Испитување на мост за железнички и патен сообраќај со пробно товарање и примена на систем за следење

Мостовите се несомнено едни од најважните градежни конструкции. Нивната важност од економска и социјална гледна точка е немерлива, па разбирливо е дека безбедноста на мостовите за транспорт на стоки и луѓе не треба да биде загрозена. Токму затоа, во многу земји е воведена обврска за контрола на состојбата на мостовите најмалку на секои две години и истата вообичаено се состои од визуелна контрола и примена на недеструктивни методи за испитување. Сепак, ваквите практики не даваат доволно податоци за состојбата на мостовите и во последните децении е развиен и пуштен во употреба систем за следење на мостови.

Изглед на дел од мостот

Следењето на конструктивниот интегритет на градежната инфраструктура, или едноставно кажано следењето на состојбата на конструкцијата (Structural health monitoring – SHM) во денешно време е сè позначајно. Примарна функција на мониторингот, односно следењето на конструкциите е да се обезбеди сигурност на конструкциите, да се оптимизира нивното одржување и да се намали вкупниот трошок за користење.

SHM, како систем, го привлече вниманието на стручната фела бидејќи е развиен систем сличен на човечкиот нервен систем преку кој може да се почувствуваат абнормалностите како што се болка и чешање и да се обезбедат информации за следниве дејства – во зависност од местоположбата на абнормалностите да се процени дали треба и кога да се оди на доктор. Јасно е дека поставувањето на сензорен систем за регистрирање на абнормалности и проценка на конструктивниот интегритет е од особено значење. Брзиот развој во областите: контрола и следење на состојбата на конструкциите, собирањето и обработката на податоците и компјутерските технологии овозможија да се следи состојбата на конструкциите во реален размер и време.

SHM системот имплементиран кај мостовите вклучува пет операции: собирање, валидација, анализа, прогноза и управување со системот. Системот и сензорите се развиени со цел да се следат параметрите за најважните механизми на деградација, а тоа се: корозија на арматурата, карбонизација на бетонот, циклуси на замрзнување/одмрзнување, алкално-силикатна реакција и механичко оштетување. Следењето на состојбата овозможува добивање информации за најважните параметри за проценка на однесувањето на конструкцијата, како што се: статичко оптоварување, динамичко оптоварување, вибрации (фреквенции, амплитуди, забрзувања и тонови форми), уклон, наклон, поместување, дилатации, прснатини, температура.

Поважни придобивки од следењето на состојбата на конструкцијата на мостовите се: рано предупредување во случај на каква било неправилност во однесувањето на мостот, можност за спречување на катастрофални оштетувања, па и лом, како и поефикасно планирање на одржувањето и заштитата на мостот. SHE системот овозможува онлајн прибирање на информации и соодветно брз одговор.

ПОДАТОЦИ ЗА МОСТОТ И НЕГОВАТА КОНСТРУКЦИЈА

Новиот мост за комбиниран железнички и патен сообраќај преку реката Дунав во Нови Сад е изграден на местото на срушениот армиранобетонски мост за комбиниран сообраќај (познат како „Мостот на Жежељ“). Локацијата на мостот е на трасата на главната европска железница, која ja поврзува северна, централна и јужна Европа, вклучувајќи ја и железничката пруга помеѓу Будимпешта и Белград. Мостот е изграден од меѓународен конзорциум (AZVI/Taddei/Horta JV), а проектиран е од А. Бојовиќ, компанија „Делинг“, Белград. Вкупната должина на мостот е 474 m и се состои од две лачни конструкции и две пристапни конструкции.

Мостот содржи и две патеки за пешаци и велосипеди.

Позиција на сообраќајните ленти

Проектот „Опрема за следење и испитување со пробно товарање на железнички-патен мост во Нови Сад“ е изработен од Факултетот за технички науки – ФТН во Нови Сад, а сите активности во врска со поставувањето на опремата за следење и испитување со пробно товарање се реализирани во април 2018 година, во конзорциум со повеќе компании.

Со договорот се опфатени следните обврски:

•             Долготрајното следење (мониторинг) и испитувањето со пробно товарање треба да бидат извршени за иста конфигурација на мерните точки, исти мерачи и опрема, со исклучок на некои точки кои се важни само во фазата на поставување на двете лачни конструкции;

•             Истиот работен тим да биде ангажиран за опремата, следењето и испитувањето со пробно товарање;

•             Обезбедувањето и поставувањето на опремата, воспоставувањето на системот за следење на состојбата и испитувањето со пробно товарање треба да бидат организирани по принципот „клуч на рака“ од страна на конзорциум со кој раководи ФТН;

•             За потребите на пробното товарање, натоварените камиони/вагони/локомотиви и логистиката на градилиштето треба да бидат обезбедени од AZVI како изведувач.

Земајќи го предвид начинот на потпирање, мостот е проектиран како интегрална конструктивна целина од четири независни делови: пристапен мост Петроварадин (1-2А), лачен мост Петроварадин (2-3А), лачен мост Нови Сад (3Б-4) и пристапен мост Нови Сад (4Б-5).

Конструктивни делови (единици) на мостот

Крајните столбови 1 и 5 се нови, масивни бетонски столбови, фундирани на колови. Столбовите 2 и 3 се нови, масивни бетонски столбови изведени врз постојните темели (темели од стариот мост), столбот 4 е нов масивен бетонски столб, фундиран на колови. Конструкцијата на мостот е потпрена во секоја од системските оски на вкупно 3 лежишта.

Носивата конструкција на лачните мостови е слободно потпрен просторен систем од носиви лаци и затеги со следните карактеристики:

Носива конструкција на лачните мостови

•             распон 177.0 m (лачен мост, дел 2-3A од страната на Петроварадин),

•             распон 219.0 m+1.7 m (лачен мост, дел 3B-4 од страната на Нови Сад),

•             висините на лаците се 34.0 m и 42.0 m,

•             лаци, попречни греди за поврзување на лаците, затеги (челична конструкција),

•             висулки (кабли со паралелни јажиња),

•             попречни греди (челична конструкција) и

•             бетонска коловозна плоча (армиранобетонска плоча спрегната со попречни греди).

•             конструктивни материјали: челик S355 и S460, бетон C35/45 и C40/50, кабли fy=1860MPa и арматура B500B (или C).

ОПРЕМА ЗА ПРОБНО ТОВАРЕЊЕ И СИСТЕМ ЗА СЛЕДЕЊЕ НА ОДНЕСУВАЊЕТО НА КОНСТРУКЦИЈАТА

Целата опрема која беше поставена за долготрајно следење на состојбата на мостот (заедно со дополнителната геодетска опрема) беше користена и за следење на однесувањето на мостот за време на пробното товарање. Функцијата на системот за следење е да се соберат и да се креира база на податоци со цел да се следи однесувањето и да се подобри безбедноста на конструкцијата на мостот од аспект на: носивост, стабилност, употребливост и трајност. Системот за следење е проектиран како компјутерски систем за следење на параметрите кои го дефинираат однесувањето на четирите мостовски конструкции во реално време при сообраќајно оптоварување и други дејства.

Товарен случај 107 – Пристапен мост „Петроварадин“

Системот за следење на состојбата на мостот се состои од:

•             мерни потсистеми (сензори и предаватели),

•             потсистем за прибирање на податоци (мерни амплификатори и уреди),

•             потсистем за трансфер на податоци (компјутерска мрежа) и

•             потсистем за трансфер, складирање, процесирање, анализа и приказ на податоци (компјутери со соодветен софтвер).

Системот беше/ќе биде во функција во следните фази на градба на мостовската конструкција:

•             следење за време на затегањето на висулките од лачните мостови,

•             следење за време на поставувањето на лачните мостови,

•             следење за време на поставувањето на пристапните мостови,

•             следење за време на поставувањето на постојаниот товар на лачните и пристапните мостови,

•             следење при испитувањето со пробно товарање, пред пуштање во употреба,

•             следење во тек на експлоатавија (долготрајно следење).

1.            ПРОБНО ТОВАРАЊЕ

Пробното товарање беше изведено на почетокот на април 2018 година. За спроведување на 24 фази на статичко и 3 фази на динамичко товарање на мостот, беа користени следните возила:

Товарен случај 407 – Пристапна рампа Нови Сад (4В-5)

•             38 камиони (3 осовински, со просечна тежина 228 kN),

•             32 вагони (4 осовински, со просечна тежина728 kN) и

•             3 локомотиви (со просечна тежина 1147 kN).

Целта на пробното статичко товарање беше да се определи:

•             капацитетот на носивост на конструктивните елементи за кои во нумеричката анализа  се добиени екстремни вредности на статичките величини (од регистрирани напрегања),

•             крутост/употребливост на главните конструктивни системи на мостот (од вертикални и хоризонтални поместувања и ротации) и

•             регуларност во однесувањето (базирано на компатибилноста помеѓу мерените и пресметаните вредности).

На следните фотографии се прикажани карактеристични товарни случаи.

Во табелата се прикажани максималните вредности од нумеричките анализи и реално измерените вертикални поместувања за четирите мостовски конструкции, како и соодветните вредности на заостатните поместувања.

Максимални вредности на пресметаните, измерените и заостанатите поместувања

За сите четири основни конструктивни единици и за трите брзини на движење на локомотивите 10 km/h, 55 km/h и 80 km/h, извршени се динамички товарања со цел да се определат:

•             природните фреквенции и придушувањето (од спектарот на вибрации),

•             динамичките коефициенти (од односот на влијанијата при динамичко и статичко дејство за ист товар) и

•             забрзувањата на конструктивните елементи (од анализата на записот за забрзувањето).

На слика 13 и слика 14 прикажани се спектрите, односот помеѓу влијанијата на статичките и динамичките дејства и забрзувањата на конструктивните елементи за пристапен мост Петроварадин и Лачен мост Нови Сад.

Динамички параметри за тест со брзина 10 km/h – Пристапна рампа Петроварадин (1-2А)

2. ЗАКЛУЧОК

Од страна на претпријатија за управување со патишта, професионални организации и академии, организирани се многу конференции и дебати каде што се опфаќаат и анализираат причините коишто доведуваат до голем број на несреќи на патиштата и се дефинираат стратегии за нивно избегнување во иднина. Овие стратегии главно се засновани на примена на системите за следење на состојбата на мостовските конструкции (SHM).

Во почетокот, системот за следење опфаќаше визуелни проверки (контроли) и недеструктивни методи за испитување, интегрирани со систем за следење на состојбата на мостовските конструкции преку комбинација на одговорите од различни доверливи сензори, поставени  на конструкцијата со цел следење на однесувањето на мостовската конструкција. Денес, Internet of Things (IoT), Wireless Sensor Network (WSN) и други напредни технологии за паметно градење се прилагодени за решавање на проблемите со сигурноста на мостовите, пренесувањето и управувањето со информациите. Развиен е IoT базиран систем за набљудување на сигурноста на мостовите, способен да ги следи и пренесува податоците на мобилните уреди на персоналот одговорен за управување со безбедноста на мостот и нивна документација.

Системот за следење на состојбата на мостот за железнички и патен сообраќај во Нови Сад е еден од најголемите инженерски проекти на Катедрата за градежништво и геодезија, при Факултетот за технички науки, со многу иновативни аспекти во полето на следење на конструкциите. Напорите за здружено партнерско вложување на „TRC Pro“ за хардвер и „Creative Tree“ за софтвер, придонесе претходно изнесеното да стане реалност и се потврди дека таков комплексен систем за набљудување има потреба од повисоко ниво на експертско и мултидисциплинарно знаење.

Врз база на анализата на резултатите и на останатите релевантни податоци добиени од пробното товарање на „Мост за железнички и патен сообраќај преку река Дунав во Нови Сад“, добиени се следните заклучоци:

•             Носивоста, стабилноста, крутоста и употребливоста на мостовската конструкција е на нивото коешто е предвидено со основниот проект на конструкцијата.

•             Измерените поместувања и регистрираните напрегања се помали од вредностите коишто се добиени со нумеричката анализа за сите товарни случаи од пробното товарање.

•             Однесувањето на мостовската конструкција при пробно товарање е еластично, со незначајни заостатни деформации.

•             Мостот за железнички и патен сообраќај преку реката Дунав во Нови Сад ги исполнува барањата за технички коректна конструкција, во согласност со српските прописи за пробно товарање и поседува соодветна носивост, стабилност и употребливост за сите предвидени товарни случаи во проектот.

Автори:

Властимир РАДОЊАНИН, Душан КОВАЧЕВИЌ, Мирјана МАЛЕШЕВ, Ѓорѓе ЛАЃИНОВИЌ, проф д-р на Факултетот за технички науки при Универзитетот во Нови Сад, Србија