Чи можна виміряти структурну цілісність мостів у реальному часі для забезпечення безпеки?


8

Як наслідок це питання Цікаво, що інформація щодо моніторингу структурної цілісності може бути надана в реальному часі і в достатній мірі, щоб рішення про безпеку можна було реально зробити з інформації.

У контексті, у США та інших частинах світу федеральні, державні та місцеві органи влади регулярно отримують звіти про структурну цілісність інфраструктури, включаючи мости. Ці звіти є результатами оцінок, які виконуються на плановій основі, і може бути багато місяців або, можливо, років між оцінками.

Мости є важливою частиною федеральної, державної та місцевої економіки, оскільки вони забезпечують критичну інфраструктуру. Важливо також захищати історичні земельні знаки, такі як Міст Золоті Ворота.

Golden Gate Bridge Picture 1
Міст Золоті ворота, знаковий міст в Сполучених Штатах

А наслідки недостатньої інформації можуть бути досить серйозними. Наприклад, в серпні 2007 р Міст I-35W Міссісіпі розпалася, що призвело до втрати багатьох життів.

bridge collapse 2007
I-35W після розпаду


Питання:

  • Чи існують технології, які могли б забезпечити статус у реальному часі таким чином, що вони допоможуть запевнити федеральні, державні та місцеві органи влади щодо можливих відмов від мостів? Наприклад, чи є щось, що могло б передбачити крах I-35 і сповістити громадськість, щоб уникнути втрати життя? Це здається таким бездротовий датчик для контролю структурної цілісності мостів буде працювати, але я не впевнений, що домен знаходиться поза моїм досвідом.

Було б цікаво знати не тільки задіяні датчики, але й як розподілити їх по всій структурі. Невдача може статися з різних причин і в різних місцях. Знаючи де для вимірювання може бути так само важливо, як що для вимірювання.
Paul

Відповіді:


6

Є багато різних датчиків, які можна розмістити на мосту, щоб допомогти стежити за його станом . Після розвалу мосту I-35 цієї області бачив багато публічності . Більшість з них датчиків раніше були доступні, але потреба була не така очевидна для громадськості.

Датчики

  • Акселерометри
  • Штам-датчики
  • Датчики переміщення
  • Станції зондування рівня (монітори нахилу)
  • Анемометри
  • Датчики температури
  • Динамічні датчики ваги в русі
  • Монітори корозії
  • Монітори акустичних тріщин
  • Монітори акустичних кабелів

Ці датчики можуть бути провідними або бездротовими. Деякі навіть живлення від вібрацій від проїжджаючих транспортних засобів.

Вартість

Вартість є головним фактором при розгляді системи моніторингу мостів. Навіть якщо початкова вартість здається розумним :

Датчики невеликі, бездротові, міцні і не вимагають практичного обслуговування, говорить він. Очікується, що вони триватимуть більше десяти років, кожен з яких коштує близько 20 доларів. Середньомасштабному автодорожньому мосту знадобилося б близько 500 датчиків на загальну вартість близько 10 000 доларів.

Це не враховує витрати на постійний моніторинг датчиків. Моніторинг у реальному часі є дорогим і навіть менше, ніж моніторинг у реальному часі, що постійно зменшує витрати бюджетів Міністерства транспорту, які вже дуже тонкі. Якби в бюджеті було більше грошей, мости були б в кращому стані.

Ці мости вже регулярно перевіряються підготовленими інспекторами, які піднімаються по всій структурі. Це було зроблено на мосту I-35, і він все ще розвалився.

Витрати та складність систем означають, що лише кілька дуже великих структур будуть повністю контролюватися. Вартість цих систем, швидше за все, перевищує зазначену вище суму. Наведене вище значення також є лише вартістю окремих датчиків. Необхідно зробити повне вивчення мосту, щоб забезпечити розміщення датчиків у місцях, де вони будуть найбільш корисними.

Розташування

Кожен датчик вимірює лише одну точку даних. Потрібно було б багато думок і досліджень, щоб визначити, які датчики є найбільш вигідними.

Навіть після того, як датчики будуть розміщені, необхідно буде встановити комплексні критерії для того, щоб люди, які здійснювали моніторинг результатів датчиків, знали, що становить увага . Там може бути багато помилкових спрацьовувань і, можливо, навіть помилкових негативів.

Як статті вказує на те:

Зрештою, додає Фу, дистанційне зондування в реальному часі буде служити цінним доповненням, але не повністю замінить інспекції людей. "Сенсори не можна поставити скрізь", говорить він.

Кінцевий результат

Навіть якщо б всі ці датчики були на місці I-35 і контролювалися в реальному часі, фактичні Крах стався так швидко що трафік не міг би бути зупинений вчасно. Єдина відмінність полягає в тому, що слідчим було б набагато більше інформації.

Подумайте про літак Чорна скринька , але для мосту.


4

Моніторинг у реальному часі може бути зроблений і вже зроблено. Технологія існує і, як зазначає hazzey, є питанням вартості у порівнянні з ризиком.

Як інженер-практик, я / брав участь у двох глибоких проектах розкопок у двох різних країнах, де був побудований тунель для обрізання та покриття прямо під головним шосевим мостом. В обох випадках закриття або відхилення трафіку не є можливим. Будівельні органи в обох проектах вимагали для моніторингу стану здоров'я в реальному часі, оскільки наслідки невдач можуть бути катастрофічними.

В обох проектах розгортається низка оптичних призм разом з робототехнічними станціями для моніторингу руху пірсу мостів. Загальні станції підключаються до сервера, на якому безперервно завантажуються дані. Сам сервер підключений до Інтернету, де залучені сторони можуть завантажувати дані та обробляти інформацію. Крім того, деякі системи можуть генерувати SMS-сповіщення у разі порушення попередньо визначеного рівня.

Перед проведенням будь-якого моніторингу необхідно провести оцінку впливу / збитку для визначення:

  • прогнозований рух ґрунту (горизонтальний і вертикальний) на фундаменті мосту на основі методу будівництва
  • тими силами, які будуть індуковані на палях
  • конструктивний потенціал існуючих паль, як визначено з побудованих креслень
  • наявне навантаження на палі під час обслуговування
  • резервна потужність паль
  • допустимий бічний рух і поселення мостового фундаменту

Далі йде обстеження стану для оцінки поточного стану здоров'я мосту. Вона зазвичай включає візуальний огляд на тріщини і вимірювання рухів підшипників мостів.

Залізобетонні та сталеві мости, за нормальних обставин, не вимагають моніторингу в режимі реального часу, оскільки вони не зазнають раптової невдачі. Мости, які були належним чином спроектовані, як правило, не спрацьовують, перш ніж вони конструктивно вийдуть з ладу, надаючи достатнє попередження перед тим, як вони розпадуться. Крім того, регулярні перевірки та технічне обслуговування мостів допомагають забезпечити те, щоб мости залишалися справними.

Маючи достатньо даних, моніторинг у реальному часі може фіксувати тривалий тренд руху і згладжувати помилки читання. У випадках смертельної конструкції, людської помилки в інтерпретації записів обстежень або людської помилки в оцінці структурної місткості мосту моніторинг у реальному часі не допоможе запобігти катастрофі.


3

Структурний моніторинг з датчиками дійсно можливий. Питання - це витрати на моніторинг, і які частини можуть фактично контролюватися.

Чим більш важливим є міст, тим більшою є ймовірність того, що варто сплатити вартість моніторингу (критичність, головним чином, пов'язана з кількістю транспортних засобів, що перетинають день, а також наявністю альтернативних маршрутів і довжиною транспортних засобів (тобто кількість транспортних засобів). які можуть бути на ньому під час розвалу). Головний міст, побудований у ці дні, ймовірно, має якийсь моніторинг, вбудований в нього, як зазначено у статті, яку ви зв'язали, і прикладом якої є Далі перехід переходу (тепер називається Queensferry Crossing). Деякі мости мали системи модернізації, такі як існуючий Forth Road Bridge , який має акустичний моніторинг для прослуховування кабелів.

Існуючі мости, ймовірно, будуть оснащені моніторингом, якщо оцінка показує, що є підстави для занепокоєння. Якщо оцінка мосту виявляє, що частина мосту погіршується, вона може рекомендувати більш часті перевірки або встановлення моніторингу. Через вартість моніторингу це може відбутися лише на великих мостах.

Отже, чи може моніторинг завадити розвалу I35-W?

По-перше: I35-W, хоча і не маленький міст, не перебував у тому ж масштабі, як міст Золоті Ворота або Форт-мости. Моніторинг, таким чином, мабуть, був би встановлений лише в тому випадку, якщо міст був визнаний дефіцитним. І цього не сталося, тому що рутинні перевірки мостів і оцінки не помітили, що невелика сполучна пластина була низькою. Ваше посилання на датчики, здається, свідчить про те, що зараз можуть бути доступні нові більш дешеві сенсори. Я до сих пір не можу бачити вартість як доступну з огляду на кількість зсувних мостів, на які контролює кожна влада, але, можливо, протягом тривалого періоду (скажімо, 50 років, оскільки бюджет може розтягуватися до 2% мостів влади на рік - цифри) повністю зірвав з повітря), це могло статися.

По-друге: я не вважаю, що більшість моніторингу є реальним часом. Хоча я впевнений, що системи моніторингу мають автоматичні сигнали тривоги, які вимикаються, якщо відбувається значне переміщення, я намагаюся повірити, що хтось буде мати дуже швидку відповідь на нього. Більш ніж ймовірно, що системна сигналізація призведе до того, що хтось буде дивитися, може бути, того ж дня, можливо, і не буде. Головним чином, системи повинні розглядати довгострокові проблеми. Приймаючи Forth Road Bridge в якості прикладу - акустичний моніторинг є, щоб записати "пінг" з кабелю щіпці. Є кілька тисяч окремих ниток, що складають підвісні кабелі. Акустичний моніторинг є таким, що хтось може поглянути на результати і сказати, що "це схоже, що 63 впали за останні шість місяців, можливо, ми повинні подумати про те, щоб зробити щось, щоб зменшити навантаження". Я не думаю, що це дійсно існує з очікуванням, що він зафіксує 100 прив'язки за день, в результаті чого мост миттєво закривається. (Forth Road міст закривається через сильний вітер кілька разів на рік - вони мають належну систему на місці, щоб закрити його).

По-третє: офіційний звіт про розпад припускає, що невдача була дуже раптовою: було попередження 10 секунд. Навіть за допомогою моніторингу в реальному часі вам необхідно a) отримати результати, b) визначити, що вони катастрофічно погані (легко, якщо у вас є 100 пінг у моєму Forth прикладі, важко, якщо у вас є акселерометри відповідно до вашого посилання, які можуть розповідати вам що міст перемістився на 0.05 градусів) і c) змусити поліцію там закрити міст. Загальна оцінка часу: 10 хвилин, якщо вам дуже пощастило. Не 10 секунд. (І, мабуть, більше 3 місяців, якщо ви налаштували моніторинг на довгострокові ефекти і не були впевнені, чи є значення 0.05 градусів значним чи ні, тому що система не була налаштована для цього.)

Відмова від відповідальності - Я намагався ввести факти та посилання, де можу, але фактичні висновки, до яких я прийшов, сильно грунтуються на моїх думках і не є прямими фактами.


2
Швидкий погляд Список невдач мостів у Вікіпедії показує, що більшу частину часу, мост, мабуть, недоторканий до декількох хвилин до аварії. Датчик моніторингу дозволить вам точно сказати лише, що "ваш міст просто звалився". Корисно для чогось на зразок залізничної лінії, де трафік є рідкісним і можлива автоматизована реакція, але не стільки на автомобільний міст.
Mark
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.