SYSTEM MONITOROWANIA KONSTRUKCJI MOSTU R DZI...

13
Wroclawskie Dni Mostowe Aktualne realizacje mostowe Wroclaw, 24-25 listopada 2011 Wojciech BARCIK 1 Rafal SIEŃKO 2 Jan BILISZCZUK 3 SYSTEM MONITOROWANIA KONSTRUKCJI MOSTU RĘDZIŃSKIEGO WE WROCLAWIU 1. Potrzeba monitorowania obiektów mostowych ZaloŜenia upraszczające przyjmowane w modelach teoretycznych na etapie projektowania obiektów mostowych powodują, Ŝe analizy obliczeniowe tylko w pewnym stopniu odwzorowują sposób pracy konstrukcji obiektu w warunkach eksploatacji [1]. Zarówno wlaściwości materialowe, jak i geometria konstrukcji oraz oddzialywania są jedynie próbą opisania rzeczywistego obiektu. Systemy monitorujące pracę konstrukcji obiektów mostowych wdraŜane są na świecie od kilkunastu lat. Praktycznie wszystkie waŜne i duŜe mosty wyposaŜane są obecnie w róŜnego typu urządzenia, których zadaniem jest prowadzenie ciąglego pomiaru wybranych wielkości fizycznych. Najwięcej tego typu realizacji odnotowano na Dalekim Wschodzie oraz w Stanach Zjednoczonych. W Polsce systemy monitorowania pracy konstrukcji dopiero są rozwijane. Wynika to w duŜej mierze z faktu, Ŝe do niedawna nie budowaliśmy obiektów o większych rozpiętościach czy niestandardowej konstrukcji. Mimo to, do chwili obecnej wyposaŜono w róŜnego typu systemy monitorowania kilka obiektów: Most Solidarności w Plocku [2], Most Sucharskiego w Gdańsku [3] oraz Most przez rz. Wislę w Pulawach [4]. 2. Konstrukcja Mostu Rędzińskiego we Wroclawiu Obiekt o lącznej dlugości przęsel wynoszącej 1 744,10 m jest podzielony na dlugości na trzy niezaleŜne, następujące po sobie konstrukcje – rys. 1, tj.: estakadę lewobrzeŜną o dlugości 611,05 m, most podwieszony o dlugości 612,00 m i estakadę prawobrzeŜną o dlugości 521,05 m. 1 mgr inŜ., Zespól Badawczo-Projektowy MOSTY-WROCLAW s.c. 2 dr inŜ., Politechnika Krakowska, NeoStrain Sp. z o.o. 3 prof. dr hab. inŜ., Wydzial Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wroclawskiej; Zespól Badawczo- Projektowy MOSTY-WROCLAW s.c.

Transcript of SYSTEM MONITOROWANIA KONSTRUKCJI MOSTU R DZI...

Page 1: SYSTEM MONITOROWANIA KONSTRUKCJI MOSTU R DZI Ńimikb.pk.edu.pl/katedry/l14/files/Biliszczuk-Barcik-Sienko-WDM... · długo ści na trzy niezale Ŝne, nast ępuj ące po sobie konstrukcje

Wrocławskie Dni Mostowe Aktualne realizacje mostowe

Wrocław, 24-25 listopada 2011

Wojciech BARCIK1 Rafał SIEŃKO2 Jan BILISZCZUK3

SYSTEM MONITOROWANIA KONSTRUKCJI MOSTU RĘDZIŃSKIEGO WE WROCŁAWIU

1. Potrzeba monitorowania obiektów mostowych

ZałoŜenia upraszczające przyjmowane w modelach teoretycznych na etapie projektowania obiektów mostowych powodują, Ŝe analizy obliczeniowe tylko w pewnym stopniu odwzorowują sposób pracy konstrukcji obiektu w warunkach eksploatacji [1]. Zarówno właściwości materiałowe, jak i geometria konstrukcji oraz oddziaływania są jedynie próbą opisania rzeczywistego obiektu.

Systemy monitorujące pracę konstrukcji obiektów mostowych wdraŜane są na świecie od kilkunastu lat. Praktycznie wszystkie waŜne i duŜe mosty wyposaŜane są obecnie w róŜnego typu urządzenia, których zadaniem jest prowadzenie ciągłego pomiaru wybranych wielkości fizycznych. Najwięcej tego typu realizacji odnotowano na Dalekim Wschodzie oraz w Stanach Zjednoczonych. W Polsce systemy monitorowania pracy konstrukcji dopiero są rozwijane. Wynika to w duŜej mierze z faktu, Ŝe do niedawna nie budowaliśmy obiektów o większych rozpiętościach czy niestandardowej konstrukcji. Mimo to, do chwili obecnej wyposaŜono w róŜnego typu systemy monitorowania kilka obiektów: Most Solidarności w Płocku [2], Most Sucharskiego w Gdańsku [3] oraz Most przez rz. Wisłę w Puławach [4].

2. Konstrukcja Mostu Rędzińskiego we Wrocławiu

Obiekt o łącznej długości przęseł wynoszącej 1 744,10 m jest podzielony na długości na trzy niezaleŜne, następujące po sobie konstrukcje – rys. 1, tj.: estakadę lewobrzeŜną o długości 611,05 m, most podwieszony o długości 612,00 m i estakadę prawobrzeŜną o długości 521,05 m.

1 mgr inŜ., Zespół Badawczo-Projektowy MOSTY-WROCŁAW s.c. 2 dr inŜ., Politechnika Krakowska, NeoStrain Sp. z o.o. 3 prof. dr hab. inŜ., Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej; Zespół Badawczo-Projektowy MOSTY-WROCŁAW s.c.

Page 2: SYSTEM MONITOROWANIA KONSTRUKCJI MOSTU R DZI Ńimikb.pk.edu.pl/katedry/l14/files/Biliszczuk-Barcik-Sienko-WDM... · długo ści na trzy niezale Ŝne, nast ępuj ące po sobie konstrukcje

W. Barcik, R. Sieńko, J. Biliszczuk

Rysunek 1. Rysunek ogólny mostu.

A8

A8

A8

37,24

18,57

PRAGAWARSZAWA

2,5%

3,500,50 3,000,90

A

6,00 6,33

2,50

18,030,25

0,10

Zakotwieniecynne

Wanty

Latarnia

1,70

0,46

2,00

Kolektor

18,57

18,035,70

0,46

12,00

2,00 2,00

2,32 14,60 1,65

1,003,50 3,50 3,50 0,503,00 0,90

1,70

2,00

2,3214,601,65

1,00 3,503,50

2,5%

2,50B B

A

6,006,33

2,50Kolektor

5,70

2,50BB

4%4%

Zakotwienieczynne

Zakotwienieczynne

Zakotwienieczynne

Wanty

38,58

6,00 6,3318,710,25 0,4618,70

6,370,46

6,006,33 6,38

A

2,50Kolektor 2,65

B B

A

2,50Kolektor2,65

BB

Wanty W anty

PRAGAA8WARSZAWA

2,5%

1,70

2,002,5%4%4%

4% 4%

4% 4%

19,24

3,500,50 3,000,90

0,1019,24

2,99 14,60 1,65

1,003,50 3,50 3,50 0,503,00 0,90

1,70

2,00

2,9914,601,65

1,00 3,503,50

12,00

2,00 2,00

Ekran chroniacy przed ptakami

Latarnia

Ekran chroniacy przed ptakami

B

AAsfalt twardolany 4 cmMieszanka m ineralnoasfaltowa SMA 0/11 4 cm

Kapa chodnikowa 22 cm

Ekran chroniacy przed ptakami

Izolacja termozgrzewalna 1 cm

Izolacja termozgrzewalna 1 cm

Ekran chroniacy przed ptakami

Dźwigar kablobetonowy 250 cm

Nawierzchnia z Ŝywic poliuretanowo-epoksydowej 0,5 cm

Rysunek 2. Przekroje poprzeczne ustrojów nośnych.

Page 3: SYSTEM MONITOROWANIA KONSTRUKCJI MOSTU R DZI Ńimikb.pk.edu.pl/katedry/l14/files/Biliszczuk-Barcik-Sienko-WDM... · długo ści na trzy niezale Ŝne, nast ępuj ące po sobie konstrukcje

System monitorowania konstrukcji mostu Rędzińskiego we Wrocławiu

Most główny to konstrukcja czteroprzęsłowa o rozpiętościach przęseł 50,00+2×256,00+50,00 m i całkowitej długości pomostów 612,00 m, która jest zdeterminowana odległością pomiędzy osiami filarów zbiorczych. Przęsła środkowe są podwieszone wantami do centralnie usytuowanego, trapezoidalnego pylonu o wysokości 122,00 m – rys. 3. Są one balastowane przez belkowe przęsła skrajne.

Przęsła mostu to dwie niezaleŜne konstrukcje pod kaŜdą z jezdni autostrady, zarówno w sensie podparcia na podporach, jak i podwieszenia ich do wspólnego pylonu – rys. 2. Odległość między krawędziami kap pomostów wynosi 0,10 m. Szerokość całkowita przęseł wynosi 2×19,24+0,10=38,58 m w części podwieszonej i 2×18,57+0,10=37,24 m w przęsłach skrajnych. Całkowita szerokość obiektu wynika z szerokości w miejscu lokalizacji pylonu i wynosi 48,55 m.

Cięgna podwieszające przęsła (po 20 par want w kaŜdym prześle) w przekroju poprzecznym (ze względu na dwa rozdzielone pomosty) tworzą cztery płaszczyzny podwieszenia zbiegające się w ramionach pylonu. W widoku z boku mają układ wachlarzowy, symetryczny. Wanty są zakotwione w belkach skrajnych pomostów w rozstawie co 12,00 m i górnych ramionach pylonu w rozstawie co 1,80 m.

1,684,20

2,60

1,26

1,26

46,00

1,60

1,20

1,20

4,002,10

57,75

51,50

49,76

12,24

60,00

Rysunek 3. Pylon mostu.

3. Monitoring mostu

DuŜa rozpiętość oraz niestandardowa konstrukcja pylonu skłoniła projektanta

obiektu do zaprojektowania w tym obiekcie Systemu monitorowania mostu. Zdecydowano się na wdroŜenie systemu realizującego pomiary róŜnych wielkości fizycznych. Ze względu na typ mierzonych wielkości, w systemie monitorowania wyodrębniono dwa podsystemy:

− monitoring konstrukcji,

Page 4: SYSTEM MONITOROWANIA KONSTRUKCJI MOSTU R DZI Ńimikb.pk.edu.pl/katedry/l14/files/Biliszczuk-Barcik-Sienko-WDM... · długo ści na trzy niezale Ŝne, nast ępuj ące po sobie konstrukcje

W. Barcik, R. Sieńko, J. Biliszczuk

− monitoring meteorologiczny. Most został wyposaŜony równieŜ w system monitoringu wizyjnego oraz system

zarządzania ruchem drogowym. Systemy te nie są jednak przedmiotem niniejszego artykułu. Informacje z podsystemów zbierane są przez lokalne Stacje Akwizycji Danych

(SAD) umieszczone na moście i przesyłane do Centrum Gromadzenia Danych (CGD) zlokalizowanego w Centrum Zarządzania Autostradową Obwodnicą Wrocławia (AOW).

Zaprojektowany system monitoringu mostu, ze wskazaniem lokalizacji i liczby punktów pozyskiwania danych, pokazano na rys. 4.

Rysunek 4. Schemat rozmieszczenia czujników systemu monitoringu mostu.

3.1. Monitoring konstrukcji

Zadaniem systemu stałego monitoringu konstrukcji jest kontrola pracy mostu

poprzez ciągły elektroniczny pomiar zmian (przyrostów) wybranych wielkości fizycznych związanych z pracą statyczno-dynamiczną konstrukcji obiektu w wytypowanych na podstawie analiz obliczeniowych punktach pomiarowych. Prowadzony jest pomiar odkształceń wewnątrz elementów betonowych, na zewnętrznych powierzchniach elementów betonowych i stalowych, pomiar „napręŜeń” w betonie podstawy pylonu, pomiar sił w cięgnach wytypowanych want, pomiar przechyłów konstrukcji, pomiar temperatury i drgań. Pomiary poszczególnych wielkości statycznych prowadzone są synchronicznie (w tej samej chwili czasowej) z moŜliwością zmiany odstępu czasowego pomiędzy odczytami od 10 sekund do 60 minut, a wielkości dynamiczne (przyspieszenia i siły) mierzone są z częstotliwością 100Hz.

PoniŜej zestawiono czujniki wykorzystywane do monitoringu konstrukcji z podaniem ich oznaczenia, typu, funkcji, wyglądu zewnętrznego oraz liczby zainstalowanych sztuk.

Page 5: SYSTEM MONITOROWANIA KONSTRUKCJI MOSTU R DZI Ńimikb.pk.edu.pl/katedry/l14/files/Biliszczuk-Barcik-Sienko-WDM... · długo ści na trzy niezale Ŝne, nast ępuj ące po sobie konstrukcje

System monitorowania konstrukcji mostu Rędzińskiego we Wrocławiu

Tablica 1. Charakterystyka składników Systemu Monitoringu Konstrukcji.

Lp. Oznaczenie Czujniki Funkcja Wygląd czujników Liczba

czujników

1. Sc

Czujniki strunowe zintegrowane z czujnikami temperatury

Pomiar odkształceń i temperatury na

powierzchni betonu w pylonie oraz

pomostach

16 szt.

2. Si

Czujniki strunowe zintegrowane z czujnikami temperatury

Pomiar odkształceń i temperatury w stali

w pylonie 18 szt.

3. Si1

Czujniki strunowe zintegrowane z czujnikami temperatury

Pomiar odkształceń prętów zbrojeniowych

16 szt.

4. Sc1

Czujniki strunowe zintegrowane z czujnikami temperatury

Pomiar odkształceń i temperatury wewnątrz

betonu w podstawie pylonu (segment P-0)

24 szt.

5. Sc2

Czujniki strunowe zintegrowany z czujnikiem temperatury

Pomiar „napręŜeń” betonu w podstawie

pylonu (segment P-0) 8 szt.

6. Tr

Czujniki strunowe zintegrowane z czujnikami temperatury

Pomiar przemieszczeń liniowych pomostu względem pylonu

4 szt.

7. A Akcelerometry Pomiar przyspieszenia pylonu, pomostu oraz

want

30szt.

Page 6: SYSTEM MONITOROWANIA KONSTRUKCJI MOSTU R DZI Ńimikb.pk.edu.pl/katedry/l14/files/Biliszczuk-Barcik-Sienko-WDM... · długo ści na trzy niezale Ŝne, nast ępuj ące po sobie konstrukcje

W. Barcik, R. Sieńko, J. Biliszczuk

8. Te Czujniki temperatury

Pomiar temperatury wybranych elementów

konstrukcji w miejscach, gdzie nie zainstalowano

czujników zintegrowanych

z czujnikiem temperatury

16 szt.

9. Tt Kątomierze Pomiar przemieszczeń kątowych w gałęziach pylonu oraz pomostach

10 szt.

10. F Siłomierze Pomiar sił w cięgnach podwieszających 80

want 80 szt.

Zadaniem systemu jest wspomaganie ekspertów w określaniu rzeczywistego stanu

statyczno i dynamiczno-wytrzymałościowego monitorowanych elementów konstrukcji w trakcie normalnego uŜytkowania obiektu, przejazdów pojazdów ponadnormatywnych, silnych porywów wiatru, a takŜe w przypadku róŜnych sytuacji wyjątkowych, np. uszkodzenia want w wyniku kolizji drogowej.

Wybór punktów, w których powinny zostać zainstalowane czujniki oraz przyjęcie wielkości fizycznych, które powinny być rejestrowane, poprzedzone było szczegółowymi analizami statycznymi i dynamicznymi, uwzględniającymi róŜnego rodzaju alternatywne schematy geometryczne oraz obciąŜenia. Szczególną uwagę zwrócono na oddziaływania o charakterze wyjątkowym.

System monitoringu musi zapewniać pomiar wszystkich wielkości fizycznych przez cały okres eksploatacji mostu. Zatem zainstalowane czujniki powinny charakteryzować się przynajmniej kilkudziesięcioletnim okresem trwałości i stabilności pomiarów w czasie. Ten warunek, przy jednocześnie stosunkowo niskim koszcie jednostkowym, spełniały czujniki strunowe – [4, 5, 6]. Większość czujników zastosowanych do budowy systemu monitorowania mostu wykorzystują w swej budowie technologię strunową.

Określenie sposobu pracy konstrukcji na podstawie pomiarów wybranych wielkości fizycznych stanowiących odpowiedź konstrukcji na przykładane do niej obciąŜenia jest znane w mechanice konstrukcji jako zadanie odwrotne. By móc je zrealizować z zadowalającą dokładnością, konieczne jest takie zaplanowanie punktów pomiarowych, by praca konstrukcji w tych miejscach była reprezentatywna dla większej części obiektu. Dodatkowym utrudnieniem podczas procesu projektowania systemu monitorowania był fakt, Ŝe obiekt jest konstrukcją Ŝelbetową, w której w trakcie eksploatacji zachodzą zjawiska reologiczne. Nie jest zatem moŜliwe proste przejście z mierzonych odkształceń, czy przemieszczeń na napręŜenia w betonie. Brak znajomości funkcji opisującej zmienność modułu spręŜystości betonu w czasie powoduje, Ŝe interpretowanie klasycznych pomiarów odkształceń jest bardzo trudne. By móc zaniedbać konieczność znajomości modułu spręŜystości betonu zastosowano w dolnych częściach segmentów pylonów czujniki do

Page 7: SYSTEM MONITOROWANIA KONSTRUKCJI MOSTU R DZI Ńimikb.pk.edu.pl/katedry/l14/files/Biliszczuk-Barcik-Sienko-WDM... · długo ści na trzy niezale Ŝne, nast ępuj ące po sobie konstrukcje

System monitorowania konstrukcji mostu Rędzińskiego we Wrocławiu

pomiaru „napręŜeń” w betonie. Czujnik ten oczywiście realizuje pomiar odkształceń, jednak nie betonu, a krótkiego (50mm) elementu stalowego połączonego szeregowo z długim (ok. 600mm) elementem betonowym wyizolowanym z konstrukcji za pomocą specjalnej porowatej rury, jednak wykonanym z tego samego betonu co konstrukcja i pracującym w tych samych warunkach cieplno-wilgotnościowych co analizowany element.

Na rys. 5 pokazano schemat czujnika do pomiaru „napręŜeń” w betonie, a na rys. 6 – widok czujnika podczas jego montaŜu w konstrukcji. Betonowy walec jest tu swoistym przekaźnikiem odkształceń, którym podlega konstrukcja betonowa. Jeśli zmierzoną przez stalowy element czujnika siłę podzielimy przez pole powierzchni walca, uzyskamy napręŜenie w betonie. Jeśli dodatkowo, w sąsiedztwie czujnika napręŜeń, zainstalujemy czujniki odkształceń betonu, będziemy mogli kontrolować w czasie zmianę modułu spręŜystości betonu, zakładając, Ŝe zaleŜność σ-ε ma postać liniową w zadanym przedziale napręŜeń. Informacja ta jest bardzo istotna z punktu widzenia późniejszych analiz całej konstrukcji.

Rysunek 5. Strunowy czujnik do pomiaru „napręŜeń” w betonie.

Rysunek 6. Widok zamontowanego czujnika do pomiaru „napręŜeń” w betonie bezpośrednio przed betonowaniem elementu. W głębi widoczne strunowe czujniki do pomiaru odkształceń Betonu.

Znaczne nasycenie przekroju betonowego zbrojeniem powoduje szczególny sposób pracy całego elementu. W celu określenia, jaka część odkształceń/napręŜeń przejmowana

Page 8: SYSTEM MONITOROWANIA KONSTRUKCJI MOSTU R DZI Ńimikb.pk.edu.pl/katedry/l14/files/Biliszczuk-Barcik-Sienko-WDM... · długo ści na trzy niezale Ŝne, nast ępuj ące po sobie konstrukcje

W. Barcik, R. Sieńko, J. Biliszczuk

jest przez beton, a jaka przez stal zbrojeniową, w kaŜdym naroŜniku najniŜszego segmentu pylonu zainstalowano czujniki do pomiaru odkształceń w prętach zbrojeniowych. By uniknąć montaŜu czujników na budowie, zdecydowano się na zastosowanie przetwornika wykonanego z płaskownika, na którego obydwu powierzchniach przygrzano dwa strunowe czujniki odkształceń. Same płaskowniki zostały przyspawane dwoma końcami do wybranych prętów zbrojeniowych – rys. 7.

Rysunek 7. Sposób pomiaru odkształceń prętów zbrojeniowych najniŜszego segmentu pylonu.

Lokalizację czujników zainstalowanych w dolnych segmentach pylonu pokazano przykładowo dla jednego z naroŜy.

Rysunek 8. Lokalizacja czujnika „napręŜeń” Sc2, czujników odkształceń betonu Sc1 oraz czujników odkształceń prętów zbrojeniowych Si1 w jednym z ośmiu naroŜy najniŜszych segmentów pylonu

Na rys. 9 pokazano sposób ułoŜenia czujników do pomiaru głównych odkształceń w ścianach Ŝelbetowych i stalowych pylonu. Rys. 10 pokazuje widok zamontowanych juŜ czujników przed załoŜeniem osłony termiczno-mechanicznej.

Rysunek 9. Schemat montaŜu czujników odkształceń w postaci rozet. Z lewej – czujniki do pomiaru odkształceń betonu, z prawej – czujniki do pomiaru odkształceń płaszcza stalowego.

Page 9: SYSTEM MONITOROWANIA KONSTRUKCJI MOSTU R DZI Ńimikb.pk.edu.pl/katedry/l14/files/Biliszczuk-Barcik-Sienko-WDM... · długo ści na trzy niezale Ŝne, nast ępuj ące po sobie konstrukcje

System monitorowania konstrukcji mostu Rędzińskiego we Wrocławiu

Rysunek 10. Czujniki odkształceń betonu (z lewej) i stali (z prawej) zamontowane w postaci rozet.

Konstrukcja mostu została wyposaŜona w 30 piezoelektrycznych czujników drgań zamontowanych na pylonie, pomoście i wantach. Ich zadaniem jest określanie odpowiedzi konstrukcji na przykładane do niej obciąŜenia o charakterze dynamicznym oraz identyfikacja postaci drgań własnych i towarzyszących im częstości w celu umoŜliwienia prowadzenia tzw. doświadczalnej analizy modalnej. Szczególną uwagę poświęcono instalacji czujników na wantach, gdyŜ tam naraŜone one są na ekstremalne warunki środowiskowe. Na rys. 11 pokazano widok zamontowanego juŜ zestawu czujników do pomiaru drgań want w dwóch prostopadłych kierunkach.

Rysunek 11. Zestaw czujników przyspieszeń zainstalowany na wancie po przykryciu obudową termiczno-mechaniczną.

Ze względów bezpieczeństwa obudowa czujnika została zamontowana aŜ trzema opaskami zaciskowymi ze stali nierdzewnej.

Page 10: SYSTEM MONITOROWANIA KONSTRUKCJI MOSTU R DZI Ńimikb.pk.edu.pl/katedry/l14/files/Biliszczuk-Barcik-Sienko-WDM... · długo ści na trzy niezale Ŝne, nast ępuj ące po sobie konstrukcje

W. Barcik, R. Sieńko, J. Biliszczuk

Na pojedynczych splotach wybranych osiemdziesięciu want zainstalowano elektrooporowe czujniki siły, których zadaniem jest określanie zmian wartości napięcia want w okresie eksploatacji mostu. PoniewaŜ sploty poszczególnych want nie są ze sobą zespolone i naciągnięte są tą samą siłą, przyjęto załoŜenie, Ŝe w przypadku uszkodzenia dowolnego ze splotów, zmiana siły musi nastąpić we wszystkich pozostałych splotach, w tym w splocie, na którym zainstalowano siłomierz.

Sygnały ze wszystkich czujników przesyłane są do sześciu lokalnych serwerów SAD, tam zapisywane na twardych dyskach i dalej przesyłane światłowodem do CGD zlokalizowanego w Centrum Zarządzania AOW. Widok wnętrza jednej z jednostek SAD pokazano na rys. 12.

Rysunek 12. Widok wnętrza jednostki lokalnej SAD.

Komputery te zostały zaprojektowane w standardzie serwerowym w obudowie 19”. Ze względu na ich lokalizację we wnętrzu mostu, jednostki te muszą spełniać bardzo surowe wymagania związane z odpornością na zmienną temperaturę, wilgotność powietrza oraz wyładowania atmosferyczne. W związku z tym zostały one wyposaŜone w czujniki temperatury, wilgotności powietrza oraz nagrzewnice i układy wentylacji. Zabezpieczenia przed wyładowaniami atmosferycznymi stanowią wysokiej klasy iskrowniki.

Sumarycznie na moście zainstalowano 222 czujniki realizujące pomiar róŜnych wielkości fizycznych. Ze względu na fakt, Ŝe wszystkie czujniki strunowe wyposaŜone są standardowo w czujniki temperatury, przy ich pomocy wykonywanych jest dodatkowo 96 odczytów temperatury. Zatem w jednej chwili czasowej wykonywany jest pomiar 318 czujników wykorzystujących w swej budowie róŜne technologie: od klasycznej tensometrii elektrooporowej, przez technologię strunową po piezoelektryczną.

Page 11: SYSTEM MONITOROWANIA KONSTRUKCJI MOSTU R DZI Ńimikb.pk.edu.pl/katedry/l14/files/Biliszczuk-Barcik-Sienko-WDM... · długo ści na trzy niezale Ŝne, nast ępuj ące po sobie konstrukcje

System monitorowania konstrukcji mostu Rędzińskiego we Wrocławiu

CGD zostało wyposaŜone w dedykowane oprogramowanie, które w czasie rzeczywistym analizuje spływające doń dane pomiarowe i przekazuje wyniki tych analiz w postaci raportów osobom odpowiedzialnym za bezpieczeństwo obiektu.

Dowolna liczba uŜytkowników moŜe posiadać uprawnienia do logowania się poprzez sieć internet w celu przeglądania danych, ich analiz oraz kopiowania danych. Administrator systemu posiada moŜliwość definiowania i likwidacji uŜytkowników, jak równieŜ definiowania ich uprawnień dostępu do Centrum Gromadzenia Danych. Na rys. 13 pokazano przykładowe okno programu komputerowego słuŜące do prezentacji wyników pracy systemu monitoringu konstrukcji. MoŜliwe jest takŜe prezentowanie wyników na wykresach w dowolnych zestawieniach czasowych oraz w porównaniu z innymi wielkościami fizycznymi. Szczegółowe analizy teoretyczne prowadzone mogą być na danych pobranych bezpośrednio z plików tekstowych zapisanych w bazach danych.

Rysunek 13. Przykładowe okno dialogowe systemu monitoringu konstrukcji.

Dla wszystkich wielkości fizycznych określono wartości progowe (minimalne i maksymalne), których przekroczenie oznacza zagroŜenie bezpieczeństwa konstrukcji. W momencie, gdy dla dowolnej wielkości pomiarowej zostanie zarejestrowana wartość przewyŜszająca zdefiniowany próg pomiarowy, uruchamiany jest tryb alarmowy, podczas którego komputer automatycznie wysyła informacje do osób odpowiedzialnych za utrzymanie obiektu.

Podczas normalnej pracy, system monitoringu w zadanych odstępach czasowych, dokonuje kontroli poprawności działania wszystkich elementów składowych systemu, gdyŜ tylko poprawne dane pomiarowe mogą słuŜyć do oceny stanu bezpieczeństwa konstrukcji.

3.2. Monitoring meteorologiczny

Zadaniem systemu monitoringu meteorologicznego jest zaopatrywanie Centrum Gromadzenia Danych w informacje dotyczące kierunku i prędkości wiatru na wysokości

Page 12: SYSTEM MONITOROWANIA KONSTRUKCJI MOSTU R DZI Ńimikb.pk.edu.pl/katedry/l14/files/Biliszczuk-Barcik-Sienko-WDM... · długo ści na trzy niezale Ŝne, nast ępuj ące po sobie konstrukcje

W. Barcik, R. Sieńko, J. Biliszczuk

ok. 1m pod powierzchnią pomostu oraz ok. 2m nad najwyŜszym punktem pylonu. Na rys. 14 pokazano widok masztu meteorologicznego zlokalizowanego na pylonie.

Rysunek 14. Maszt wraz z czujnikiem kierunku i prędkości wiatru zainstalowany w najwyŜszym punkcie pylonu.

4. Podsumowanie

Opisany w artykule system monitoringu Mostu Rędzińskiego przez rz. Odrę we

Wrocławiu jest obecnie największym systemem pomiarowym zainstalowanym na moście w Polsce i jednym z większych w Europie. Doświadczenia zbierane z analizy wyników pomiarów będą mogły być brane pod uwagę przy projektowaniu kolejnych obiektów o podobnej konstrukcji. Określenie wpływu temperatury, wiatru czy obciąŜeń wyjątkowych na pracę rzeczywistego obiektu jest nie do przecenienia. Pomiary umoŜliwiać będą równieŜ obserwację degradacji stanu technicznego konstrukcji w funkcji upływającego czasu, co wspomagać będzie zarządcę obiektu w planowaniu jego remontów.

Dane pozyskiwane przez system dostarczają informacji na temat rzeczywistych wartości oddziaływań środowiskowych na tego typu obiekt i mogą być wykorzystane do opracowania polskich załączników do Euronorm.

Obserwując rozwój systemów monitorowania konstrukcji w świecie naleŜy sądzić, Ŝe wszystkie odpowiedzialne obiekty mostowe projektowane i wznoszone w Polsce będą wyposaŜane w czujniki do stałej kontroli pracy ich elementów. Obiektami, które powinny być w szczególności nadzorowane przez systemy pomiarowe są mosty podwieszone [2, 3]

Page 13: SYSTEM MONITOROWANIA KONSTRUKCJI MOSTU R DZI Ńimikb.pk.edu.pl/katedry/l14/files/Biliszczuk-Barcik-Sienko-WDM... · długo ści na trzy niezale Ŝne, nast ępuj ące po sobie konstrukcje

System monitorowania konstrukcji mostu Rędzińskiego we Wrocławiu

i wiszące oraz kładki dla pieszych. Te ostatnie, ze względu na swoją małą masę, są szczególnie podatne na oddziaływania dynamiczne pochodzące od tłumu ludzi. Zastosowanie systemu monitorowania moŜe być w tym przypadku połączone ze sterowaniem aktywnymi tłumikami drgań.

*** Uczestnicy procesu: Zamawiający: Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad Oddział we Wrocławiu Koncepcja systemu monitoringu: Zakład Mostów Politechniki Wrocławskiej Projekt wykonawczy: NeoStrain Sp. z o. o. oraz ZB-P Mosty Wrocław s.c. Wykonawca: NeoStrain Sp. z o. o.

Literatura [1] śÓŁTOWSKI K.: Współczesne moŜliwości analizy statycznej i dynamicznej mostów

stalowych, Mosty stalowe. Projektowanie, technologie budowy, utrzymanie, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław 2008;

[2] BILISZCZUK J., HILDEBRAND M., BARCIK W., HAWRYSZUKÓW P.: System obserwacji ciągłej mostu podwieszonego przez Wisłę w Płocku, InŜynieria i Budownictwo, nr 7-8/2006;

[3] śÓŁTOWSKI K., MALINOWSKI M., HILDEBRAND M.: Monitoring mostów podwieszonych, Mosty, nr 3/2009;

[4] BILISZCZUK J., BARCIK W., SIEŃKO R.: System monitorowania mostu w Puławach, Mosty, nr 4/2009;

[5] ONYSYK H.: Analiza wybranych wyników pomiarów elektronicznych mostu przez Wisłę w Puławach, InŜynieria i Budownictwo, nr 7-8/2011;

[6] SIEŃKO R.: Systemy monitorowania obiektów mostowych, Materiały Budowlane, nr 4/2008.

MONITORING SYSTEM OF THE R ĘDZIŃSKI BRIDGE'S STRUCTURE IN WROCŁAW

Summary

In the paper an electronic monitoring system used in the concrete cable-stayed

Rędziński Bridge in Wrocław is described. The system contains 222 sensors registering:

− forces in 80 stay cables (50% of stay cables); − stresses and strains at selected points of the pylon and the superstructure; − angular deformations; − wind velocity; − temperature of structural elements; − acceleration of stay-cables, pylon and deck vibrations.

The system is a serious research tool and will prove useful in the maintenance of the bridge.