System badań i analiz pracy konstrukcji mostowej pod obciążeniem statycznym i dynamicznym

Radar interferencyjny. Urządzenie umożliwia zdalny pomiar przemieszczeń pod obciążeniami dynamicznymi wykorzystując do pomiaru mikrofale. Do głównych zalet tej metody zalicza się możliwość wykonywania pomiarów bez potrzeby bezpośredniego dostępu do badanego obiektu. Jedną z zalet tej metody jest fakt, że mierzy ona równocześnie przemieszczenia całej sceny oświetlonej wiązką promieniowania, zapewniając ciągłe mapowanie dynamicznych przemieszczeń całej konstrukcji. Aby wykorzystać tę kluczową cechę metody do monitorowania mostów, najlepiej jest umieścić aparat pod konstrukcją mostu, tak by wiązka promieniowania anten mogła pokryć całą konstrukcję.

Przykładowa lokalizacja radaru w stosunku do badanej konstrukcji (http://www.georadary.pl/)

Urządzenie wykorzystuje technikę mikrofalową, która wykorzystuje różnicę fazową nadanych i odebranych fal elektromagnetycznych o częstotliwościach rzędu 2 GHz. Radar jest całkowicie nieinwazyjne dla badanej konstrukcji, a do tego pomiar można zrealizować z dużej odległości, nawet 1 km. Mimo tak dużej odległości, dokładność pomiaru przemieszczeń jest bardzo wysoka, sięga 0,01 mm. Za pomocą radaru można śledzić zarówno powolne przemieszczenia (spotykane w monitorowaniu statycznym), jak i szybkie, gwałtowne, przejściowe przesunięcia (monitorowanie dynamiczne) z częstotliwością 50 Hz. Ponieważ monitorowanie odbywa się praktycznie w sposób ciągły, dane wyjściowe można przetwarzać w różny sposób za pomocą oprogramowania do analizy strukturalnej. Można tworzyć wykresy wielkości przemieszczeń względem czasu, prędkości przemieszczeń jak również obrazować kształt badanej konstrukcji poddanej drganiom. Możliwości pomiarowe są znacznie większe w stosunku do tradycyjnych metod (np. akcelerometrów).

Sieć pochyłomierzy umożliwia pomiar kątów pochylenia konstrukcji bez konieczności dostępu do punktów odniesienia. Na podstawie pomiaru kątów możliwe jest wyznaczenie linii ugięcia konstrukcji mostowej. Wzdłuż mostu instalowana jest sieć pochyłomierzy. Urządzenie takie wykonuje odczyt z częstotliwością 300ms, z dokładnością 1mm/100m. Możemy połączyć ze sobą maksymalnie 32 pochyłomierze w odległościach 100m między urządzeniami. Dane odczytywane są w czasie rzeczywistym i analizowane w sposób numeryczny i graficzny.

Z lewej: pochyłomierz; z prawej: sposób konfiguracji sieci pochyłomierzy (http://www.leica-geosystems.com/)

Tachimetr automatyczny umożliwia automatyczne i szybkie monitorowanie ugięć konstrukcji mostowych o dużej rozpiętości przęseł oraz możliwością szybkiego, automatycznego i dokładnego pomiaru przemieszczeń konstrukcji w trzech kierunkach (przemieszczenia boczne dużych mostów, odkształcenia pylonów). Kolejne jego możliwe zastosowanie to pomiar ugięć obiektów mostowych, w przypadku, których nie wskazane lub niemożliwe jest zastosowanie czujników mechanicznych (ruchliwa droga lub rzeka pod konstrukcją).

Automatyczny tachimetr (http://www.leica-geosystems.com/)

Ważnym elementem systemu jest nowoczesne oprogramowanie pozwalające na modelowanie procesów dynamicznych, zachodzących w czasie eksploatacji obiektów mostowych. Możliwość modelowania, a następnie monitorowania i kontrola zjawisk dynamicznych pozwala na dokładniejsze wykorzystanie pozostałych elementów modernizujących laboratorium. Jednym z narzędzi pozwalających prowadzić tego rodzaju modelowanie jest oprogramowanie SOFISTIC, rozbudowane o moduł DYNA.

Pakiet tego oprogramowania zawiera elementy jedno-, dwu- i trójwymiarowe umożliwiające modelowanie dowolnych struktur lub ośrodków ciągłych. Pozwala na rozwiązywanie problemów inżynierskich dotyczących konstrukcji stalowych, żelbetowych, drewnianych, budownictwa mostowego, posadowienia, geotechniki, fizyki budowli, analizy obciążeń (w tym wiatru).

Oprogramowanie umożliwia połączenie wszystkich zagadnień teoretycznych w spójny system, pozwalający analizować kompleksowo problemy wcześniej rozbijany ma elementy. Przykładem takiego podejścia jest możliwość określenia interakcji podłoża gruntowego i konstrukcji zakończona wymiarowaniem lub analizą dynamiczną odpowiedzi konstrukcji na działanie wiatru.