Artykuł prezentuje autorską metodę monitorowania przemieszczeń mostowych konstrukcji kolejowych. Wykorzystuje ona inklinometry i akcelerometr do pośredniego pomiaru przemieszczeń pionowych pod obciążeniem dynamicznym. Opracowany system monitorowania ciągłego jest wspomagany przez okresowe pomiary tachimetryczne, które służą do weryfikacji przemieszczeń statycznych. Przedstawiono opis działania systemu pomiarowego oraz przykład testowego monitoringu konstrukcji, którą wybrano pod kątem praktycznej weryfikacji działania systemu w różnych trudnych warunkach pracy. Wybrano wiadukt łukowy na Centralnej Magistrali Kolejowej (CMK), gdzie występują duże prędkości przejazdu oraz złożona linia ugięcia pomostu. Uzyskane wyniki pomiarów pod krótkotrwałym obciążeniem statycznym i dynamicznym wykazują możliwość określenia przemieszczeń z odchyleniem w stosunku do metody odniesienia poniżej 1,2 mm.
Słowa kluczowe: monitoring mostów kolejowych, przemieszczenia statyczne i dynamiczne, inklinometry, akcelerometry, tachimetr
Abstract
The article presents the railway bridge structures monitoring system. The elaborated method uses inclinometers together with accelerometer for indirect displacement measurement under the dynamic load. The continuous monitoring system is supported by periodic measurements with the use of Total Station. A description of the measurement system operation and example of test monitoring of bridge were presented. The test bridge was selected to test the developed methods under different operating conditions. The arch railway bridge at Central Railway Line (CMK) was selected due to high train speeds and complex deflection line of bridge deck. The obtained results of measurements under short-time static and dynamic load show the possibility of determining displacements with the deviation to the references method below 1.2 mm.
Keywords: railway bridge monitoring, static and dynamic displacements, inclinometer, accelerometer, total station
1. Wprowadzenie Monitoring konstrukcji zyskuje coraz większe znaczenie w praktyce inżynierskiej na całym świecie, w związku z koniecznością oceny stanu technicznego obiektów narażonych na wpływ czynników zewnętrznych takich jak trzęsienia ziemi [21] lub ekstremalne opady [2] albo na działalność człowieka, głównie w związku z realizacją nowych inwestycji [1]. Główną zaletą monitoringu jest szybka reakcja na zachodzące procesy destrukcyjne, dzięki czemu można w porę podjąć działania ostrzegawcze, zapobiegawcze lub ochronne. W badaniach konstrukcji mostowych jedną z najważniejszych mierzonych wielkości są przemieszczenia. We wczesnym stadium rozwoju monitoringu bazowano na geodezyjnych technikach pomiarowych, które od dawna były stosowane do badania przemieszczeń. Do pomiaru przemieszczeń pionowych stosowano głównie niwelację geometryczną, a do poziomych - techniki kątowe. Z czasem do monitoringu zaczęto stosować pomiary odległości [18], a obecnie również technikę pomiarów satelitarnych GNSS [26]. Coraz powszechniej stosowana jest też technika fotogrametryczna, która dzięki coraz większym możliwościom fotografii cyfrowej bywa stosowana tam, gdzie jednocześnie trzeba monitorować procesy dynamiczne [11] obejmujące większą liczbę punktów kontrolnych rozlokowanych w różnych miejscach badanego obiektu [3, 19]. W ostatnich latach nastąpił rozwój czujników inercyjnych takich jak inklinometry [10, 24] i akcelerometry [27], które z powodzeniem zastępują geodezyjne techniki pomiarów. W odróżnieniu od metod geodezyjnych, czujniki te nie wymagają zewnętrznych punktów odniesienia. W przypadku konstrukcji kolejowych szczególnie istotna jest analiza przemieszczeń i przyspieszeń drgań dźwigarów pod obciążeniem dynamicznym, na co wskazuje wielu badaczy, a między innymi Frýba w [4], Yang w [25] oraz Klasztorny [8]. O ile pomiary przyspieszeń są stosunkowo proste w realizacji, to pomiary przemieszczeń w trybie automatycznym i bez dozoru operatora s [...]
| Metoda płatności: Płatności elektroniczne (karta kredytowa, przelew elektroniczny) | |
|
Dostęp do publikacji (format pdf): 6.00 zł
|
|
| Dostęp do Wirtualnej Czytelni - archiwalne e-zeszyty czasopisma (format swf) - 1h: 24.60 zł | |
| Dostęp do Wirtualnej Czytelni - archiwalne e-zeszyty czasopisma (format swf) - 4h: 43.05 zł | |
| Dostęp do Wirtualnej Czytelni - archiwalne e-zeszyty czasopisma (format swf) - 12h: 73.80 zł | |
Prenumerata
Bibliografia
[1] Bętkowski P., Bednarski Ł., Sieńko R. 2014. "Structural health monitoring of
a rail bridge structure impacted by mining operation". Czasopismo Techniczne
6-B: 15-27.
[2] Bossi G., Schenato L., Marcato G., Bossi G., Schenato L., Marcato G. 2017.
"Structural Health Monitoring of a Road Tunnel Intersecting a Large and Active
Landslide". Applied Sciences 7, 12:1-14.
[3] Feng D., Feng M.Q. 2016. "Vision-based multipoint displacement measurement
for structural health monitoring". Structural Control and Health Monitoring 23,
5: 876-890.
[4] Frýba L. 1996. Dynamics of Railway Bridges. Thomas Telford Limited.
[5] Gindy M., Vaccaro R., Nassif H., Velde J. 2008. "A State-Space Approach for
Deriving Bridge Displacement from Acceleration". Computer-Aided Civil and
Infrastructure Engineering 23, 4: 281-290.
[6] He X., Yang X., Zhao L. 2014. "New Method for High-Speed Railway Bridge
Dynamic Deflection Measurement". Journal of Bridge Engineering 19, 7: 1-11.
[7] Hou X., Yang X., Huang Q. 2005. "Using inclinometers to measure bridge
deflection". Journal of Bridge Engineering 10, 5: 564-569.
[8] Klasztorny M. 2005. Dynamika mostów belkowych obciążonych pociągami szybkobieżnymi.
Wydawnictwa Naukowo-Techniczne.
[9] Martí-Vargas J.R. 2015. Discussion of "New Method for High-Speed Railway
Bridge Dynamic Deflection Measurement" by Xianlong He, Xueshan Yang
and Lizhen Zhao. Journal of Bridge Engineering 20, 11:1-3.
[10] Olaszek P. 2014. "Deflection monitoring system making use of inclinometers
and cubic spline curves". Bridge Maintenance, Safety, Management and Life
Extension. CRC Press: 2305-2312.
[11] Olaszek P. 1999. "Investigation of the dynamic characteristic of bridge structures
using a computer vision method". Measurement 25, 3: 227-236.
[12] Olaszek P., Sala D., Kokot M., Piątek M. "Railway bridge monitoring system
using inertial sensors". Maintenance, Safety, Risk, Management and Life-Cycle
Performance of Bridges. CRC Press: 1522-1529.
[13] Olaszek P., Świercz A., Wyczałek I., Kołakowski P., Szadkowski K. 2017. "Moduł
pomiaru i oceny odpowiedzi dynamicznej eksploatowanych kolejowych konstrukcji
mostowych". Mosty 3-4: 22-26.
[14] Olaszek P., Świercz A., Sala D., Kokot M. 2017. "System monitorowania łukowego
wiaduktu kolejowego na linii wysokiej prędkości". Wrocławskie Dni
Mostowe: 481-488.
[15] Ozdagli A.I., Moreu F., Gomez J.A., Garp P., Vemuganti S. 2016. "Data Fusion
of Accelerometers with Inclinometers for Reference-free High Fidelity Displacement
Estimation". 8th European Workshop On Structural Health Monitoring
(EWSHM 2016), (Spain, Bilbao): 1-9.
[16] Park J.-W., Lee K.-C., Sim S.-H., Jung H.-J., Spencer B.F. 2016. "Traffic Safety
Evaluation for Railway Bridges Using Expanded Multisensor Data Fusion".
Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering 31, 10: 749-760.
[17] Park J.-W., Sim S.-H., Jung H.-J., Jr. B.F.S., Park J.-W., Sim S.-H., Jung H.-J.
Jr. B.F.S. 2013. "Development of a Wireless Displacement Measurement System
Using Acceleration Responses". Sensors 13, 7: 8377-8392.
[18] Parker D. H. 2017. "Nondestructive testing and monitoring of stiff large-scale
structures by measuring 3D coordinates of cardinal points using electronic
distance measurements in a trilateration architecture". Nondestructive Characterization
and Monitoring of Advanced Materials, Aerospace and Civil Infrastructure
2017. International Society for Optics and Photonics. Vol. 10169: 1-11.
[19] Sabato A., Niezrecki Ch. 2017. "Feasibility of digital image correlation for
railroad tie inspection and ballast support assessment". Measurement 103:
93-105.
[20] Sekiya H., Kimura K., Miki C., Sekiya H., Kimura K. Miki C. 2016. "Technique for
Determining Bridge Displacement Response Using MEMS Accelerometers".
Sensors 16, 2, 257: 1-15.
[21] Suzuki M., Saruwatari S., Kurata N., Morikawa H. 2007. "A High-density Earthquake
Monitoring System Using Wireless Sensor Networks". Proceedings of
the 5th International Conference on Embedded Networked Sensor Systems (New
York, NY, USA): 373-374.
[22] Wójcik M., Wyczałek I., Nowak R. 2013. "Test precyzyjnego tachimetru zmotoryzowanego
pod kątem jego użycia do pomiarów pionowych przemieszczeń
konstrukcji mostowych". Archiwum Instytutu Inżynierii Lądowej, Politechnika
Poznańska 15: 145-156.
[23] Wyczałek I., Olaszek P., Sala D., Kokot M. 2019. "Monitoring of the static and
dynamic displacements of railway bridges with the use of the total station and
set of the electronic devices". 4th Joint International Symposium on Deformation
Monitoring (JISDM), Athens, Greece: 1-8.
[24] Wyczałek I., Wyczałek M., Plichta A. 2013. "The Usage of Posital Canopean
AGS15 Inclinometers for Diagnostic Monitoring of Slender Structures". Reports
on Geodesy and Geoinformatics No. 95: 11-22.
[25] Yang Y.B., Yau J.D., Wu Y.S. 2004. Vehicle-bridge interaction dynamics. With
Applications to High-Speed Railways. World Scientific.
[26] Yigit C.O., Li X., Inal C., Ge L., Yetkin M. 2010. "Preliminary evaluation of precise
inclination sensor and GPS for monitoring full-scale dynamic response of
a tall reinforced concrete building". Journal of Applied Geodesy 4, 2: 103-113.
[27] Yunus M.Z.M., Ibrahim N., Ahmad F.S. 2018. "A review on bridge dynamic
displacement monitoring using global positioning system and accelerometer".
AIP Conference Proceedings 1930, 020039: 1-6.
