Okos híd tartozékok (dilatációk, saruk és földrengés védelmi eszközök) intelligens létesítményekben

Smart bridge components (expansion joints, bearings and seismic devices) for intelligent infrastructure

„Okos” híd tartozékok (dilatációk, saruk és földrengés védelmi eszközök) intelligens létesítményekben


1

Introduction to Structural Monitoring / A monitoring rendszerek bemutatása

2

SMART Bearings / „Okos” saruk

3

SMART Seismic Devices / „Okos” földrengésvédelmi eszközök

4

SMART Joints / „Okos” dilatációk mageba | 20.06.2017| page 2

Reasons to have Monitoring / Miért van szükség monitoringra?  Safety concerns / Biztonság  Stability / safety of the structure  Existing structures / construction phase

 Optimization (maintenance / repair costs) / Karbantartási és javítási optimalizáció  Life-cycle costs / Élettartam  New and existing structures / Új és meglévő szerkezetek

 Review / confirm design / Szerkezet felülvizsgálat / igazolás  Design  reality comparison / Tervezés összehasonlítása  New structures / Új szerkezetek

 Specific cases (statistic) / Egyedi esetek (statisztika)  Traffic, movements, climatic data, etc. /Közlekedés, légköri adatok, stb.  New and existing structures / Új és meglévő szerkezetek mageba | 20.06.2017| page 3

Advanced SHM Systems / Komplex Monitoring rendszer Szerkezeti hőm. Nyúlásmérő Szél/Időjárás érz. Elmozdulás érz. Gyorsulás mérő

Dőlésmérő Korrózió érz. Kamera/forg. elemző

Erőmérő

Around 100 sensors Kb. 100db érzékelő mageba | 20.06.2017| page 4

Monitoring for key bridge components / Monitoring a híd elemeknél

Bridge bearings -SARUK

Seismic devices FÖLDRENGÉS VÉDELEM

Expansion joints DILATÁCIÓK

Monitoring & Services MONITORING ÉS SZOLGÁLTATÁSOK

mageba | 20.06.2017| page 5

Modern SHM systems offer user-friendly access via the internet A modern monitoring rendszerek felhasználó barát hozzáférést biztosítanak az interneten keresztül

mageba | 20.06.2017| page 6

Data presentation / Adatok

Zoom function (current day, current week, current month, free zoom, …)

Complete view of the monitored parameters A vizsgált paraméterek teljes áttekintése mageba | 20.06.2017| page 7

Data presentation / Adatok

Zoom function (current day, current week, current month, free zoom, …)

Correlations: temperature - displacement - accumulated movement Összefüggések: hőmérséklet-elmozdulás-összesített mozgás mageba | 20.06.2017| page 8

Data Download / Adatok letöltése

Presentation of data - converted to table form & exported as CSV file Adatok bemutatása – táblázatos és formában és CSV fájlba exportálva mageba | 20.06.2017| page 9

Data analysis / Adatok elemzése Typical Daily Displacement measurement on the Joint

0.3 0.29

Displacement [m]

0.28 0.27 0.26 0.25 0.24 0.23 0.22

0

100'000

200'000

300'000

400'000

500'000

600'000

700'000

800'000

900'000

Nr. of Measurements

Typical daily expansion joint movements shown by 864,000 values (24 hours at 10 Hz) Dilatáció jellemző napi mozgása 864.000 érték (24 óra 10 Hz) mageba | 20.06.2017| page 10

Data analysis / Adatok elemzése

Histogram - Mesured Displacements- Sensor 1

25000

20000

15000

10000

5000

0

0.2

0.25

0.3 0.35 Frequency [Hz]

0.4

0.45

Histograms used to show distribution of measurements (number of times a value of measurement arose during given period) Hisztogramon mutatható meg mérések eloszlása (adott érték előfordulása megadott idő alatt) mageba | 20.06.2017| page 11


Maximum Opening during ~ 2 Years, MAX sensor 2: 0.17744m;

0.4

Joint Displacement

30

Temperature every 5 minutes

0.38

25

0.36

Displacement [m]

0.34

15

0.32 10 0.3 5

0.28

0

0.26

-5

0.24

-10

0.22 0.2 07.04.11

Temeperature [ºC]

20

16.07.11

24.10.11

01.02.12

11.05.12

19.08.12

27.11.12

-15 07.03.13

Date

Measured data (graph form) & correlation analyses with temperature Mért adatok (grafikusan ábrázolva) és az összefüggés a hőmérséklettel mageba | 20.06.2017| page 12


Regression models showing time evolution of displacement before and after Elimination of environmental effects - Possible damage detection Regressziós modell az idő függvényében mutatja az elmozdulást a környezeti hatások figyelembe vételével és anélkül – Lehetséges sérülés felderítése mageba | 20.06.2017| page 13


1


2


3


4


ROBO®CONTROL on POT bearings – calibration ROBO®CONTROL fazéksaru kalibrálásakor

mageba | 20.06.2017| page 15

Characteristics of smart monitoring for structural bearings Az „okos” saruk jellemzői Features / Tulajdonságok • Small, self-powered and integrated acquisition unit / Kis méret, önálló áramforrás, önállóan beszerezhető • Precise and durable sensors / Pontos és tartós érzékelő • Robust electronics / Robusztus elektronika Sample benefits for end user / Előnyök a végfelhasználónak • Optimisation of maintenance intervals / Karbantartási időtartam optimalizálás • Warnings in case of passing of certain thresholds / Riasztás különböző küszöbértékek átlépésekor • Real-time availability of various parameters / Valós idejű adatok • Optimisation of design based on actual required rotational and movement capacities / Tervezés optimalizálása a tényleges elfordulás és elmozdulás alapján

Integrated smart system for structural bearings Beépített okos rendszer szerkezeti saruknál mageba | 20.06.2017| page 16

Short explanation / Rövid leírás

Railway Bridge Vasúti híd

Installation Beszerelés

Data check online Adatok ellenőrzése online mageba | 20.06.2017| page 17

Short explanation / Rövid leírás

mageba | 20.06.2017| page 18

Lavoitobel Bridge - Switzerland

New vertically oriented bearings to transfer longitudinal deck forces direct to the abutment. Verify that load distribution operated as planned. Függőleges irányú új saru beépítése, hogy a hosszirányú erőket közvetlenül átvigye a támaszra. Annak igazolása, hogy az erőelosztás a tervezettnek megfelelően működik. mageba | 20.06.2017| page 19


SHMS complete with integrated solar panel on its cover for power supply and a separate weather sensor Komplett rendszer beépített napelemmel a fedélen az energia ellátáshoz és különálló időjárás szenzor mageba | 20.06.2017| page 20


mageba | 20.06.2017| page 21

Nanin Bridge - Switzerland

11 years long term monitoring with: 2 temperature sensors, 2 pressure s., 2 displacement s.

11 évig tartó monitoring: 2db hőmérséklet, 2db nyomás, 2db elmozd. szenzor mageba | 20.06.2017| page 22

Nanin Bridge - Switzerland Sensors, equipment, solar panel, battery and installation Érzékelők, berendezések, napelem, akkumulátor és telepítés

mageba | 20.06.2017| page 23

WEH BRIDGE – Mumbai Metro, India

mageba | 20.06.2017| page 24

WEH BRIDGE – Mumbai Metro, India Sensor layout / Érzékelők elrendezése

mageba | 20.06.2017| page 25

WEH BRIDGE – Metro Mumbai, India Sensors and equipment / Érzékelők és berendezések

Cable accelerometer Kábel gyorsulásmérő

Strain gauges Nyúlásmérők

Structural accelerometer Szerkezeti gyorsulásmérő

Laser displacement Lézeres elmozdulás mérő

Wind intensity Szél intenzitás

Inclinometer Dőlésmérő

Wind direction Szélirány

Potentiometer Feszültségmérő mageba | 20.06.2017| page 26

WEH BRIDGE – Metro Mumbai, India

Effect of temperature on the Joint

0.4

35

Joint Displacement 0.38

30

Temperature every 5 minutes

25 20 15

0.34

10 0.32

5

Temeperature [ºC]

Displacement [m]

0.36

0

0.3

-5 0.28 -10 0.26 19.08.12

08.09.12

28.09.12

18.10.12

07.11.12

27.11.12

17.12.12

06.01.13

26.01.13

15.02.13

-15 07.03.13

Date

mageba | 20.06.2017| page 27


1


2


3


4


New Kawarau Bridge - New Zealand

mageba | 20.06.2017| page 29


Testing in Laboratory: Force and displacement measurements Laboratóriumi tesztek: Erő és elmozdulás mérések mageba | 20.06.2017| page 30


mageba | 20.06.2017| page 31

Measurement of forces in STUs and correlation with temperature and acceleration A mért erőhatások a csillapítókon (STU) és az összefüggés a hőmérséklettel és a gyorsulással mageba | 20.06.2017| page 32


Testing of seismic devices on site – Earthquake and traffic monitoring A földrengésvédelmi berendezések helyszíni tesztje – földrengés és forgalom vizsgálat mageba | 20.06.2017| page 33


Testing of seismic devices on site – Earthquake and traffic monitoring A földrengésvédelmi berendezések helyszíni tesztje – földrengés és forgalom vizsgálat mageba | 20.06.2017| page 34

Roof of the Greek National Opera in Athens Az új Görög Nemzeti Operaház tetőszerkezete

System composed by: •

dampers and springs / rezgéscsillapítók és rugók

•

differential vertical movements / függőleges mozgások

•

pressure and temperature / nyomás és hőmérséklet

mageba | 20.06.2017| page 35

Roof of the Greek National Opera in Athens

mageba | 20.06.2017| page 36


mageba | 20.06.2017| page 37


Advanced Monitoring Sensor Pressure sensors (1 every spring system) Pressure sensors per 2 damper Displacement sensors Temperature sensor for 1 spring attached to the surface Temperature sensor for 1 damper attached to the surface Secondary box for each frame Air temperature and humidity and wind Master data acquisition Computer for data management Sum:

Sensors per Frame 4 2 1 1 1 1 1 1 1

Number of Frames 30 30 30 30 30 30 1 1 1

Total Sensors/Equipment 120 60 30 30 30 30 1 1 1 303 mageba | 20.06.2017| page 38


mageba | 20.06.2017| page 39

Control Room - Uplift live-view Ellenőrző szoba – élőkép a beemelésről

mageba | 20.06.2017| page 40

On site and online data presentation Helyszíni és valós idejű adatok Online Permanent monitoring

mageba | 20.06.2017| page 41

Uplift – Removal of scaffolding Beemelés – Állványzat bontása

mageba | 20.06.2017| page 42


1


2


3


4


Taizhou Bridge (China)

mageba | 20.06.2017| page 44

Taizhou Bridge (China) • Maintenance assistance / Karbantartás támogatás • Safety monitoring / Biztonsági felügyelet • Confirmation of design criteria / Tervezési feltételek igazolása • Alarm notification if max-min opening is exceeded / Riasztás ha a max-min nyílásméretet túllépi • Correlation analysis with temperature / Összefüggés a hőmérséklettel

mageba | 20.06.2017| page 45


5 Temperature, 16 displacement sensors and 8 accelerometers 5db hőmérséklet, 16db elmozdulás érzékelő és 8db gyorsulásmérő mageba | 20.06.2017| page 46


Ultrasonic and wire sensors measuring longitudinal displacements. Correlation between centerbeam and bridge movements. / Ultrahangos és vezetékes érzékelők mérik a hosszirányú elmozdulást. Összefüggés a központi gerenda és a híd mozgása között.

mageba | 20.06.2017| page 47


Measures movements & rotations of deck at expansion joints location Mért elmozdulások és elfordulások a felszínen a dilatációnál mageba | 20.06.2017| page 48


Site tests – damage detection of artificial faults Helyszíni teszt – sérülés vizsgálat mesterséges hibával

mageba | 20.06.2017| page 49


After determining the normal levels of vibrations, artificial failures were created in order to simulate damage (loss of pre-stress of springs simulated by removing stirrups around joists) A normál szintű rezgés meghatározása, mesterséges hibák előidézésével szimulálva a sérülést (a kengyelek kiszerelése a dilatáció körül így a rugók előfeszítésének elvesztését szimulálva) mageba | 20.06.2017| page 50


Damage detection by automated vibration measurements Sérülés felderítés automatikus rezgés méréssel mageba | 20.06.2017| page 51


mageba | 20.06.2017| page 52

Taizhou Bridge (China) Automatic algorithms to get the daily data analyzed Automatikus algoritmus a napi adatok továbbítására

Each type of damage causes a notable repeated hammering on the structural parts of the expansion joints, enabling the sensors installed on the joist beams to detect it immediately Minden sérülés kattogást okoz a dilatáció szerkezeti elemein ezáltal lehetővé teszi az azonnali felderítést az érzékelők által mageba | 20.06.2017| page 53


mageba | 20.06.2017| page 54

The Alvsborg Bridge in Gothenburg, Sweden

mageba | 20.06.2017| page 55


mageba | 20.06.2017| page 56


By   

measuring: Movement capacities (max/min) Accumulated movements (per year) Rotational capacities

Mérés Elmozdulási kapacitás (max-min) Összesített elmozdulás (évenként) Elfordulási képesség

… the designer can optimize: … a tervező optimalizálni tudja:  Selection of joint type (e.g. modular or finger?) a dilatáció típusának kiválasztását  Selection of sliding material (to ensure long life) a csúszófelület anyagának kiválasztását

SHM system to optimize design of new expansion joints SHM rendszer új dilatációk tervezési optimalizálásához mageba | 20.06.2017| page 57


Correlations: temperature - displacement - accumulated movement Összefüggés: hőmérséklet – elmozdulás – összesített elmozdulás mageba | 20.06.2017| page 58

Monitoring of stay cables Ferdekábeles hidak felügyelete

Key components on cable stay bridges are the stay cables: their performance is crucial to the construction stage and life of the structure A kábelek a fő elemek: ezek teljesítőképessége alapvető az építési fázisban és a működés közben mageba | 20.06.2017| page 59

Monitoring of stay cables Ferdekábeles hidak felügyelete

Measurements of ambient and forced vibrations allow to accurately and continuously determine the tensions and damping coefficients of the stay cables A pillanatnyi és az előfeszített rezgés mérésével pontosan és folyamatosan meghatározható a feszültségi és a csillapítási együttható a kábelben

mageba | 20.06.2017| page 60

Monitoring of stay cables FDD - Singular values -120

0.04

data1

-130 -140

0.03 SVD.[deb]

-150

0.02

-160 -170 -180 -190 -200

0

-210 2

4

-0.01

6

8 Frequency [Hz]

10

12

Cable Tension vs. Time 6200

-0.02

6150 6100

-0.03

6050 Load [kN]

Acceleration [m/s2]

0.01

-0.04

6000 5950 5900 5850

-0.05

5800

1

1.5

2

Data

2.5

3 x 10

4

5750 19:12

21:36

00:00

02:24

04:48

07:12 Time

09:36

12:00

14:24

16:48

Damping effect after a forced excitation, Stay cable natural frequencies and Tension forces. Csillapítási hatás kényszerített gerjesztés után, Feszítőkábel saját frekvenciája és Feszítőerők mageba | 20.06.2017| page 61

Benefits of use of SHM systems on key structural components SHM rendszer használatának előnyei

Confirmation of performance of components and condition assessment of structure Az elemek teljesítőképességének igazolása és állapot felmérés

Understanding bridge’s behavior, effects of traffic and environmental influences A híd működésének megértése, forgalom és környezeti hatások függvényében

Quantification of movements, rotations, forces, loads, etc. (absolute and accumulated) Elmozdulás, elfordulás, erők, terhek, stb. számszerűsítése (abszolút és összesített)

Lower costs Less disruption to traffic Lower environmental impact Kisebb költség/forgalomkorlátozás/környezeti hatás

Alarm feature in case of damage or unexpected occurrences Riasztás sérülés és váratlan esemény esetén

Optimization of structural component and design mageba | 20.06.2017| page 62

Thank you for your attention Köszönöm a figyelmet! Prepared/Készítette: Kleidi Islami, PhD [email protected]

Translated/Fordította: Bondár Tibor [email protected]

Okos híd tartozékok (dilatációk, saruk és földrengés védelmi eszközök) intelligens létesítményekben

Recommend Documents