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 ?
plánovaný směr křivky 1.60
zaměřený cíl
odolnost konstrukce
1.40
úroveň varování a nutnost opravy
1.25
rehabilitace
Selhání
1.00 0.80 0.60
měřená plánovaná
0.40 0.20 0.00 0 3
10
20
30
40
50
60
70
80
90
provozní životnost [roky]
Index spolehlivosti => odolnost konstrukce během provozní životnosti
100
Působení systému BRIMOS
EURO [milliardy]
EURO [milliardy]
2005
40 investice do novostaveb
1000
30
odhad budoucí údržby
ovlivnìní BRIMOSem
500
20
odhad budoucího nového stavìní
investice do údržby
100
10
rok 0
0 1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
2020
2030
2040
2050
roèní náklady na údržbu
roèní náklady do novostaveb
2000
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 1920 - 1945 1965 - 1975 1970 - 1980 1975 - 1990 1980 - 1990 1990 - 2000 1992 - 1995 AVM) 1993 - 1996 Od roku 1994 Od roku 1995 Od roku 1996 2000 2002 2004
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 Zavádění měření podporovaných počítači 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 Více než 120 měřených a zhodnocených nosných konstrukcí BRIMOS recorder ® 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 Kanal_02_g Kanal_22_g
Kanal_05_g
Kanal_07_g
Kanal_08_g
Kanal_09_g
Kanal_10_g
Kanal_12_g
Kanal_15_g
95
µg 8.5
90
8.0
85
7.5
80
7.0
75 70
6.5
65
6.0
60 5.5
55 5.0
50 4.5
45 4.0
40 3.5
35 3.0
30 2.5
25 2.0
20
1.5
15
1.0
10
0.5
5
0.0
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
2
4
6
8
zjednodušený, analytický výpočet
f1 = 5,31 Hz f2 = 16,20 Hz f3 = 36,43 Hz
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
44
46
48
50 Hz
1. Frekvenční Spektrum => dynamicky účinná tuhost
2. Měřený tvar kmitočtu
1. Eigenform vertikal bei 5.20 Hz Vyskov Eisenbahnbrücke Brno
Station in m 0,00
2,50
5,00
7,50
10,00
12,50
15,00
Prerov 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
4. Eigenform vertikal bei 11.47 Hz Vyskov Eisenbahnbrücke
Station in m 0,00
2,50
5,00
7,50
10,00
12,50
15,00
Prerov 17,50
20,00
22,50
1,50
1,50
1,00
1,00
0,50
0,50
0,00
0,00
Feld 1
Brno
25,97
Station in m 0,00
2,50
5,00
7,50
10,00
12,50
15,00
Prerov 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
Brno
Station in m 0,00
2,50
5,00
7,50
10,00
12,50
15,00
Prerov 17,50
20,00
22,50
Brno
Station in m 0,00
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
11. Eigenform vertikal bei 18.64 Hz Vyskov Eisenbahnbrücke
7. Eigenform vertikal bei 17.51 Hz Vyskov Eisenbahnbrücke
5. Eigenform vertikal bei 13.72 Hz Vyskov Eisenbahnbrücke
-1,50
2,50
5,00
7,50
10,00
12,50
15,00
Prerov 17,50
20,00
22,50
Brno
Station in m 0,00
25,97
2,50
5,00
7,50
10,00
12,50
15,00
Prerov 17,50
20,00
22,50
25,97
3,00
3,00
3,00
3,00
2,50
2,50
2,50
2,50
2,00
2,00
2,00
2,00
1,50
1,50
1,50
1,50
1,00
1,00
1,00
1,00
0,50
0,50
0,00
0,00
-0,50
-0,50
0,50
0,50
0,00
0,00
-0,50
-0,50
-1,00
-1,00
-1,00
-1,00
-1,50
-1,50
-2,00
-2,00
-1,50
-1,50
-2,50
-2,50
-2,00
-2,00
-3,00
-3,00
-2,50
-3,50
-3,50
-3,00
Feld 1
Měřený tvar kmitočtu
Feld 1
-2,50 -3,00
Feld 1
3. Kmitací intenzita
Schwingungsintensität Vyskov Eisenbahnbrücke
Amplitude
10000 6.4 mm²/s² 64 mm²/s² 2000 mm²/s² 1.EF 6.EF 2.EF 7.EF 3.EF 8.EF 4.EF 9.EF 5.EF 10.EF
1000 III
IV
100 I
II
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 mm
mm
cutting out of the i-th Eigenfrequency
150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
displacement spectrum 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
back transformation into the time range (IFFT)
mm 1.8 1.2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12 13
14
0.6
15
Hz
0.0 -0.6
mm 1,5
subvision into time windows, trigger criterion
trigger point
-1.2 -1.8 -2.4 70.0
trigger value
72.5
75.0
77.5
80.0
82.5
85.0
87.5
90.0
92.5
95.0
s
0
tau -1,5
time window total measuring duration
s
10-6 m
averaging of the time window which fulfill the trigger criterion
395.4 330.4
xn
265.4
xn+m
200.4 135.5 70.5 5.5 -59.5 -124.5 -189.5 -254.5 -319.5
průměrné tlumení
61.9
62.6
63.3
64.0
64.6
65.3
66.1
66.8
67.4
68.1
68.8
s
xn 1 ln x n+m m 2 ... damping coefficient of the i-th eigenfrequency
4. tlumení z frekvenčního pásma Přehled tlumení přes celou konstrukci Darstellung der Dämpfungswerte Vyskov Eisenbahnbrücke
Darstellung der Dämpfungswerte Vyskov Eisenbahnbrücke 20,00
22,50
5.05
5,50 5,00
4,50
4,50
4,00
4,00
3,50
3,50
3,00
3,00
1,50
1,00
1,00
0.07
0,00
0.06
1,50
0.06
2,00
0.07
2,50
2,00
0.07
2,50
0,50
0,50 0,00
Feld 1
Station in m 0,00
6,00
5,00
2.40
Dämpfung in %
5,50
Brno
25,97
4,50
2,50
5,00
7,50
10,00
12,50
15,00
Prerov 17,50
20,00
22,50
25,97 4,50
4,00
4,00
3,50
3,50
3,00
3,00
2.21
Prerov 17,50
2,50
2,50
2,00
2,00
1,50
1,50
1,00
1,00
0,50 0,00
0.09
15,00
0.09
12,50
0.12
10,00
0.09
7,50
0.09
5,00
0.08
2,50
3.85
Station in m 0,00
6,00
Dämpfung in %
Brno
0,50 0,00
Feld 1
=> Dissipace kmitací energie pouze nad ložisky
5. Klasifikace tlumení
Klasifikace: A – velmi dobrý Klassifizierung: stav A Guter Zustand B – dobrý stav s B Guter Zustand mit trhlinami lokalen Schäden C – problematický C Problematischer Zustand stav
Klassifizierung: 0.86
Lilas Bridge Tertre Bridge
0.84
A Guter 0.80 Zustand
Winden
0.77
Gurkbrücke
C
0.76
B Guter Zustand mit 0.69 Schäden lokalen
0.67
B
0.51 0.48
0.80
Mittersill Roppen Innstraße 2
0.40 0.35
0.34
0.35
0.36 0.33
0.29 0.24
0.25 0.23
0.19
A
Neutal
0.18
Reederbr.
0.13
Wartberg Floridsdf.2
0.07
Regau West
Aschach Innstraße 4 Urslau
Olympiabr. 0.40 Taurach 0.35 0.34 Schw echat Floridsdf.1 0.29 Aistbrücke 0.24 Golling 0.23
Nikolaibr.
Innstraße 3
0.15 0.09 0.06
0.35
Schmiedgr. 0.21
0.19
Innstraße 1 0.35
Gurkbrücke
0.61
B
Oberberg0.52 0.51 Nussdorf 0.47 0.48
S101
Vyskov Eisenbahnbrücke
Vyskov Eisenbahnbrücke
Winden
0.76
0.67 Pongau 0.65 Innstraße 5 0.62 0.60 Tilff Bridge 0.58 Erdberg 0.56
Tamines Br
0.47
0.77
0.69
PORR Br.
0.52
Tertre Bridge
C
Regau West LZ13
0.65 0.62 C Problematischer 0.61 0.60 0.58 Zustand 0.56
Lilas Bridge
0.86 0.84
0.19
Alte Donau 0.19 0.18
0.36 0.33
0.25 0.21
0.35
A
LZ13
Pongau
PORR Br.
Innstraße 5
Tamines Br
Tilff Bridge
Mittersill
Erdberg
S101
Oberberg
Roppen
Nussdorf
Innstraße 2
Olympiabr.
Innstraße 1
Taurach
Neutal
Schw echat
Reederbr.
Floridsdf.1
Nikolaibr.
Aistbrücke
Schmiedgr.
Golling
Wartberg Innstraße 3
0.15 0.13 0.07
Floridsdf.2 Aschach 0.06
Innstraße 4 Urslau
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
ŠKOENERGO 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
