Fulltext File - Техническое регулирование в транспортном

ОСОБЕННОСТИ МОНИТОРИНГА МОСТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ
Нестерова Д.Н., Черных В.К.
Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.
В статье рассмотрены особенности мониторинга мостовых сооружений, который
позволяет анализировать их состояние и принимать своевременные решения по
обеспечению безопасности движения по ним. Рассмотрены общие сведения о мониторинге:
определение, состав, алгоритм, этапы, задачи. Освещены особенности применения
мобильного измерительного комплекса (МИК).
Ключевые слова: мониторинг, контроль, диагностика, прочность, нагрузки,
грузоподъёмность, агрессивная среда, мобильный измерительный комплекс.
FEATURES MONITORING OF BRIDGES
Nesterova D.N., Chernykh V.K.
Saratov State Technical University of a name of Gagarin Y.A.
The article describes the features the monitoring of bridges, which allows us to analyze their
situation and make timely decisions to ensure the safety of traffic on them. The general information
about monitoring: definition, structure, algorithm, stages, tasks. Highlight features of the
application of mobile measuring complex
Keywords: monitoring, control, diagnostics, strength, load, capacity, aggressive
environment, mobile measurement system.
В XXI веке искусственные сооружения на дорогах являются неотъемлемой частью
транспортной инфраструктуры, обеспечивают беспрепятственное, оперативное сообщение,
помогают разгрузить особо загруженные магистрали [1].
Но в современном мире эксплуатация мостовых сооружений
осуществляется в
условиях напряжённой экологической обстановки и агрессивной окружающей среды [2,3]:
повышенная загазованность атмосферы, использование антиобледенительных солей,
неустойчивый климат с частыми циклами замораживания и оттаивания, в приморских
регионах – морская вода. Помимо этого, в сооружениях содержится множество
коммуникаций, что осложняет доступность ремонта и обслуживания.
При таких условиях эксплуатации очень важно иметь полное представление о
процессах, происходящих в конструкциях. Самый современный способ получения подобной
информации - мониторинг, который позволяет обеспечить контроль фактического состояния
объектов, а также их конструктивных элементов [4].
Под мониторингом транспортных
сооружений понимается контроль состояния сооружения с применением специальных
технических средств, размещаемых на конструкциях сооружения с целью получения
необходимой информации для надёжности его дальнейшей эксплуатации [5]. Он включает:

предупреждение негативных изменений объекта на этапах проектирования,
изготовления, эксплуатации;

диагностику – т.е. прогнозирование служебных свойств и живучести объекта
(прочность, остаточный ресурс, грузоподъёмность); систему наблюдения и оценку
изменения состояния объекта.

устранение последствий негативных изменений объекта (ремонт, замена);

разработку мероприятий по управлению (изменению) состояния объекта [6].
Мониторинг технического состояния является наиболее перспективным методом
повышения безопасности эксплуатации сооружений, сводя к минимуму возможность их
внезапного обрушения или повреждения [7,8]. Также мониторинг позволяет оптимизировать
расход средств на эксплуатацию и ремонт сооружений.
Помимо получения информации о состоянии сооружения, мониторинг дает
возможность устанавливать характер изменения данного состояния со временем, чтобы
вовремя применять рациональные ремонтно-профилактические меры и обеспечивать
надёжное выполнение объектом своего функционального назначения [9].
Система мониторинга транспортных сооружений должна включать в себя:
1)
системный анализ условий и факторов, определяющий сопротивление
конструкции мостового сооружения разрушению с учётом различных стадий его жизненного
цикла (проектирование, изготовление, эксплуатация);
2)
и
разработку и использование методов и средств функциональной, специальной
моделирующей
диагностики,
что
позволяет
оценивать
свойства
напряжённо-
деформированного состояния, воздействие среды и обеспечивает надлежащую полноту,
прочность и достоверность экспертных диагностических данных, которые используются для
прогнозирования поведения сооружения;
3)
создание компьютерных банков данных по материалам и их свойствам с
учётом региональных условий их эксплуатации и специфическим воздействиям внешней
среды, а также баз данных по нагрузкам;
4)
создание регламентов мониторинга и диагностики материалов по исходному
состоянию; по изменению свойств материалов при их изготовлении и эксплуатации; оценке
напряженно-деформированного состояния и живучести с учётом изменения свойств
материалов и накопления дефектов; оценке эксплуатационного состояния и экспертизы
отказов транспортного сооружения;
5)
разработку математических моделей, адекватно описывающих процессы
создания и эксплуатации мостовых сооружений и позволяющих описывать живучесть
сооружения по показателям прочности, трещиностойкости, усталости, а также по
функциональным характеристикам;
6)
создание базы типовых расчётных схем конструкций с учётом дефектов
различного вида и происхождения;
7)
результатов
разработку
мер
обеспечения
многофункциональной
надёжности
комплексной
конструкции
оценки
её
на
основании
состояния,
включая
прогнозирование служебных характеристик, а также прогноз ремонтно-профилактических
мер;
8)
подготовку квалифицированных кадров, способных обеспечить системы
мониторинга мостовых сооружений с учётом разрушающего воздействия внешней среды
[10].
Алгоритм мониторинга транспортных сооружений базируется на двух основных
задачах:
1.
Установление характерных внешних воздействий на сооружение.
2.
Оценка способности сооружения сопротивляться этим воздействиям в
определённой среде эксплуатации.
Сопротивление сооружения разрушению определяется 3-мя основными факторами:

Свойствами материала сооружения;

Напряжённо-деформированным состоянием элементов сооружения;

Воздействием окружающей эксплуатационной среды.
Все эти факторы в технологическом и эксплуатационном периодах жизненного цикла
сооружения изменяются с течением времени, влияя друг на друга.
Свойства материала, определяющие сопротивление конструкции разрушению, зависят
от исходных параметров материала, их изменения под влиянием технологической обработки
в процессе изготовления конструкции из них (бетонирование, сварка) и изменения в
процессе эксплуатации.
Напряжённо-деформированное
состояние
сооружения
определяется
эксплуатационными нагрузками, рассчитываемыми при проектировании и с учётом
отклонений, вызванных технологическими и эксплуатационными причинами.
Воздействие
эксплуатационной
среды
определяется
её
свойствами,
характеризующими влияние внешних факторов, таких как климатическое воздействие,
агрессивная атмосфера, воздействие воды и льда, свойства грунтов и т.д. Степень влияния
среды зависит от технологических факторов, обеспечивающих условные контакты
конструкции с элементами эксплуатационной среды [11].
Мониторинг должен быть организован на всех этапах сооружения объекта:

на
этапе
проектирования
он
включает
обоснование
выбора
места
строительства, конструктивную схему, выбор материалов, правильных конструктивных
решений, расчёт напряженно-деформированного состояния, выбор средств защиты от
агрессивного воздействия среды эксплуатации;

на этапе изготовления сооружения он включает соблюдение проектного
решения по технологии сооружения и монтажа;

на этапе эксплуатации производится диагностика состояния сооружения,
оценка грузоподъёмности и остаточного ресурса, а также принятие и осуществление
рекомендаций по ремонту, реконструкции или демонтажу сооружения.
В современном мире постоянный мониторинг применяется нечасто и только в тех
случаях, когда:
• есть вероятность ударных (внезапных) нагрузок вследствие прохождения
грузов сверх нормы либо по сейсмическим причинам;
• сооружение быстро деградирует, но не выявлены причины этой деградации;
• необходима фиксация момента отказа каких-либо элементов, которые
обеспечивают защиту транспортного сооружения (например, деформационного шва), или
дефекты превышают допустимые значения (например, раскрытие трещины);
• необходимо получить информацию для исследовательских целей.
На сегодняшний день известно множество уникальных систем мониторинга. Их
уникальность объясняется, в первую очередь, тем, что:
• оборудование весьма дорогое и сложное в установке, в некоторых случаях
установку можно выполнить лишь в процессе возведения объекта (например, система
постоянного мониторинга сооружений SOFO);
• затруднительно обрабатывать большие объёмы информации, которая
поступает бесперебойно;
Расширению
области
применения
мониторинга
транспортных
сооружений
способствует долгосрочный мониторинг с применением мобильного измерительного
комплекса (МИК), который разработан и испробован Системой Управления Эксплуатацией
Мостовых Сооружений (СУЭМ) [12].
МИК включает в себя приборы многократного использования, не требующие
сложных монтажных работ и применяющиеся на разных типах сооружений, даже круглый
год или в условиях холодного климата. МИК оснащён специальной методикой обработки
больших объёмов информации и быстро находит изменение необходимых величин и
прогнозирует состояние сооружения.
Основа МИКа - технология бесперебойного измерения и записи физических
параметров. Основное звено - информационный накопитель (ИН), который выполняет опрос
датчиков и определяет концентрацию результата измерений в своей памяти для будущего
анализа. Очевидно, что датчики и ИН
обязаны быть надежными и живучими, чтобы
обеспечить их бесперебойное функционирование в окружающей эксплуатационной среде
[13].
Данные приборы применимы для решения всевозможных задач при измерении
(рисунок 1):
- силовых параметров: усилий, давления, напряжений;
- кинематических параметров: углов поворота, перемещений, ускорений,
скоростей, деформаций;
-
климатических параметров: влажность, скорость и направление ветра,
температура;
- электрических параметров: напряжение, ток.
Рисунок 1- Контрольно-измерительное оборудование для мониторинга моста
На
основании
вышеперечисленного
можно
с
уверенностью
сказать,
что
использование мобильного измерительного комплекса позволяет существенно расширить
область
применения
технологии
инструментального
долговременного
мониторинга
транспортных сооружений [14].
В настоящее время на этапе развития российского общества и экономики растут
темпы строительства транспортных сооружений, причем каждый год с повышением
сложности возводимых объектов. Большинство таких объектов строится в сложных
условиях. В связи с этим необходимо разрабатывать такие проекты, которые могли бы
гарантировать безопасность, надёжность, долговечность строящихся объектов.
Безусловно, важно контролировать техническое состояние объектов и на этапе
строительства, и на этапе эксплуатации. Это помогает предупредить появление каких-либо
отклонений, дефектов и аварийных ситуаций, установить степень соответствия нормативам
прочности сооружения, жёсткости, устойчивости. Понятно, что такой контроль должен
происходить систематически.
Мониторинг
транспортных
сооружений
прочно
вошел
в
строительную
и
эксплуатационную практику развитых стран. Он набирает популярность и в России,
т.к. актуален для многих объектов транспортного строительства. Это и тоннели, и дороги, и
большепролётные, и внеклассные мосты. Различные методы контроля сооружений дают
возможность целесообразно производить диагностику конструкций при сооружении
котлованов, возведении опор, пролётных строений, реконструкции старых сооружений,
строительстве тоннелей и др.
Немаловажной в современном мире является задача оптимальной эксплуатации
сооружений, срок службы которых составляет в среднем до 80 лет [15], [16]. Оптимальная
эксплуатация заключается в своевременном ремонте. Имели место случаи, когда
проводились ремонтные работы одних конструкций, в то время как другие простаивали и
подвергались риску обрушения. Благодаря мониторингу, можно проводить ремонт или
реконструкцию именно в необходимый период с целью грамотного использования денежных
средств.
Поэтому актуально разрабатывать инновационные системы и методы мониторинга.
Поспособствовать повсеместному его внедрению и перспективному развитию может
создание единых баз данных по нагрузкам на сооружения, по материалам и их свойствам с
учётом региональных условий, по изменению свойств материалов в процессе изготовления и
эксплуатации, по оценке напряженно-деформационных состояний, живучести, накоплениям
дефектов.
Список литературы:
1. Идентификация объектов транспортной инфраструктуры дорожного хозяйства в
соответствии с новыми принципами технического регулирования /Кокодеева Н.Е., Кочетков
А.В. //Грузовик. 2014. № 2. С. 21-30.
2. Овчинников И.И., Миронов М.Ю., Овчинников И.Г., Снегирев Г.В., Черных В.К.,
Моисеев О.Ю. Обеспечение сохранности малых и средних мостов с металлическими
пролетными строениями// Интернет-журнал «Науковедение», 2013 №5 (18) [Электронный
ресурс]-М.: Науковедение, 2013.
3. Контроль запыленности воздуха при экологическом мониторинге в дорожном
хозяйстве/ Кочетков А.В., Чванов А.В., Аржанухина С.П., Кокодеева Н.Е.// Экологические
системы и приборы. 2009. № 2. С. 46-49.
4. Кокодеев А.В., Овчинников И.Г Обследование, мониторинг, выполнение
ремонтных и восстановительных работ на подводных частях транспортных сооружений //
Интернет-журнал "Науковедение", 2014 №5 (24) [Электронный ресурс]-М. : Науковедение,
2014
5. Овчинников И.Г.
Прочностной мониторинг
мостовых сооружений
(статья)//
Автомобильные дороги 1995, №7 – 8
6. V. M. Kuznetsov, G. Tseitlin, V. Hitrov, J. Zaitchik, G. Brodski, E. Brodskaia, Y. Enutin,
th
V, Shesterikov “Bridge Management System for City of Moskow” – 9 International Bridge
Management Conference, Orlando, Florida, USA.
7. Кокодеева Н. Е. Проектирование, строительство и эксплуатация транспортных
сооружений по условию обеспечения безопасности движения с учетом теории риска //
Техническое регулирование в транспортном строительстве. – 2013. – № 1; URL:
trts.esrae.ru/1-3.
8. Кокодеева Н.Е. Таможенный союз: нормативное обеспечение / Н.Е. Кокодеева, В.В.
Столяров // Стандарты и качество. 2011. № 8. С. 22-27.
9. Овчинников И.Г. Прочностной мониторинг инженерных конструкций (статья)//
Архитектура и строительство Беларуси, 1994, №5-6.
10. Екимов В. К., Федосеев В. Н., Енютин Ю. А., Бродский Г. С., Сапронов И. М.
Первый опыт стандартной инспекции мостов. «Наука и техника в дорожном строительстве»,
№1, 2007.
11. Овчинников И.Г., Разработка ЭС проектирования и оценки эксплуатационного
состояния мостовых конструкций (статья) // Автомобильные дороги", 1993, № 10
12. Приборы и оборудование для инспектирования, диагностики и обслуживания
мостовых сооружений. ЗАО «Могормаш», Москва, 2008 год
13. Екимов В. К., Штейнцайг В.М., Левченко Е.М., Бродский Г. С. «Применение
МИК для мониторинга транспортных сооружений», 2010.
14. "Руководство по проведению мониторинга состояния эксплуатируемых мостовых
сооружений. ОДМ 218.4.002-2008"
15. Черных В.К., Овчинников И.Г. Обеспечение сохранности пролетных строений
мостов из старогодных труб// Материалы XIV Международной научной конференции
«Новые идеи нового века». Хабаровск: издательство ТОГУ, 2014– С.411-414.
16. Кокодеев А.В., Овчинников И.Г. Обследование, оценка эксплуатационного
состояния подводных частей мостовых сооружений, особенности планирования и
выполнения на них ремонтных работ // Безопасность регионов – основа устойчивого
развития: материалы четвертой международной научно-практической конференции, г.
Иркутск, 22-26 сентября 2014 г. / Иркутск: Изд-во Иркутск: ИрГУПС, 2014. – С. 247-252.