RU2317534C1 - Method of monitoring automotive bridge - Google Patents

Method of monitoring automotive bridge Download PDF

Info

Publication number
RU2317534C1
RU2317534C1 RU2006138000/28A RU2006138000A RU2317534C1 RU 2317534 C1 RU2317534 C1 RU 2317534C1 RU 2006138000/28 A RU2006138000/28 A RU 2006138000/28A RU 2006138000 A RU2006138000 A RU 2006138000A RU 2317534 C1 RU2317534 C1 RU 2317534C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
bridge
ave
dominant
influence
resource
Prior art date
Application number
RU2006138000/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Павлович Матвеенко
Игорь Николаевич Шардаков
Андрей Иванович Судаков
Михаил Александрович Кулеш
Роман Валерьевич Цветков
Original Assignee
Пермский край, от имени которого выступает государственный заказчик - Министерство промышленности и природных ресурсов Пермского края
Институт Механики Сплошных Сред Уральского Отделения Российской Академии Наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Пермский край, от имени которого выступает государственный заказчик - Министерство промышленности и природных ресурсов Пермского края, Институт Механики Сплошных Сред Уральского Отделения Российской Академии Наук filed Critical Пермский край, от имени которого выступает государственный заказчик - Министерство промышленности и природных ресурсов Пермского края
Priority to RU2006138000/28A priority Critical patent/RU2317534C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2317534C1 publication Critical patent/RU2317534C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: construction.
SUBSTANCE: method comprises measuring movements of the elements of the construction of the bridge under the action of loadings and determining remaining service life of the bridge. The positions of dangerous sites of the bridge are determined from the formulae presented.
EFFECT: enhanced precision.
4 dwg

Description

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при мониторинге технического состояния строительных конструкций, а именно автомобильного моста.The invention relates to construction and can be used to monitor the technical condition of building structures, namely, an automobile bridge.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ мониторинга автомобильного моста в процессе его эксплуатации, включающий измерение перемещений элементов конструкции моста под воздействием нагрузок и определение оставшегося ресурса моста, (см. Патент РФ №2250444, опубл. 10.01.2001).The closest technical solution to the proposed one is a method for monitoring an automobile bridge during its operation, which includes measuring the displacements of structural elements of the bridge under the influence of loads and determining the remaining resource of the bridge (see RF Patent No. 2250444, publ. 10.01.2001).

Недостатком его является большая трудоемкость, недостаточная точность, поскольку процесс изменения характеристик моста со временем носит нелинейный характер, а это в известном техническом решении не учитывается.Its disadvantage is the large complexity, lack of accuracy, since the process of changing the characteristics of the bridge over time is non-linear, and this is not taken into account in the known technical solution.

В изобретении решается задача снижения трудоемкости и повышения точности определения ресурса.The invention solves the problem of reducing the complexity and increasing the accuracy of determining the resource.

Для достижения этого технического результата производят измерение перемещений элементов конструкции моста под воздействием нагрузок и определяют оставшийся ресурса моста, а именно через равные промежутки времени не менее 3 раз в год осуществляют замеры перемещений в угловых точках пролетных перекрытий ригелей моста под воздействием нагрузки от движущегося транспорта в часы пиковой нагрузки, над измеряемыми величинами проводят вейвлет-преобразования, получают амплитудно-частотные характеристики, определяют зоны концентраций спектра мощности доминирующих частот и оставшийся ресурс моста определяют по формуле:To achieve this technical result, the displacements of the bridge structural elements under the influence of loads are measured and the remaining resource of the bridge is determined, namely, at equal intervals of at least 3 times a year, measurements of displacements at the corner points of the span of the bridge crossbars under the influence of the load from a moving vehicle during hours peak load, wavelet transforms are carried out over the measured values, the amplitude-frequency characteristics are obtained, the spectral concentration zones are determined and the dominant frequency power and remaining life of the bridge is given by:

tост.=tпр.-t3 t rest = t ave. -t 3

где:Where:

tпр.=af2пр.+bfпр.+ct ave. = af 2 ave. + bf ave. + c

где fпр. - предельная доминирующая частота колебаний,where f ave - the limiting dominant oscillation frequency,

a, b, c - коэффициенты, определяемые из системы линейных уравнений:a, b, c - coefficients determined from a system of linear equations:

t1=af21+bf1+с;t 1 = af 2 1 + bf 1 + s;

t2=af22+bf2+c;t 2 = af 2 2 + bf 2 + c;

t3=af23+bf3+c;t 3 = af 2 3 + bf 3 + c;

где: t1, t2, t3 - время последних трех испытаний, отсчитанное от начала эксплуатации моста;where: t 1 , t 2 , t 3 - time of the last three tests, counted from the start of operation of the bridge;

f1, f2, f3 доминирующие частоты в этих испытаниях. Отличительными признаками предлагаемого способа мониторинга автомобильного моста от указанного выше известного, наиболее близкого к нему являются следующие признаки: через равные промежутки времени не менее 3 раз в год осуществляют замеры перемещений в угловых точках пролетных перекрытий ригелей моста под воздействием нагрузки от движущегося транспорта в часы пиковой нагрузки, над измеряемыми величинами проводят вейвлет-преобразования, получают амплитудно-частотные характеристики, определяют зоны концентраций спектра мощности доминирующих частот и оставшийся ресурс моста определяют по формуле:f 1 , f 2 , f 3 dominant frequencies in these trials. The distinguishing features of the proposed method for monitoring an automobile bridge from the above known, closest to it are the following features: at regular intervals at least 3 times a year, they measure movements at the corner points of the span of the bridge crossbars under the influence of the load from a moving vehicle during peak hours , wavelet transforms are carried out over the measured values, the amplitude-frequency characteristics are obtained, the concentration spectrum concentration zones are determined up to INIR frequencies and remaining life of the bridge is given by:

tост.=tпр.-t3 t rest = t ave. -t 3

где:Where:

tпр.=af2пр.+bfпр.+ct ave. = af 2 ave. + bf ave. + c

где fпр.- предельная доминирующая частота колебаний,where f ave - the limiting dominant oscillation frequency,

а, b, с - коэффициенты, определяемые из системы линейных уравнений:a, b, c - coefficients determined from a system of linear equations:

t1=af21+bf1+c;t 1 = af 2 1 + bf 1 + c;

t2=af22+bf2+c;t 2 = af 2 2 + bf 2 + c;

t3=af23+bf3+с;t 3 = af 2 3 + bf 3 + s;

где: t1, t2, t3 - время последних трех испытаний, отсчитанное от начала эксплуатации моста;where: t 1 , t 2 , t 3 - time of the last three tests, counted from the start of operation of the bridge;

f1, f2, f3 доминирующие частоты в этих испытаниях.f 1 , f 2 , f 3 dominant frequencies in these trials.

Предлагаемый способ иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана общая схема измерительного комплекса, на фиг.2 показана схема размещения датчиков на ригеле автомобильного моста, на фиг.3 - спектрограмма перемещений ригеля моста, на фиг.4 кривая зависимости доминирующей частоты от времени испытаний.The proposed method is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a general diagram of a measuring complex, Fig. 2 shows a diagram of the placement of sensors on a crossbar of an automobile bridge, Fig. 3 is a spectrogram of movements of a crossbar of a bridge, in Fig. 4 a curve of the dependence of the dominant frequency on the test time .

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.The proposed method is implemented as follows.

Оценка остаточного ресурса автомобильного моста производится по параметрам экспериментальных амплитудно-частотных характеристик под воздействием нагрузки. Измерения проводят с помощью измерительного комплекса (фиг.1) через равные промежутки времени не менее 3 раз в год. При этом определяют текущие значение скоростей или ускорений в крайних угловых точках 1, 2, 3, 4 верхней плиты каждого ригеля моста (см. фиг.2) под воздействием движущихся транспортных средств в часы пиковой нагрузки. С полученными значениями проводят численное интегрирование, осуществляют вейвлет-преобразование (Воробьев В.И., Грибунин В.Г. Теория и практика вейвлет-преобразования. СПб.: Изд-во ВУС, 1999, 208 с.), получают спектрограммы перемещений (см. фиг.3), определяют частоты зоны максимальных амплитуд под воздействием нагрузки от движущегося транспорта в часы пиковой нагрузки, определяют зоны концентраций спектра мощности доминирующих частот и оставшийся ресурс моста определяют по формуле:The residual resource of the automobile bridge is estimated by the parameters of the experimental amplitude-frequency characteristics under the influence of the load. The measurements are carried out using the measuring complex (figure 1) at regular intervals at least 3 times a year. In this case, determine the current value of speeds or accelerations at the extreme corner points 1, 2, 3, 4 of the upper plate of each crossbar of the bridge (see figure 2) under the influence of moving vehicles during peak hours. With the obtained values, numerical integration is carried out, the wavelet transform is carried out (Vorobev V.I., Gribunin V.G. Theory and practice of wavelet transform. St. Petersburg: VUS Publishing House, 1999, 208 pp.), Spectrograms of displacements are obtained (see Fig. 3), determine the frequency of the zone of maximum amplitudes under the influence of the load from a moving vehicle during peak hours, determine the concentration zone of the power spectrum of the dominant frequencies and the remaining bridge resource is determined by the formula:

tост.=tпр.-t3 t rest = t ave. -t 3

где:Where:

tпр.=af2пр.+bfпр.+ct ave. = af 2 ave. + bf ave. + c

где fпр. - предельная доминирующая частота колебаний,where f ave - the limiting dominant oscillation frequency,

а, b, с - коэффициенты, определяемые из системы линейных уравнений:a, b, c - coefficients determined from a system of linear equations:

t1=af21+bf1+с;t 1 = af 2 1 + bf 1 + s;

t2=af22+bf2+c;t 2 = af 2 2 + bf 2 + c;

t3=af23+bf3+c;t 3 = af 2 3 + bf 3 + c;

где: t1, t2, t3 - время последних трех испытаний, отсчитанное от начала эксплуатации моста;where: t 1 , t 2 , t 3 - time of the last three tests, counted from the start of operation of the bridge;

f1, f2, f3 доминирующие частоты в этих испытаниях.f 1 , f 2 , f 3 dominant frequencies in these trials.

Использование предлагаемого интервала между экспериментами обеспечивает достаточно высокую точность определения ресурса и позволяет вовремя принять меры, чтобы избежать крупной аварии.Using the proposed interval between experiments provides a sufficiently high accuracy of determining the resource and allows you to take measures in time to avoid a major accident.

Использование для возбуждения колебаний воздействий автомобильного движения во время пиковой нагрузки позволяет приблизить условия испытаний к эксплуатационным и получить максимальные амплитуды виброперемещений. Кроме того, такой способ сокращает материальные затраты на проведение мониторинга. Осуществление вейвлет-преобразований позволяет повысить точность определения доминирующей частоты колебания моста. Предлагаемый способ мониторинга позволяет учесть нелинейность процессов изменения параметров моста (его жесткости), появляющиеся в последний самый критический период его эксплуатации и тем самым повысить точность в определении оставшегося ресурса и избежать аварийной ситуации.The use for excitation of vibrations of the effects of automobile traffic during peak loads allows us to bring the test conditions closer to operational and to obtain maximum amplitudes of vibration displacements. In addition, this method reduces the material costs of monitoring. The implementation of wavelet transforms improves the accuracy of determining the dominant frequency of the oscillation of the bridge. The proposed monitoring method allows to take into account the non-linearity of the processes of changing the bridge parameters (its rigidity) that appear during the last most critical period of its operation and thereby increase the accuracy in determining the remaining resource and avoid an emergency.

Пример выполнения предлагаемого способа.An example of the proposed method.

Эксперименты и определение ресурса было произведено для ригельного блока конструкции Камского автомобильного моста.Experiments and resource determination were carried out for the crossbar block of the Kama automobile bridge construction.

Сборный железобетонный мост через реку Каму был сдан в эксплуатацию в 1967 году.The precast concrete bridge over the Kama River was commissioned in 1967.

В качестве первичных элементов для регистрации колебаний были использованы сейсмические датчики:As primary elements for recording oscillations, seismic sensors were used:

- СМ-4Б - датчик виброускорений (акселерометр) с рабочим диапазоном измеряемых частот 0,6-40 Гц;- SM-4B - vibration acceleration sensor (accelerometer) with a working range of measured frequencies of 0.6-40 Hz;

- КВЭ-3Б - датчик виброскоростей (велосиметр) с рабочим диапазоном 0,01-10 Гц.- KVE-3B - vibration velocity sensor (cycle meter) with an operating range of 0.01-10 Hz.

Датчики были установлены в концевых зонах внутри коробов ригельных блоков на специальных металлических горизонтальных площадках.Sensors were installed in the end zones inside the boxes of crossbar blocks on special horizontal metal platforms.

В ходе трех экспериментов (ноябрь 2002, май и октябрь 2003 г.) регистрировались временные сигналы (в вольтах), являющиеся напряжением датчика и характеризующие вертикальные составляющие виброускорений (для аксерерометра СМ-4Б) или виброскоростей (для велосиметра КВЭ-3Б) в точке его расположения. Путем численного интегрирования виброускорения или виброскорости пересчитываются в виброперемещения. Для виброперемещений были осуществлены вейвлет-преобразования и получены спектральные характеристики (фиг.3).During three experiments (November 2002, May and October 2003), temporary signals (in volts) were recorded, which are the voltage of the sensor and characterize the vertical components of vibration acceleration (for the SM-4B accelerometer) or vibration velocities (for the KVE-3B bicycle meter) location. By numerically integrating the vibration acceleration or vibration velocity are converted into vibration displacement. For vibration displacement, wavelet transforms were performed and spectral characteristics were obtained (Fig. 3).

Анализ спектральных характеристик ригельного блока для всех датчиков, полученных в 2002 г., показал, что по спектру мощности доминируют частота 0,74 Гц. Повторное испытание в 2003 г. показало на снижение доминирующей частоты в мае до 0,71 Гц, а в октябре до 0,67 Гц. Предельная частота потери упругости конструкции fпр.=0,48 Гц. Эта величина предельной частоты соответствует потере жесткости железобетонной конструкции моста в 4 раза, по отношению к жесткости на момент сдаточных испытаний. Остаточный ресурс 5,5 лет. Испытания показали, что предлагаемый способ мониторинга позволяет повысить точность определения остаточного ресурса моста, и особенно необходим после наработки половины планового ресурса, когда жесткость его элементов конструкции начинает изменяться нелинейно.An analysis of the spectral characteristics of the crossbar for all sensors obtained in 2002 showed that a frequency of 0.74 Hz dominates in the power spectrum. Repeated testing in 2003 showed a decrease in the dominant frequency in May to 0.71 Hz, and in October to 0.67 Hz. The limiting frequency of the loss of elasticity of the structure f pr = 0.48 Hz. This value of the limiting frequency corresponds to a 4-fold loss in the stiffness of the reinforced concrete structure of the bridge, relative to the stiffness at the time of acceptance tests. The residual resource is 5.5 years. Tests have shown that the proposed monitoring method improves the accuracy of determining the residual life of the bridge, and is especially necessary after half of the planned life, when the rigidity of its structural elements begins to change nonlinearly.

Claims (1)

Способ мониторинга автомобильного моста в процессе его эксплуатации, включающий измерение перемещений элементов конструкции моста под воздействием нагрузок и определение оставшегося ресурса моста, отличающийся тем, что через равные промежутки времени не менее 3 раз в год осуществляют замеры перемещений в угловых точках пролетных перекрытий ригелей моста под воздействием нагрузки от движущегося транспорта в часы пиковой нагрузки, над измеряемыми величинами проводят вейвлет преобразования, получают амплитудно-частотные характеристики, определяют зоны концентраций спектра мощности доминирующих частот и оставшийся ресурс моста определяют по формулеA method for monitoring an automobile bridge during its operation, including measuring the displacements of structural elements of the bridge under the influence of loads and determining the remaining resource of the bridge, characterized in that, at equal intervals of at least 3 times a year, they measure movements at the corner points of the span of the bridge crossbars under the influence loads from a moving vehicle during peak hours, wavelet transforms are carried out over the measured values, and the amplitude-frequency characteristics are obtained ki, determine the concentration zone of the power spectrum of the dominant frequencies and the remaining bridge resource is determined by the formula tост.=tпр.-t3,t rest = t ave. -t 3 , где tпр.=af2пр.+bfпр.+c,where t ave. = af 2 ave. + bf ave. + c, где fпр. - предельная доминирующая частота колебаний,where f ave - the limiting dominant oscillation frequency, a, b, c - коэффициенты, определяемые из системы линейных уравненийa, b, c - coefficients determined from a system of linear equations t1=af21+bf1+с;t 1 = af 2 1 + bf 1 + s; t2=af22+bf2+c;t 2 = af 2 2 + bf 2 + c; t3=af23+bf3+c,t 3 = af 2 3 + bf 3 + c, где t1, t2, t3 - время последних трех испытаний, отсчитанное от начала эксплуатации моста;where t 1 , t 2 , t 3 - the time of the last three tests, counted from the start of operation of the bridge; f1, f2, f3 - доминирующие частоты в этих испытаниях.f 1 , f 2 , f 3 are the dominant frequencies in these tests.
RU2006138000/28A 2006-10-27 2006-10-27 Method of monitoring automotive bridge RU2317534C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006138000/28A RU2317534C1 (en) 2006-10-27 2006-10-27 Method of monitoring automotive bridge

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006138000/28A RU2317534C1 (en) 2006-10-27 2006-10-27 Method of monitoring automotive bridge

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2317534C1 true RU2317534C1 (en) 2008-02-20

Family

ID=39267294

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006138000/28A RU2317534C1 (en) 2006-10-27 2006-10-27 Method of monitoring automotive bridge

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2317534C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2650812C1 (en) * 2017-03-13 2018-04-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт вычислительных технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИВТ СО РАН) Method of monitoring the technical condition of bridge structures in the process of their operation (variants)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2650812C1 (en) * 2017-03-13 2018-04-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт вычислительных технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИВТ СО РАН) Method of monitoring the technical condition of bridge structures in the process of their operation (variants)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102519651B (en) Method for determining basic frequency of stay cable when testing cable tension of cable stayed bridge by using vibration method
JP6531984B2 (en) Displacement response calculation method using acceleration recording
Girolami et al. Modal analysis of structures with low-cost embedded systems
CN101762347A (en) Method for measuring rope force of multi-span steel stay rope by using half-wave method
EP3432036A1 (en) Seismic sensor and earthquake detection method
RU2317534C1 (en) Method of monitoring automotive bridge
CN107128329B (en) Track gauge dynamic change monitoring device and design method based on strain measurement inversion deformation acceleration response
Somaschini et al. Experimental analysis of a composite bridge under high-speed train passages
RU2362136C1 (en) Method for impact testing of construction
Yu et al. A study on PVDF sensor using wireless experimental system for bridge structural local monitoring
JP7035488B2 (en) Analytical equipment, analysis system and analysis method
Davis et al. Dynamic strain monitoring of an in-use interstate bridge using fiber Bragg grating sensors
JP2018179535A (en) Soundness monitoring system and soundness monitoring method
RU2299410C1 (en) Mode of evaluation of a residual resource of an automobile bridge
KR100553124B1 (en) Energy-Dissipation-Ratio based structural health monitoring method
KR20110109217A (en) Method for measuring tension of cable, media that program executing the method is recorded, analyzing device that the program is installed
JP3115176B2 (en) Measurement method of natural frequency of bridge girder and spring constant of bearing
CN108318125B (en) Method for detecting ballast rigidity based on vertical vibration characteristic of steel rail
Magalhães et al. Dynamic testing of the new Coimbra footbridge before implementation of control devices
RU2487325C2 (en) Method to measure stretching forces acting at rail and device for its realisation
CN101726355B (en) Measuring and analyzing system for vibration and vibration phase of crystallizer of portable conticaster
RU2790418C1 (en) Method for controlling the adhesion of anchor bolting to a rock mass
RU2284489C1 (en) Vibration testing method to control technical bridge span state
RU2608332C1 (en) Method for dynamic testing superstructures
Zonzini et al. Heterogeneous sensor-network for vibration-based SHM

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181028