0.29 0.24 0.23 0.19 0.18 0.15 0.13 0.09 0.06 0.36 0.35 0.33 0.25 0.21 0.07 A Lilas Bridge Tertre Bridge Winden Gurkbrücke Regau West LZ13 PORR Br. Tamines Br Mittersill S101 Roppen Innstraße 2 Innstraße 1 0.35 Neutal Reederbr. Nikolaibr. Schmiedgr. Wartberg 0.19 Innstraße 3 Floridsdf.2 Aschach Innstraße 4 Urslau 0.86 0.84 0.80 0.77 0.76 0.69 0.67 Pongau 0.65 0.62 Innstraße 5 0.60 0.58 Tilff Bridge Erdberg 0.56 0.51 Oberberg 0.52 0.48 Nussdorf 0.47 Olympiabr. 0.40 Taurach 0.34 0.35 Schwechat Floridsdf.1 0.29 Aistbrücke 0.24 Golling 0.23 0.19 Alte Donau 0.18 0.15 0.13 0.07 C 0.61 0.36 0.33 0.25 0.21 0.06 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
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
Úvodní měření monolitického železobetonového komínu ŠKO- ENERGO Mladá Boleslav 200 m
Celosvětové reference
Databáze mostů Databáze mostů firmy VCE: ~ 400 mostů 15 permanentních monitorovacích systémů
Další vývoj Zdokonalení kompenzace vlivu stejnoměrné teploty Měření a kompenzace ozařování sluncem bezdrátový monitorovací systém Dokončení vybudování BRIMOS - databáze Přímý přístup pro zákazníky (Internet)
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
Zástupce v ČR Kancelář Brno: Ptašínského 10 602 00 Brno Tel.: +420541236300 Fax: +420541236258 Webstránka: www.infram.cz
www.vce.at www.brimos.com www.infram.cz