способ мониторинга автомобильного моста

Формула изобретения

Способ мониторинга автомобильного моста в процессе его эксплуатации, включающий измерение перемещений элементов конструкции моста под воздействием нагрузок и определение оставшегося ресурса моста, отличающийся тем, что через равные промежутки времени не менее 3 раз в год осуществляют замеры перемещений в угловых точках пролетных перекрытий ригелей моста под воздействием нагрузки от движущегося транспорта в часы пиковой нагрузки, над измеряемыми величинами проводят вейвлет преобразования, получают амплитудно-частотные характеристики, определяют зоны концентраций спектра мощности доминирующих частот и оставшийся ресурс моста определяют по формуле

t_ост.=t_пр.-t ₃,

где t_пр.=af ² _пр.+bf_пр. +c,

где f_пр. - предельная доминирующая частота колебаний,

a, b, c - коэффициенты, определяемые из системы линейных уравнений

t₁=af ² ₁+bf₁+с;

t₂=af² ₂+bf₂+c;

t₃ =af² ₃+bf ₃+c,

где t₁, t ₂, t₃ - время последних трех испытаний, отсчитанное от начала эксплуатации моста;

f ₁, f₂, f₃ - доминирующие частоты в этих испытаниях.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при мониторинге технического состояния строительных конструкций, а именно автомобильного моста.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ мониторинга автомобильного моста в процессе его эксплуатации, включающий измерение перемещений элементов конструкции моста под воздействием нагрузок и определение оставшегося ресурса моста, (см. Патент РФ №2250444, опубл. 10.01.2001).

Недостатком его является большая трудоемкость, недостаточная точность, поскольку процесс изменения характеристик моста со временем носит нелинейный характер, а это в известном техническом решении не учитывается.

В изобретении решается задача снижения трудоемкости и повышения точности определения ресурса.

Для достижения этого технического результата производят измерение перемещений элементов конструкции моста под воздействием нагрузок и определяют оставшийся ресурса моста, а именно через равные промежутки времени не менее 3 раз в год осуществляют замеры перемещений в угловых точках пролетных перекрытий ригелей моста под воздействием нагрузки от движущегося транспорта в часы пиковой нагрузки, над измеряемыми величинами проводят вейвлет-преобразования, получают амплитудно-частотные характеристики, определяют зоны концентраций спектра мощности доминирующих частот и оставшийся ресурс моста определяют по формуле:

t_ост.=t _пр.-t₃

где:

t _пр.=af² _пр. +bf_пр.+c

где f_пр. - предельная доминирующая частота колебаний,

a, b, c - коэффициенты, определяемые из системы линейных уравнений:

t₁=af² ₁+bf₁+с;

t₂ =af² ₂+bf ₂+c;

t₃=af² ₃+bf₃+c;

где: t₁, t₂, t ₃ - время последних трех испытаний, отсчитанное от начала эксплуатации моста;

f₁, f ₂, f₃ доминирующие частоты в этих испытаниях. Отличительными признаками предлагаемого способа мониторинга автомобильного моста от указанного выше известного, наиболее близкого к нему являются следующие признаки: через равные промежутки времени не менее 3 раз в год осуществляют замеры перемещений в угловых точках пролетных перекрытий ригелей моста под воздействием нагрузки от движущегося транспорта в часы пиковой нагрузки, над измеряемыми величинами проводят вейвлет-преобразования, получают амплитудно-частотные характеристики, определяют зоны концентраций спектра мощности доминирующих частот и оставшийся ресурс моста определяют по формуле:

t_ост.=t _пр.-t₃

где:

t _пр.=af² _пр. +bf_пр.+c

где f_пр. - предельная доминирующая частота колебаний,

а, b, с - коэффициенты, определяемые из системы линейных уравнений:

t₁=af² ₁+bf₁+c;

t₂ =af² ₂+bf ₂+c;

t₃=af² ₃+bf₃+с;

где: t₁, t₂, t ₃ - время последних трех испытаний, отсчитанное от начала эксплуатации моста;

f₁, f ₂, f₃ доминирующие частоты в этих испытаниях.

Предлагаемый способ иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана общая схема измерительного комплекса, на фиг.2 показана схема размещения датчиков на ригеле автомобильного моста, на фиг.3 - спектрограмма перемещений ригеля моста, на фиг.4 кривая зависимости доминирующей частоты от времени испытаний.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Оценка остаточного ресурса автомобильного моста производится по параметрам экспериментальных амплитудно-частотных характеристик под воздействием нагрузки. Измерения проводят с помощью измерительного комплекса (фиг.1) через равные промежутки времени не менее 3 раз в год. При этом определяют текущие значение скоростей или ускорений в крайних угловых точках 1, 2, 3, 4 верхней плиты каждого ригеля моста (см. фиг.2) под воздействием движущихся транспортных средств в часы пиковой нагрузки. С полученными значениями проводят численное интегрирование, осуществляют вейвлет-преобразование (Воробьев В.И., Грибунин В.Г. Теория и практика вейвлет-преобразования. СПб.: Изд-во ВУС, 1999, 208 с.), получают спектрограммы перемещений (см. фиг.3), определяют частоты зоны максимальных амплитуд под воздействием нагрузки от движущегося транспорта в часы пиковой нагрузки, определяют зоны концентраций спектра мощности доминирующих частот и оставшийся ресурс моста определяют по формуле:

t_ост.=t_пр.-t ₃

где:

t_пр.=af ² _пр.+bf_пр. +c

где f_пр. - предельная доминирующая частота колебаний,

а, b, с - коэффициенты, определяемые из системы линейных уравнений:

t₁ =af² ₁+bf ₁+с;

t₂=af² ₂+bf₂+c;

t ₃=af² ₃+bf ₃+c;

где: t₁, t ₂, t₃ - время последних трех испытаний, отсчитанное от начала эксплуатации моста;

f ₁, f₂, f₃ доминирующие частоты в этих испытаниях.

Использование предлагаемого интервала между экспериментами обеспечивает достаточно высокую точность определения ресурса и позволяет вовремя принять меры, чтобы избежать крупной аварии.

Использование для возбуждения колебаний воздействий автомобильного движения во время пиковой нагрузки позволяет приблизить условия испытаний к эксплуатационным и получить максимальные амплитуды виброперемещений. Кроме того, такой способ сокращает материальные затраты на проведение мониторинга. Осуществление вейвлет-преобразований позволяет повысить точность определения доминирующей частоты колебания моста. Предлагаемый способ мониторинга позволяет учесть нелинейность процессов изменения параметров моста (его жесткости), появляющиеся в последний самый критический период его эксплуатации и тем самым повысить точность в определении оставшегося ресурса и избежать аварийной ситуации.

Пример выполнения предлагаемого способа.

Эксперименты и определение ресурса было произведено для ригельного блока конструкции Камского автомобильного моста.

Сборный железобетонный мост через реку Каму был сдан в эксплуатацию в 1967 году.

В качестве первичных элементов для регистрации колебаний были использованы сейсмические датчики:

- СМ-4Б - датчик виброускорений (акселерометр) с рабочим диапазоном измеряемых частот 0,6-40 Гц;

- КВЭ-3Б - датчик виброскоростей (велосиметр) с рабочим диапазоном 0,01-10 Гц.

Датчики были установлены в концевых зонах внутри коробов ригельных блоков на специальных металлических горизонтальных площадках.

В ходе трех экспериментов (ноябрь 2002, май и октябрь 2003 г.) регистрировались временные сигналы (в вольтах), являющиеся напряжением датчика и характеризующие вертикальные составляющие виброускорений (для аксерерометра СМ-4Б) или виброскоростей (для велосиметра КВЭ-3Б) в точке его расположения. Путем численного интегрирования виброускорения или виброскорости пересчитываются в виброперемещения. Для виброперемещений были осуществлены вейвлет-преобразования и получены спектральные характеристики (фиг.3).

Анализ спектральных характеристик ригельного блока для всех датчиков, полученных в 2002 г., показал, что по спектру мощности доминируют частота 0,74 Гц. Повторное испытание в 2003 г. показало на снижение доминирующей частоты в мае до 0,71 Гц, а в октябре до 0,67 Гц. Предельная частота потери упругости конструкции f _пр.=0,48 Гц. Эта величина предельной частоты соответствует потере жесткости железобетонной конструкции моста в 4 раза, по отношению к жесткости на момент сдаточных испытаний. Остаточный ресурс 5,5 лет. Испытания показали, что предлагаемый способ мониторинга позволяет повысить точность определения остаточного ресурса моста, и особенно необходим после наработки половины планового ресурса, когда жесткость его элементов конструкции начинает изменяться нелинейно.