PL248950B1 - Przęsło obiektu mostowego - Google Patents

Abstract

Przęsło charakteryzuje się tym, że wycinek łopaty (2) wirnika turbiny wiatrowej, z którego jest korpus dźwigara mostowego, obejmuje podłużny fragment powłoki nawietrznej oraz usytuowany naprzeciwko niego podłużny fragment powłoki zawietrznej tej łopaty (2) pomiędzy jej nasadą (6) a noskiem (7) oraz pomiędzy jej krawędzią natarcia (8) a krawędzią spływu (9), przy czym fragment powłoki nawietrznej jest połączony z fragmentem powłoki zawietrznej co najmniej jednym dźwigarem nośnym łopaty (2), a ponadto dźwigar nośny łopaty (2) stanowi środnik dźwigara mostowego, a podłużne fragmenty powierzchni nawietrznej oraz zawietrznej łopaty (2) stanowią półki dźwigara mostowego, zaś płyta pomostowa jest sztywno połączona z jedną z tych półek.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przęsło obiektu mostowego, wykorzystujące zużyte łopaty wirników turbin wiatrowych.

W stanie techniki znane są rozwiązania dźwigarów hybrydowych kompozytowo-betonowych, w których część kompozytowa jest wykonana ze specjalnie zaprojektowanego nowego elementu kompozytowego, wytworzonego najczęściej metodą infuzji lub pultruzji.

Z polskiego opisu patentowego PL 231211 B znane jest przęsło mostu drogowego, składające się z dźwigarów hybrydowych, kompozytowo - betonowych oraz poprzecznie z betonu. Przęsło ma co najmniej dwa dźwigary hybrydowe o przekroju skrzynkowym, wykonane z nowych belek z kompozytów, połączonych trwale z płytą pomostu, przy czym poprzecznice podporowe i płyta pomostu są wykonane z betonu lekkiego. Skrzynkowe belki kompozytowe są połączone z betonową płytą pomostu za pomocą łączników stalowych sworzniowych oraz kleju epoksydowego. Dźwigar hybrydowy jest zbudowany z nowo wytwarzanych elementów kompozytowych i nie jest wyposażony w czujniki systemu kontrolnego.

Z chińskiego opisu zgłoszeniowego CN 201873942 U znana jest konstrukcja dźwigara hybrydowego z nowych kompozytów, mająca korpus zbudowany z jednego lub dwóch środników, połączonych z betonem. Korpus kompozytowy jest wykonany metodą infuzji. Połączenie betonu z korpusem z kompozytów jest zrealizowane za pomocą kleju i uszorstnionej powierzchni z betonu, zbrojonego podłużnie i poprzecznie prętami kompozytowymi. Dźwigar hybrydowy jest zbudowany z nowo wytwarzanych elementów kompozytowych i nie jest wyposażony w system kontrolny.

Z chińskiego opisu zgłoszeniowego CN 203320390 U znana jest konstrukcja hybrydowego dźwigara skrzynkowego, wykonanego z kształtownika kompozytowego oraz betonu. Kształtownik jest wykonywany w procesie pultruzji. Połączenie betonu z kształtownikiem jest wykonane poprzez płaskie łączniki listwowe z otworami oraz pręty zbrojeniowe. Łączniki listwowe mogą być w kształcie „U”, „L”, „T” oraz „I”. Dźwigar hybrydowy jest zbudowany z nowo wytwarzanych elementów kompozytowych i nie jest wyposażony w system kontrolny.

Elementy budowlane z nowych kompozytów nie wymagają ciągłej kontroli stanu technicznego (monitoringu), dlatego na ogół nie zawierają odpowiednich systemów czujników. Z rozwiązań prototypowych znane są systemy monitorowania kompozytowych obiektów mostowych wykorzystujące montowane na powierzchni kompozytów czujniki strunowe oraz inklinometry zintegrowane z czujnikami temperatury. Instalowanie takich systemów na obiekcie mostowym jest kosztowne, w szczególności jeżeli wymagana jest wysoka dokładność pomiaru. Nowa jakość w zakresie pomiarów konstrukcji kompozytowych stanowią światłowody, które dotychczas rzadko były używane w inżynierii lądowej.

Z rosyjskiego opisu patentowego RU 2544028 C1 znany jest system monitorowania stanu technicznego statków powietrznych, w szczególności łopaty śmigła wykonanego z kompozytu, za pomocą czujników światłowodowych. Na każdej łopacie kompozytowej zewnętrznych śmigieł statku powietrznego znajdują się co najmniej dwa czujniki światłowodowe Bragga oraz co najmniej dwa czujniki wibroakustyczne. Czujniki Bragga i czujniki wibroakustyczne są wbudowane w masę kompozytu w górnej części łopat śmigieł i w panelach zewnętrznych śmigieł. Dzięki zainstalowanemu systemowi monitorowania jest możliwość kontroli stanu technicznego łopat śmigieł i zewnętrznych paneli skrzydeł, wykonanych z kompozytów.

Łopaty turbin wiatrowych są wytworzone z włóknistych kompozytów polimerowych FRP (ang. fibre reinforced polymers) i po dwudziestu do dwudziestu pięciu latach użytkowania w wirnikach turbin wiatrowych stanowią trudny do utylizacji lub recyklingu odpad. Główną metodą utylizacji opadów kompozytowych jest wykorzystanie zmielonego materiału jako paliwa w produkcji cementu. Recykling mechaniczny (rozdrobnienie) kompozytów FRP pozwala uzyskać jedynie mało wartościowe materiały wzmacniające. Poza recyklingiem mechanicznym są stosowne dwa procesy technologiczne, pozwalające na odzyskiwanie głównie włókien węglowych lub szklanych z odpadów kompozytowych. Jest to przede wszystkim piroliza, w której wysoka temperatura spala żywicę, pozwalając na odzyskanie włókien, lub solwoliza, w której do rozpuszczenia żywicy wykorzystuje się rozpuszczalnik. Odzyskane włókna są stosowane m.in. do otrzymywania granulatów, wykorzystywanych w budownictwie w produkcji np. betonu.

Gospodarka o obiegu zamkniętym (ang. circular economy) oznacza wyeliminowanie pojęcia „odpadów” i uznanie, że wszystko ma swoją wartość. Z założenia wdrożenie gospodarki o obiegu zamknię

PL 249950 B1 tym ma przynieść ogromne korzyści nie tylko ekologiczne, ale również i ekonomiczne. Dlatego najbardziej pożądanym obecnie rozwiązaniem problemu recyklingu zużytych łopat turbin wiatrowych są działania mające na celu przedłużenie „żywotności” łopat przez ich powtórne użycie (ang. reuse). Zgodnie z zasadą 3R (reduce, reuse, recycle) ekologicznego podejścia do surowców i energii recykling zajmuje ostatnie miejsce i należy go stosować w ostateczności. Drugi element zasady 3R przypomina o możliwości powtórnego wykorzystania produktu (reuse). Tylko produkt niezdatny do dalszego użytku powinien być przetworzony (recycle).

Ze stanu techniki znane jest powtórne wykorzystanie łopat turbin wiatrowych m.in. do budowy obiektów mostowych. Przęsła mostowe zbudowane ze zużytych łopat turbin wiatrowych redukują do minimum koszty ekonomiczne, ekologiczne i społeczne ich utylizacji i doskonale wpisuje się w założenia gospodarki o obiegu zamkniętym. Metody wykorzystania zużytych łopat w obiektach mostowych pozwalają na powtórne zagospodarowanie łopat na okres kilkudziesięciu kolejnych lat, bez konieczności uciążliwej i obciążającej środowisko utylizacji. Jednocześnie rozwiązują one uciążliwy problem utylizacji odpadów jakimi są zużyte łopaty i są najlepszym sposobem ich recyklingu.

Ze stanu techniki znane są przęsła obiektów mostowych wykorzystujące zużyte łopaty turbin wiatrowych.

W roku 2016 przez biuro architektoniczne Superuse Studios z Holandii w ramach projektu naukowo - badawczego Vildt - zaproponowane zostało rozwiązanie wykorzystujące dwie kompletne zużyte łopaty turbin wiatrowych do budowy kładki dla pieszych w powiecie Aalborg, Dania. Dwie łopaty są ułożone obok siebie tak, aby ich nasady były położone na przeciwległych brzegach rzeki. Na odcinkach o długości ok. 1/2L od wierzchołków łopaty są wzajemnie połączone, tworząc pomost dla ruchu pieszego (https://www.tv2nord.dk/aalborg/vildt-projekt-skrottede-mollevinger-bliver-tilny-bro-i-lindholm).

Kolejnym znanym rozwiązaniem jest kładka pieszo-jezdna wykorzystująca dwie zużyte łopaty turbiny wiatrowej ułożone w poprzek przeszkody, w pewnej odległości od siebie, i obrócone wzajemnie o 180°. Na łopatach oparty jest lekki pomost wyposażony w balustrady (https://www.stijnspeksnij- der.com/gallery/bridge-of-blades/).

Z pracy J. Kullberg, D. Nygren, Reuse of decommissioned wind turbine blades in pedestrian bridges. An investigation of using wind turbine blades as structural members in pedestrian Bridges, Gothenburg (https://odr.chalmers.se/bitstreams/cf343b20-c730-4dca-90c3-f089de69543d/download), znane jest rozwiązanie, w którym wykorzystano 20-metrowe odcinki dwóch łopat turbin wiatrowych, ułożone równolegle względem siebie nad przeszkodą lecz niepołączonych konstrukcyjnie, tj. pracujące jak oddzielne belki. Obie łopaty są oparte poziomo szerokością przekroju łopaty, a większy przekrój (od strony nasady) obu łopat jest położony po tej samej stronie przeszkody. Łopaty są utwierdzone w podporze od strony większego przekroju poprzecznego (piasty) a ich końce o mniejszym przekroju poprzecznym są podparte na łożyskach ruchomych na przeciwległej podporze. Od góry z łopatami połączony jest, za pomocą sworzni, lekki pomost o szerokości ok. 7 m wykonany z kształtowników kompozytowych GFRP.

W ramach projektu naukowo-badawczego Re-wind opracowano szereg rozwiązań dotyczących obiektów mostowych, wykorzystujących zużyte łopaty turbin wiatrowych, które opisane zostały w publikacji Re-Wind Design Catalog, 2nd Edition 2022. W jednym z tych rozwiązań, którego prototyp wybudowano w miejscowości Cork w Irlandii, wykorzystano dwie 8,5-metrowe odcinki dwóch łopat (łącznie z piastami). Pomiędzy łopatami, jest betonowa płyta pomostu o grubości ok. 10 cm, wykonana na tzw. kompozytowym deskowaniu traconym, przymocowanym do łopat na odpowiedniej wysokości. Z założenia rozwiązanie może być wykorzystane do budowy kładek o długości 8-15 m. Innym rozwiązaniem powstałym w ramach projektu Re-Wind jest most, w którym wykorzystano dwa dźwigary wykonane ze środkowej sekcji łopaty turbiny wiatrowej przeciętej wzdłuż jej krawędzi natarcia oraz spływu, tak że jeden z dźwigarów obejmuje powłokę nawietrzną a drugi powłokę zawietrzną. Nasady i noski łopat nie są wykorzystywane w tym rozwiązaniu. Dźwigary są ułożone naprzeciwko siebie oraz wypełnione są betonem zbrojonym prętami GFRP. Ponadto od góry z połówkami łopaty połączony jest betonowy pomost. W ramach projektu Re-wind opracowano również kładkę zawierającą pomost z desek osadzony na dźwigarach, z których każdy jest w postaci części łopaty przeciętej wzdłuż płaszczyzny biegnącej prostopadle do żeber łopaty dzieląc ją na dwie podobne części, z których jedna obejmuje jej część zawietrzną a druga nawietrzną. W tym rozwiązaniu przęsła nie zawierają wypełnienia.

Z polskiego opisu zgłoszeniowego P.430403 znane jest przęsło obiektu mostowego - kładki dla pieszych - wykonane częściowo z zużytych łopat turbin wiatrowych, występujących w przęśle jako pojedyncze dźwigary lub połączonych za pomocą poprzecznie stalowych w układy tandemowe. Przęsło ma co najmniej jeden dźwigar główny z łopaty turbiny wiatrowej, a pomost jest wykonany jako drewniany

PL 249950 B1 lub z desek kompozytowych i nie jest zespolony (nie współpracuje) z dźwigarem głównym. Konstrukcja dźwigara nie jest wyposażona w czujniki pomiarowe monitorujące jej stan techniczny.

Znane ze stanu techniki rozwiązania, w niedostatecznym stopniu pozwalają na wykorzystanie zużytych łopat turbin wiatrowych w obiektach mostowych ze względu na ich znacznie ograniczoną skalowalność, a ponadto najczęściej dostosowane są do mniejszych obiektów o niewielkiej nośności, takich jak w szczególności kładki dla pieszych. Co więcej w znanych rozwiązaniach nie przewidziano elementów monitoringu i kontroli co jest szczególnie istotne w przypadku mostów.

Przęsło obiektu mostowego zawierające kompozytowy dźwigar mostowy, którego korpus jest z wycinka łopaty wirnika turbiny wiatrowej, oraz betonową płytę pomostową zbrojoną prętami, połączoną z tym dźwigarem, według wynalazku charakteryzują się tym, że wycinek łopaty wirnika turbiny wiatrowej, z którego jest korpus dźwigara mostowego, obejmuje podłużny fragment powłoki nawietrznej oraz usytuowany naprzeciwko niego podłużny fragment powłoki zawietrznej tej łopaty pomiędzy jej nasadą a noskiem oraz pomiędzy jej krawędzią natarcia a krawędzią spływu, przy czym fragment powłoki nawietrznej jest połączony z fragmentem powłoki zawietrznej co najmniej jednym dźwigarem nośnym łopaty, a ponadto dźwigar nośny łopaty stanowi środnik dźwigara mostowego, a podłużne fragmenty powierzchni nawietrznej oraz zawietrznej łopaty stanowią półki dźwigara mostowego, zaś płyta pomostowa jest sztywno połączona z jedną z tych półek.

Korzystnie przęsło zawiera poprzecznice betonowe połączone dźwigarami mostowymi oraz z płytą pomostową.

Dalsze korzyści uzyskiwane są, jeżeli połączenie dźwigara mostowego z płytą pomostową jest poprzez listwę łączącą, która jest połączona z półką dźwigara mostowego usytuowaną od góry, oraz z płytą pomostową.

Następne korzyści uzyskiwane są, jeśli listwa łącząca jest w postaci kątownika, którego jedno ramię jest sztywno połączone z górną powierzchnią górnej półki dźwigara mostowego a drugie ramię jest osadzone w płycie pomostowej, przy czym ramię osadzone w płycie pomostowej ma otwory przelotowe przez które przewleczone są pręty jej zbrojenia.

Kolejne korzyści uzyskuje się, jeśli listwa łącząca jest w postaci ceownika, którego środnik jest sztywno połączony z górną półką dźwigara mostowego a ramiona są osadzone w płycie pomostowej oraz mają otwory przelotowe przez które przewleczone są pręty jej zbrojenia.

Następne korzyści uzyskiwane są, jeśli zawiera czujniki punktowe obejmujące światłowodowe czujniki punktowe połączone z dźwigarem mostowym oraz czujniki tensometryczne rozmieszczone na dźwigarach mostowych.

Kolejne korzyści uzyskiwane są, jeżeli przęsło zawiera światłowodowe czujniki rozłożone, które obejmują czujniki światłowodowe połączone z wewnętrzną powierzchnią dźwigarów mostowych.

Dalsze korzyści uzyskuje się, jeśli pręty zbrojące przęsła są kompozytowe a jego czujniki rozłożone obejmują czujniki światłowodowe wbudowane w strukturę tych prętów.

Obiekty mostowe o konstrukcji przęseł z dźwigarów ze zużytych łopat turbin wiatrowych i betonu w sposób optymalny łączą powszechnie znane zalety kompozytów FRP jak trwałość, wytrzymałość, lekkość z zaletami betonu, takimi jak sztywność oraz pseudo-plastyczny sposób niszczenia. Jednocześnie rozwiązanie pozwala na uzyskanie niskiego kosztu już na etapie produkcji dźwigarów. Wynalazek pozwala na powtórne wykorzystanie łopat turbin wiatrowych w budowie obiektów mostowych, co jest najefektywniejszym rodzajem recyklingu produktowego, a ponadto umożliwia tworzenie inteligentnych systemów prefabrykowanych obiektów mostowych, które nie tylko redukują obecne ograniczenia prefabrykacji mostowej, takie jak ograniczenia transportowe elementów, ograniczona trwałość, brak stałej kontroli stanu technicznego, ale przede wszystkim tworzą technologię budowy mostów wpisującą się w strategię zrównoważonego rozwoju, gospodarki o obiegu zamkniętym pod kątem ograniczenia energochłonności produkcji oraz zmniejszenia jej śladu węglowego. Osiągnięcie tych parametrów jest szczególnie istotne w obliczu stopniowo narastającego problemu recyklingu łopat turbin wiatrowych oraz zaostrzanych kryteriów oceny wyrobów budowlanych w odniesieniu do ich oddziaływań na środowisko w trakcie całego cyklu życia wyrobu. Czujniki zintegrowane z elementami przęsła mogą stanowić część systemu monitorowania umożliwiającego ciągłą analizę bezpieczeństwa konstrukcji mostu, zarówno w kontekście upływającego czasu jak i wynikającego stąd postępującego procesu destrukcji materiałów, zmieniających się oddziaływań mechanicznych i nie mechanicznych, pojawiających się defektów, jak i chwilowych oddziaływań wynikających z przejazdu pojazdów ponadnormatywnych. Objęcie monitoringiem wszystkich mostów wznoszonych przy zastosowaniu dźwigarów hybrydowych umożliwi zbudowanie sieci systemów monitorowania. Wyniki pozyskiwane z pomiarów dostarczą unikalnych informacji na

PL 249950 B1 temat pracy konstrukcji hybrydowych w różnych warunkach eksploatacji, a także umożliwią natychmiastowe reagowanie służb utrzymania na pojawiające się w czasie eksploatacji usterki. Uwzględnienie integracji systemu monitorowania z dźwigarem pozwoli na wykorzystanie przy ich projektowaniu analizy ryzyka, co przełoży się na optymalizację konstrukcji i wynikające z niej oszczędności przy zachowaniu tych samych parametrów związanych z jej bezpieczeństwem.

Wynalazek pozwala na efektywne wykorzystanie w przęśle najmocniejszych elementów łopaty turbiny wiatrowej, tj. jej dźwigarów nośnych, do przenoszenia obciążeń, dzięki czemu zmniejszone są gabaryty samych dźwigarów, w porównaniu do rozwiązań znanych ze stanu techniki, a ponadto możliwa jest ich standaryzacja i prefabrykacja oraz zwiększona jest skalowalność rozwiązania.

Dzięki naprzemiennemu ułożeniu różnych końców dźwigarów mostowych uzyskuje się zbliżoną nośność obu części przęsłowych przęsła, a nośności części podporowych są zagwarantowane poprzez poprzecznicę betonową. Sztywne połączenie płyty pomostowej z dźwigarami mostowymi z łopat wirników turbin wiatrowych zapewnia ich pełną współodkształcalność oraz pozwala na zastosowanie przęseł w mostach drogowych oraz kładkach. Betonowe poprzecznice podporowe oraz płyta pomostowa pozwalają na wzajemną współpracę dźwigarów mostowych przy przenoszeniu obciążeń co pozwala na uzyskanie bardziej korzystnego rozkładu obciążenia z przęsła na poszczególne belki od rozwiązań znanych ze stanu techniki, wykorzystujących dźwigary z łopat.

Dzięki zastosowanym czujnikom możliwy jest odczyt i rejestracja odkształceń, temperatury, a także deformacji pionowych i poziomych dźwigara mostowego. Zastosowanie czujników punktowych pozwala na pomiar wartości zmieniających się w sposób dynamiczny. Czujniki rozłożone pozwalają natomiast na wykonywanie pomiarów statycznych realizowanych w dowolnym czasie, przykładowo w zaplanowanych odstępach czasowych, a także gdy wartości zmierzone czujnikami punktowymi przekraczają zdefiniowane wartości graniczne. Pomiary wykonywane oboma rodzajami czujników są wykorzystywane do monitoringu i oceny zachowania się konstrukcji dźwigara pod kątem przeciążenia oraz oceny stanu technicznego obiektu mostowego pod wpływem obciążeń i oddziaływań zmiennych w czasie, zwiększając bezpieczeństwo użytkowania obiektu mostowego.

Przęsło obiektu mostowego, według wynalazku, zostało bliżej wyjaśnione na rysunku, na którym, fig. 1 przedstawia zużytą łopatę wirnika turbiny wiatrowej z zaznaczonym wycinkiem pomiędzy nasadą a noskiem łopaty, z którego jest dźwigar, w rzucie aksonometrycznym, fig. 2 - przekrój poprzeczny łopaty, fig. 3 - dźwigar mostowy ze zużytej łopaty wirnika turbiny wiatrowej, w rzucie aksonometrycznym, fig. 4 - ten sam dźwigar mostowy w przekroju poprzecznym, fig. 5, 6 oraz 7 - przęsło obiektu mostowego w rzucie aksonometrycznym odpowiednio w pierwszym, drugim, trzecim oraz czwartym wariancie wykonania, fig. 8 - w czwartym wariancie wykonania w rzucie aksonometrycznym, fig. 9 - fragment przekroju poprzecznego przęsła w wariancie z zastosowaniem listwy łączącej w postaci kątownika, fig. 10 - fragment przekroju poprzecznego przęsła w wariancie z zastosowaniem listwy łączącej w postaci ceownika, fig. 11 oraz 12 - rozkład czujników światłowodowych odpowiednio na środniku dźwigara mostowego oraz na półce dźwigara mostowego.

Przęsło obiektu mostowego, w pierwszym przykładzie wykonania, zawiera dwa kompozytowe dźwigary mostowe 1, których korpus jest z wycinka łopaty 2 wirnika turbiny wiatrowej, z laminatu zbrojonego włóknem szklanym, oraz płytę pomostową 3 połączoną z korpusami tych dźwigarów mostowych 1. Wycinek łopaty 2 wirnika turbiny wiatrowej, z którego jest korpus danego dźwigara mostowego 1, obejmuje podłużny fragment powłoki nawietrznej 4 oraz usytuowany naprzeciwko niego podłużny fragment powłoki zawietrznej 5 łopaty 2, pomiędzy jej nasadą 6 a noskiem 7 oraz pomiędzy jej krawędzią natarcia 8 a krawędzią spływu 9. Wycinek powierzchni nawietrznej 4 jest połączony z wycinkiem powierzchni zawietrznej 5 dwoma dźwigarami nośnymi 10 łopaty 2, które usytuowane są prostopadle względem górnej płaszczyzny płyty pomostowej 3, przy czym powłoki nawietrzna 4 oraz zawietrzna 5 łopaty 2 stanowią półki 11 dźwigara mostowego 1, zaś dźwigary nośne 10 łopaty 2 stanowią jego środniki 12. Przekrój poprzeczny dźwigara mostowego 1 jest asymetryczny a wysokość H1 od strony, po której była nasada 6 łopaty 2, jest większa od wysokości H2 od strony po której był nosek 7. Płyta pomostowa 3 jest z betonu zbrojonego prętami 13. Korpus dźwigara mostowego 1 jest sztywno połączony z płytą pomostową 3 za pomocą listwy łączącej 14, która jest połączona z półką 11 dźwigara mostowego 1 usytuowaną od góry, oraz z płytą pomostową 3. Listwa łącząca 14 jest w postaci kątownika 14a, którego jedno ramię jest usytuowane poziomo i jest połączone z górną powierzchnią górnej półki 11 dźwigara mostowego 1 a drugie ramię jest osadzone w płycie pomostowej 3, przy czym przez to drugie ramię przewleczone są pręty 13 zbrojenia tej płyty pomostowej 3. Kątownik 14a jest połączony

PL 249950 B1 skleiną z powierzchnią półki 11. Dźwigary mostowe 1 są ze sobą połączone betonowymi poprzecznicami 15 zbrojonymi prętami 13. Ponadto ze środnikami 12 dźwigara mostowego 1 połączone są światłowodowe czujniki 16 rozłożone, a także czujniki punktowe obejmujące czujniki 16 tensometryczne oraz światłowodową siatkę Bragga. Pręty 13 zbrojące są z kompozytu zbrojonego włóknem szklanym oraz zawierają w swojej strukturze czujniki 16 światłowodowe. Dźwigary mostowe 1 usytuowane są swoimi końcami o mniejszej wysokości H2 po tej samej stronie przęsła. Szerokość B2 półek 11 jest równa, przy czym jest ona większa od rozstawu B1 środników 12. Płyta pomostowa 3 oraz poprzecznice 15 są z betonu lekkiego. Trwale wbudowane w wewnętrzną strukturę przęsła czujniki 16 mogą być częścią systemu monitorowania stanu obiektu mostowego i stanowić jego podsystem czujników 16 rozłożonych oraz podsystem czujników 16 punktowych. Podsystem czujników 16 punktowych obejmuje punktową siatkę Bragga utworzoną przez czujniki 16 wbudowane w materiał dźwigarów. Punkty pomiarowe siatki Bragga rozmieszczone są w miejscach najbardziej wrażliwych na zmiany odkształceń powodowanych oddziaływaniami mechanicznymi i niemechanicznymi.

Czujniki 16 podłączone są do zestawu rejestrująco-przesyłającego podłączonego do serwera, na którym wartości pomiarowe są przeliczane na zdefiniowane w systemie wartości służące ocenie stanu technicznego lub przeciążenia obiektu mostowego. W przypadku wystąpienia krótkotrwałych oddziaływań skutkujących większymi od zdefiniowanych w systemie odkształceniami lub deformacjami, system wysyła wiadomość z informującą o tym na wskazany adres e-mail oraz numer telefonu. Z wykorzystaniem danych zbieranych przez czujniki 16 punktowe prowadzone są również analizy statystyczne reakcji konstrukcji na zmieniające się w czasie oddziaływania. Podsystem czujników 16 rozłożonych obejmuje czujniki 16 światłowodowe mierzące odkształcenia, deformacje, lub temperaturę wzdłuż dowolnie zdefiniowanych linii pomiarowych. Rozłożone czujniki 16 światłowodowe rejestrują wielkości fizyczne wzdłuż długości światłowodów z rozdzielczością geometryczną rzędu 5 mm co pozwala dla każdego odcinka światłowodu o długości 5 mm uzyskanie informacji o zmianie odkształcenia, deformacji lub temperatury konstrukcji. Pomiar jest wykonywany z wykorzystaniem reflektometru stanowiącego część zestawu rejestrująco-przesyłającego. Zestaw rejestrująco-przesyłający umożliwia wykonywanie pomiarów zarówno w sposób statyczny jak i dynamiczny. Pomiar rozłożonymi czujnikami światłowodowymi prowadzony jest w zaplanowanych terminach oraz w przypadkach, gdy zmierzone czujnikami 16 punktowymi wartości odkształceń deformacji przekraczają zdefiniowane w systemie wartości graniczne. Wartości mierzonych wielkości są zapisywane w pamięci chwilowej rejestratorów zestawu rejestrująco-przesyłającego. W pomiarze wykorzystywane są zjawiska rozproszenia światła: Rayleigha, Brillouna oraz Ramana.

Przęsło obiektu mostowego, w drugim przykładzie wykonania, zawiera cztery kompozytowe dźwigary mostowe 1, których korpus jest z wycinka łopaty 2 wirnika turbiny wiatrowej, oraz płytę pomostową 3 połączoną z korpusami tych dźwigarów mostowych 1. Dźwigary mostowe 1 są wycięte z łopaty 2 z laminatu litego zbrojonego włóknem węglowym. Korpus dźwigara mostowego 1 jest sztywno połączony z płytą pomostową 3 za pomocą listwy łączącej 14, która jest połączona z półką 11 dźwigara mostowego 1 usytuowaną od góry, oraz z płytą pomostową 3. Listwa łącząca 14 jest w postaci ceownika 14b, którego środnik jest usytuowany poziomo i jest połączony mechanicznie z górną powierzchnią górnej półki 11 dźwigara mostowego 1 a ramiona są osadzone w płycie pomostowej 3, przy czym ramiona zawierają otwory przelotowe przez które przewleczone są pręty 13 zbrojenia tej płyty pomostowej 3. Dźwigary mostowe 1 usytuowane są swoimi końcami o różnych wysokościach H1 i H2 naprzemiennie, tak że każdy koniec o mniejszej wysokości H2 sąsiaduje z końcem o większej wysokości H1. Płyta pomostowa 3 oraz poprzecznice 15 są z betonu zwykłego zbrojonego prętami 13. Pręty 13 zbrojące są kompozytowe, zbrojone włóknem węglowym, oraz zawierają w swojej strukturze czujniki 16 światłowodowe. W pozostałym zakresie wykonanie przęsła jest takie jak w przykładzie pierwszym.

Przęsło obiektu mostowego, w trzecim przykładzie wykonania, zawiera cztery kompozytowe dźwigary mostowe 1, których korpus jest z wycinka łopaty 2 wirnika turbiny wiatrowej z laminatu warstwowego zbrojonego włóknami aramidowymi, oraz płytę pomostową 3 połączoną z korpusami tych dźwigarów mostowych 1. Korpus dźwigara mostowego 1 jest sztywno połączony z płytą pomostową 3 za pomocą listwy łączącej 14, która jest połączona z półką 11 dźwigara mostowego 1 usytuowaną od góry, oraz z płytą pomostową 3, połączeniem mechaniczno-klejonym. Płyta pomostowa 3 oraz poprzecznice 15 są z fibrobetonu. Pręty 13 zbrojące są kompozytowe, zbrojone włóknem aramidowym, oraz zawierają w swojej strukturze czujniki 16 światłowodowe. W pozostałym zakresie wykonanie przęsła jest takie jak w przykładzie drugim.

PL 249950 B1

Przęsło obiektu mostowego, w czwartym przykładzie wykonania, zawiera cztery kompozytowe dźwigary mostowe 1, których korpus jest z wycinka łopaty 2 wirnika turbiny wiatrowej z kompozytu warstwowego zawierającego balsę, oraz płytę pomostową 3 połączoną z korpusami tych dźwigarów mostowych 1. Korpus dźwigara mostowego 1 jest sztywno połączony z płytą pomostową 3 za pomocą listwy łączącej 14, która jest połączona z półką 11 dźwigara mostowego 1 usytuowaną od góry, oraz z płytą pomostową 3. Płyta pomostowa 3 oraz poprzecznice 15 są z betonu wysokowytrzymałego. Pręty 13 zbrojące są sprężonymi prętami stalowymi. W pozostałym zakresie wykonanie przęsła jest takie jak w przykładzie pierwszym.

Claims (8)

1. Przęsło obiektu mostowego zawierające kompozytowy dźwigar mostowy, którego korpus jest z wycinka łopaty wirnika turbiny wiatrowej, oraz betonową płytę pomostową zbrojoną prętami, połączoną z tym dźwigarem, znamienne tym, że wycinek łopaty (2) wirnika turbiny wiatrowej, z którego jest korpus dźwigara mostowego (1), obejmuje podłużny fragment powłoki nawietrznej (4) oraz usytuowany naprzeciwko niego podłużny fragment powłoki zawietrznej (5) tej łopaty (2) pomiędzy jej nasadą (6) a noskiem (7) oraz pomiędzy jej krawędzią natarcia (8) a krawędzią spływu (9), przy czym fragment powłoki nawietrznej (4) jest połączony z fragmentem powłoki zawietrznej (5) co najmniej jednym dźwigarem nośnym (10) łopaty (2), a ponadto dźwigar nośny (10) łopaty (2) stanowi środnik (12) dźwigara mostowego (1), a podłużne fragmenty powierzchni nawietrznej (4) oraz zawietrznej (5) łopaty (2) stanowią półki (11) dźwigara mostowego (1), zaś płyta pomostowa jest sztywno połączona z jedną z tych półek (11).

2. Przęsło według zastrz. 1, znamienne tym, że zawiera poprzecznice (15) betonowe połączone dźwigarami mostowymi (1) oraz z płytą pomostową (3).

3. Przęsło według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że połączenie dźwigara mostowego (1) z płytą pomostową (3) jest poprzez listwę łączącą (14), która jest połączona z półką (11) dźwigara mostowego (1) usytuowaną od góry, oraz z płytą pomostową (3).

4. Przęsło według zastrz. 3, znamienne tym, że listwa łącząca (14) jest w postaci kątownika (14a), którego jedno ramię jest sztywno połączone z górną powierzchnią górnej półki (11) dźwigara mostowego (1) a drugie ramię jest osadzone w płycie pomostowej (3), przy czym ramię osadzone w płycie pomostowej (3) ma otwory przelotowe przez które przewleczone są pręty (13) jej zbrojenia.

5. Przęsło według zastrz. 3, znamienne tym, że listwa łącząca (14) jest w postaci ceownika (14b), którego środnik jest sztywno połączony z górną półką (11) dźwigara mostowego (1) a ramiona są osadzone w płycie pomostowej (3) oraz mają otwory przelotowe przez które przewleczone są pręty (13) jej zbrojenia.

6. Przęsło według jednego z zastrz. od 1 do 5, znamienne tym, że zawiera czujniki (16) punktowe obejmujące światłowodowe czujniki (16) punktowe połączone z dźwigarem mostowym (1) oraz czujniki (16) tensometryczne rozmieszczone na dźwigarach mostowych (1).

7. Przęsło według jednego z zastrz. od 1 do 6, znamienne tym, że zawiera światłowodowe czujniki (16) rozłożone, które obejmują czujniki (16) światłowodowe połączone z wewnętrzną powierzchnią dźwigarów mostowych (1).

8. Przęsło według zastrz. 6 albo 7, znamienne tym, że jego pręty (13) zbrojące są kompozytowe a jego czujniki (16) rozłożone obejmują czujniki (16) światłowodowe wbudowane w strukturę tych prętów (13).