KLADKA DLA PIESZYCH NAD UL. OGIŃSKEGO W BYDGOSZCZY W ŚWIETLE BADAŃ IN SITU

Transkrypt

1 KLADKA DLA PIESZYCH NAD UL. OGIŃSKEGO W BYDGOSZCZY W ŚWIETLE BADAŃ IN SITU 1. WSTĘP Maciej Malinowski 1, Anna Banaś 1, Roman Rutkowski 1 1 Politechnika Gdańska, WILiŚ adres: ul. Narutowicza 11/12, Gdańsk Estetyka oraz forma architektoniczna obiektów inżynierskich coraz częściej stają się jednym z bardziej znaczących kryteriów decydujących o wyborze realizowanej konstrukcji. Niejednokrotnie dąży się wręcz do tego, żeby to właśnie obiekt mostowy stał się jednym ze znaków rozpoznawczych lub wręcz symbolem miasta. Inwestycja prowadzona w ciągu ulicy Ogińskiego w Bydgoszczy, której celem było stworzenie kolejnej przeprawy przez rzekę Brdę, niewątpliwie stała się wizytówką miasta. Na uwagę zasługuje tu nie tylko most wantowy o innowacyjnej konstrukcji pylonu, ale również kładka o nietypowym kształcie dźwigara łukowego, która jest tematem niniejszej pracy. Konstruowanie coraz bardziej wyszukanych obiektów stwarza potrzebę poznania ich rzeczywistej pracy i sprawdzenia założeń projektowych w praktyce [1, 4, 6]. Pozwalają nam na to między innymi przeprowadzone badania odbiorowe konstrukcji. Przeprowadzenie badań, poprzedzone wykonaniem zaawansowanego modelu MES obiektu, projektu próbnego obciążenia dopasowanego zakresem do danej konstrukcji oraz rzetelne wykonanie badań przez zespół z dużym doświadczeniem daje nam gwarancję, że konstrukcja będzie bezpieczna dla użytkowników i będzie zachowywała się zgodnie w przewidywanymi w trakcie eksploatacji. Jednoznaczny obraz pracy konstrukcji, który otrzymujemy po analizie wyników badań in situ, jest jednocześnie podstawą do konstruowania podobnych obiektów w przyszłości. 2. OPIS KŁADKI Kładka zlokalizowana jest nad ulicą Ogińskiego w Bydgoszczy (Rys. 1 ). Projekt wykonawczy kładki został wykonany przez Transprojekt Gdański sp. z o. o. natomiast wykonawcą była firma Gotowski Budownictwo Komunalne i przemysłowe Sp.z o. o. Konstrukcję kładki tworzą: żelbetowa płyta pomostu oraz dwa stalowe dźwigary łukowe wraz z wieszakami (Rys. 2) [5]. Łuki kładki wykonano w

2 formie przekroju zamkniętego o wysokości 0,6m i szerokości 0,9m. Pomost wykonstruowany został jako żelbetowa płyta o zmiennej grubości od 0,18m w osi do 0,45m w strefach skrajnych. Wieszaki wykonano z prętów zamkniętych o średnicy 0,06 m. Konstrukcję łuków posadowiono na trzech blokach podporowych posadowionych na palach. Płytę żelbetową pomostu oparto na żelbetowych przyczółkach posadowionych bezpośrednio. Podstawowe parametry geometryczne konstrukcji kładki: długość całkowita kładki: L t = 34,40m długość całkowita pomostu: L tp = 32,4m rozpiętość teoretyczna konstrukcji łuku: L ł = 38,3m szerokość użytkowa pomostu: B u = 3,00m szerokość całkowita pomostu: B c = 4,5m kąt skosu konstrukcji obiektu: 89,93 Rysunek 1 Widok na kładkę Nad ul. Ogińskiego w Bydgoszczy. Rysunek 2 Konstrukcja kładki Nad ul. Ogińskiego w Bydgoszczy [5].

3 3. ZAAWANSOWANY MODEL NUMERYCZNY MES Jako model obliczeniowy obiektu przyjęto przestrzenny układ belkowopowłokowo cięgnowy (Rys. 3). Obliczenia wykonano metodą elementów skończonych (MES) przy wykorzystaniu programu SOFiSTiK. Konstrukcję płyty pomostu modelowano 4-węzłowymi powłokowymi elementami skończonymi. Dźwigary łukowe modelowano 2-węzłowymi elementami belkowymi z uwzględnieniem mimośrodów. Wieszaki modelowano elementami cięgnowymi kablowymi. Rysunek 3 Wizualizacje modelu MES konstrukcji kładki. Model MES konstrukcji składał się z: siatka węzłów, elementów bryłowych, elementów powłokowych, elementów belkowych, 14 elementów cięgnowych, 8 więzów podporowych. 4. PROGRAM BADAŃ IN SITU Badania podczas próbnego obciążenia kładki przeprowadzono r. Program badań kładki obejmował, zgodnie z założeniami normy PN-89/S oraz PN-S/10040 Lipiec 1999, testy statyczne oraz dynamiczne [2]. Z uwagi na nowatorską konstrukcję kładki, zwiększono znacznie zakres badań i liczbę mierzonych parametrów w stosunku do standardowych badań podczas próbnego obciążenia. Podczas badań statycznych zainstalowano (Rys. 4): 10 punktów pomiarowych przemieszczeń pionowych ugięć czujniki indukcyjne,

4 20 punktów pomiaru temperatury konstrukcji, 7 punktów osiadania podpór - niwelatory precyzyjne. Badania dynamiczne zakresem obejmowały pomiar (Rys. 4): 10 punktów pomiarowych przemieszczeń pionowych ugięć czujniki indukcyjne, 11 punktów pomiarowych składowych pionowych i poziomych przyspieszeń konstrukcji pomostu (translacyjne stopnie swobody) akcelerometry MEMS, 2 punkty pomiarowe składowej pionowej i poziomej przyspieszeń dźwigara łukowego (translacyjne stopnie swobody) akcelerometry MEMS, 7 punktów pomiarowych prędkości kątowej (rotacyjne stopnie swobody) żyroskopy MEMS. Do pomiarów przemieszczeń pionowych - ugięć konstrukcji przęsła przyjęto 5 przekrojów pomiarowych: przekrój 1-1 w linii wpięcia wieszaków nr 1, przekrój 2-2 w linii wpięcia wieszaków nr 2, przekrój 3-3 w linii wpięcia wieszaków nr 3, przekrój 5-5 w linii wpięcia wieszaków nr 5, przekrój 6-6 w linii wpięcia wieszaków nr 6. W przyjętych przekrojach pomiarowych założono po dwa punkty pomiarowe przemieszczeń pionowych - ugięć ustroju nośnego zlokalizowane na lewej i prawej skrajnej krawędzi pomostu. Rysunek 4 Rozmieszczenie punktów pomiarowych na kładce [2].

5 Obciążenie statyczne stanowiło 16 pojemników z wodą o masie 1050kg każdy rozmieszczonych zgodnie z rysunkiem 5. Założono 1 ustawienie realizujące 3 schematy statyczne ustawienia obciążenia (Rys. 6.) Rysunek 5. Pełne ustwienie statyczne podczas próbnego obciążenia. Rysunek 6. Trzy schamty obciążenia statycznego podczas próbnego obciążenia. W trakcie badań dynamicznych wykonano 8 rodzajów testów dla grup pieszych 6, 9 i 12 - osobowych (Rys. 7). Rysunek 7 Rodzaje przeprowadzonych testów dynamicznych.

6 5. WYNIKI BADAŃ IN SITU Szczegółowa analiza wyników badań z próbnego obciążenia wykazała wysoka zgodność wyników teoretycznych z pomierzonymi. Świadczy to o prawidłowej pracy konstrukcji kładki, jak również o dużej dokładności wykonanego zaawansowanego modelu MES obiektu. Na rysunku 8 przedstawiono szczegółowe wyniki przemieszczeń pionowych podczas pełnego ustawienia statycznego dla przekrojów w osi wieszaków numer 1. Rysunek 8. Zestawienie wartości przemieszczeń pionowych podczas ustawienia U1 w przekroju 1-1 w linii wpięcia wieszaków nr 1 Znaczne rozszerzenie zakresu badań pozwoliło również na otrzymanie bardzo dokładnych rozkładów podłużnych ugięć konstrukcji w trakcie badań statycznych. Rozkłady te zostały przedstawione dla 2 schematów obciążenia próbnego na rysunkach nr 9 i 10. Rysunek 9. Rozkład podłużny przemieszczeń pionowych konstrukcji przęsła podczas pełnego ustawienia U1.

7 Rysunek 10. Rozkład podłużny przemieszczeń pionowych konstrukcji przęsła podczas ustawienia drugiej kolumny ustawienia U1. Podczas badań dynamicznych wykonano w sumie XX testów dynamicznych.przykładowe zarejestrowane przebiegi parametrów konstrukcji w dziedzinie czasu i częstotliwości przedstawiono na rys.11, 12 i 13. Rysunek 11 Ewolucja przyspieszeń w punkcie a3z (składowa pionowa przyspieszeń pomostu w miejscu wpięcia wieszaka nr 3) w dziedzinie czasu oraz częstotliwości podczas podskoków synchronicznych grupy 6. osobowej w osi wieszaków nr 4. Rysunek 12 Ewolucja przyspieszeń w punkcie a2lz (składowa pionowa przyspieszeń dźwigara łukowego w miejscu wpięcia wieszaka nr 2) w dziedzinie czasu oraz częstotliwości podczas marszu synchronicznego grupy 6 osbowej.

8 Rysunek 13 Ewolucja przemieszczeń w punkcie u1/5 (lewa krawędź pomostu w miejscu wpięcia wieszaka nr 5) w dziedzinie czasu oraz częstotliwości podczas marszu synchronicznego grupy 12 osbowej Na podstawie wyników badań dynamicznych zidnetyfikowano częstotliwości i postaci drgań własnych konstrukcji. Na rysunku 14 porównano wartości pomierzone i teoretyczne częstotliwości oraz przedstawiono wizualizacje postaci drgań własnych. Rysunek 14 Zestawienie postaci teoretycznych i częstolitotliwości drgań pomierzonych i teoretycznych. 6. WNIOSKI Otrzymane z badań wartości oraz rozkłady i przebiegi mierzonych parametrów potwierdziły prawidłową pracę konstrukcji i założenia przyjęte zarówno w projekcie budowlano-wykonawczym jak i w projekcie próbnego obciążenia. Analiza wyników badań statycznych i dynamicznych obiektu wskazały na poprawną pracę konstrukcji zachodzącą w zakresie sprężystym. Wyniki badań potwierdziły bardzo dobrą zgodność symulacji numerycznych w ramach przyjętych modeli obliczeniowych z rzeczywistym zachowaniem się konstrukcji. Próbne obciążenia to badania diagnostyczne, których celem jest sprawdzenie poprawności przyjętych założeń projektowych oraz poprawności rzeczywistego

9 zachowania się konstrukcji. Powinny więc być wykonywane przez niezależną od projektanta i wykonawcy obiektu jednostkę badawczą posiadającą odpowiednie kwalifikacje i doświadczenie w tego typu badaniach. Projekty próbnych obciążeń powinny być opracowane w oparciu o zaawansowane przestrzenne modele obliczeniowe, a badania wykonane z użyciem specjalistycznej aparatury pomiarowej, z odpowiednią metodyką badań i umiejętnością odpowiedniej interpretacji i analizy uzyskanych wyników badań. Uproszczanie procedur zarówno na etapie modelowania konstrukcji jak i prowadzenia badań jest niedopuszczalne. Uzyskanie wyników na poziomie 150% czy 50 % wartości pomierzonych do teoretycznych jest tak samo niepokojące i może wynikać zarówno z nieprawidłowej pracy obiektu jak i błędnie przyjętych założeń w projekcie próbnego obciążenia lub błędnie przeprowadzonych badań. BIBLIOGRAFIA [1] Bień J., Uszkodzenia i diagnostyka obiektów mostowych. WKŁ. ISBN [2] Chróścielewski J., Banaś A., Malinowski M Projekt próbnego obciążenia kładki dla pieszych nad ul. Ogi_skiego w Bydgoszczy. [3] Chróścielewski J., Banaś A., Malinowski M. Rutkowskie R., Rutkowski T., Sitarski A., 2013 Sprawozdanie z badań podczas próbnego obciążenia kładki dla pieszych nad ul. Ogińskiego w Bydgoszczy. [4] Malinowski M., 2003, Monitoring der Brücke des III. Jahrtausends in Danzig. Stahlbau, 8(2003), s ISSN [5] Transprojekt Gdański sp z o.o.2010 Projekt budowlany i wykonawczy obiektów inżynierskich w ciągu projektowanej ul. Ogińskiego, od ul. Powstańców Wlkp. do ul. Wojska Polskiego w Bydgoszczy [6] Wenzel H., 2009, Health Monitoring of Bridges. A. John Wiley and Sons, Ltd. Publication, ISBN