ZASTOSOWANIE METODY WIBRACYJNEJ DO WYZNACZANIA SIŁ W KABLACH MOSTU PODWIESZONEGO NAD RZEKĄ WISŁOK W RZESZOWIE

Podobne dokumenty
Analiza statyczno-wytrzymałościowa mostu podwieszonego przez rzekę Wisłok w Rzeszowie

MONITORING. WYBRANE PROBLEMY ZWIĄZANE Z OCENĄ STANU CIĘGIEN WIELOSPLOTOWYCH W MOSTACH

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

PROJEKT NOWEGO MOSTU LECHA W POZNANIU O TZW. PODWÓJNIE ZESPOLONEJ, STALOWO-BETONOWEJ KONSTRUKCJI PRZĘSEŁ

Porównanie dwóch największych mostów podwieszonych zbudowanych w Europie w latach

KŁADKA W MIKOŁAJKACH ANALIZA SIŁ W WANTACH NA PODSTAWIE NIEINWAZYJNYCH BADAŃ IN SITU

LABORATORIUM ELEKTROAKUSTYKI. ĆWICZENIE NR 1 Drgania układów mechanicznych

Opracowanie pobrane ze strony:

NOŚNOŚĆ DROGOWYCH OBIEKTÓW MOSTOWYCH PRZY OBCIĄŻENIU POJAZDAMI WOJSKOWYMI

DROGI lądowe, powietrzne, wodne 1/2009

IV WARMIŃSKO-MAZURSKIE FORUM DROGOWE

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH. Doświadczalne sprawdzenie zasady superpozycji

wykombinuj most 2008

Zakład Konstrukcji Żelbetowych SŁAWOMIR GUT. Nr albumu: Kierunek studiów: Budownictwo Studia I stopnia stacjonarne

Wyboczenie ściskanego pręta

Próbne obciążenie drogowego mostu łukowego przez Wisłę w Toruniu

Politechnika Białostocka

Analiza drgań belki utwierdzonej na podstawie pomiarów z zastosowaniem tensometrii elektrooporowej. KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE EKSPERYMENTU

Drgania poprzeczne belki numeryczna analiza modalna za pomocą Metody Elementów Skończonych dr inż. Piotr Lichota mgr inż.

Funkcja Tytuł, Imię i Nazwisko Specjalność Nr Uprawnień Podpis Data. kontr. bud bez ograniczeń

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 1: Wahadło fizyczne. opis ruchu drgającego a w szczególności drgań wahadła fizycznego

700 [kg/m 3 ] * 0,012 [m] = 8,4. Suma (g): 0,138 Ze względu na ciężar wykończenia obciążenie stałe powiększono o 1%:

PRZEZNACZENIE I OPIS PROGRAMU

Możliwości oceny stanu konstrukcji betonowych i zespolonych na podstawie badań dynamicznych obiektów mostowych

Przykłady obliczeń belek i słupów złożonych z zastosowaniem łączników mechanicznych wg PN-EN-1995

SPRAWOZDANIE Z BADAŃ

Stan graniczny użytkowalności wg PN-EN-1995

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Wstępne obliczenia statyczne dźwigara głównego

Structural Health Monitoring jako wspomaganie utrzymania mostów

STATYCZNA PRÓBA SKRĘCANIA

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów sem. I studia niestacjonarne, rok ak. 2014/15

OBCIĄŻENIA TERMICZNE W ZESPOLONYCH DŹWIGARACH MOSTOWYCH THERMAL LOADS IN BRIDGE COMPOSITE STRUCTURES

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z PRZEDMIOTU: KONSTRUKCJE BUDOWLANE klasa III Podstawa opracowania: PROGRAM NAUCZANIA DLA ZAWODU TECHNIK BUDOWNICTWA

BADANIA. próbne obciążenia obiektów mostowych (statyczne i dynamiczne) próbne obciążenia pali fundamentowych (statyczne i dynamiczne)

STADION NARODOWY. MODEL STATYCZNY DO MONITORINGU KONSTRUKCJI

OBLICZENIA STATYCZNO WYTRZYMAŁOŚCIOWE MOSTU NAD RZEKĄ ORLA 1. ZałoŜenia obliczeniowe

Widok ogólny podział na elementy skończone

Podstawowe przypadki (stany) obciążenia elementów : 1. Rozciąganie lub ściskanie 2. Zginanie 3. Skręcanie 4. Ścinanie

Ekspertyzy obiektów mostowych i nadzór nad przejazdami ponadnormatywnymi na trasie Nagnajów Leżajsk

2kN/m Zgodnie z wyznaczonym zadaniem przed rozpoczęciem obliczeń dobieram wstępne przekroje prętów.

KONSTRUKCJE DREWNIANE I MUROWE

Projekt nr 4. Dynamika ujęcie klasyczne

WYKORZYSTANIE METOD OPTYMALIZACJI DO ESTYMACJI ZASTĘPCZYCH WŁASNOŚCI MATERIAŁOWYCH UZWOJENIA MASZYNY ELEKTRYCZNEJ

Opracowanie: Emilia Inczewska 1

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów sem. I studia niestacjonarne, rok ak. 2015/16

OBLICZENIA STATYCZNE konstrukcji wiaty handlowej

Adres korespondencyjny: Warszawa ul. Jagiellońska 76 lok REGON tel./fax.: (22)

DWUTEOWA BELKA STALOWA W POŻARZE - ANALIZA PRZESTRZENNA PROGRAMAMI FDS ORAZ ANSYS

MECHANIKA 2. Drgania punktu materialnego. Wykład Nr 8. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

gruparectan.pl 1. Metor Strona:1 Dla danego układu wyznaczyć MTN metodą przemieszczeń Rys. Schemat układu Współrzędne węzłów:

Mosty kolejowe W3 Mosty i wiadukty kolejowe w ciągu LDP

Modernizacja historycznego wiaduktu drogowego nad torami kolejowymi w Gdańsku

WARUNKI WYKONANIA I ODBIORU ROBÓT BUDOWLANYCH M Próbne obciążenie obiektu mostowego

Mosty ćwiczenie projektowe obliczenia wstępne

ANALIZA DYNAMICZNA KŁADKI DLA PIESZYCH W MALBORKU Rękopis dostarczono: kwiecień WSTĘP

Ć w i c z e n i e K 3

ANALIZA STATYCZNA KONSTRUKCJI MOSTÓW EXTRADOSED W FAZIE BETONOWANIA WSPORNIKOWEGO

Małe mosty kolejowe z płytą ortotropową

Doświadczenia z realizacji sprężenia zewnętrznego konstrukcji mostów zespolonych

PROJEKT NR 1 METODA PRZEMIESZCZEŃ

WYKORZYSTANIE MES DO WYZNACZANIA WPŁYWU PĘKNIĘCIA W STOPIE ZĘBA KOŁA NA ZMIANĘ SZTYWNOŚCI ZAZĘBIENIA

DROGI lądowe, powietrzne, wodne 12/2008

Obliczenia szczegółowe dźwigara głównego

VII Ogólnopolska Konferencja Mostowców Konstrukcja i Wyposażenie Mostów WIADUKTY ŁUKOWE GDAŃSKA - ANALIZY I BADANIA


Przykłady obliczeń jednolitych elementów drewnianych wg PN-B-03150

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT OBRABIAREK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN. Ćwiczenie D - 4. Zastosowanie teoretycznej analizy modalnej w dynamice maszyn

LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW. Ćwiczenie 8 WYBOCZENIE PRĘTÓW ŚCISKANYCH Cel ćwiczenia

Zgodnie z wyznaczonym zadaniem przed rozpoczęciem obliczeo dobieram wstępne przekroje prętów.

Zginanie proste belek

Rys. 32. Widok perspektywiczny budynku z pokazaniem rozmieszczenia kratownic

2. Badania doświadczalne w zmiennych warunkach otoczenia

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

NOŚNOŚĆ I OSIADANIE PYLONU MOSTU PODWIESZONEGO PRZEZ MARTWĄ WISŁĘ W GDAŃSKU

PRZEGLĄD I ANALIZA WYNIKÓW EKSPERTYZ I KATASTROF MOSTÓW W KONTEKŚCIE MONITORINGU

2.2 Wyznaczanie modułu Younga na podstawie ścisłej próby rozciągania

Obliczeniowa nośność przekroju zbudowanego wyłącznie z efektywnych części pasów. Wartość przybliżona = 0,644. Rys. 25. Obwiednia momentów zginających

Wyznaczanie modułu sztywności metodą Gaussa

Osiadanie kołowego fundamentu zbiornika

Przykład zbierania obciążeń dla dachu stromego wg PN-EN i PN-EN

- 1 - OBLICZENIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE - DREWNO

5.1. Kratownice płaskie

WYZNACZANIE MODUŁU SZTYWNOŚCI METODĄ DYNAMICZNĄ

ĆWICZENIE 1 STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA METALI - UPROSZCZONA. 1. Protokół próby rozciągania Rodzaj badanego materiału. 1.2.

ANLIZA DYNAMICZNA KŁADEK DLA PIESZYCH NA PRZYKŁADZIE KŁADKI NA OŁOWIANKĘ W GDAŃSKU

6. WYZNACZANIE LINII UGIĘCIA W UKŁADACH PRĘTOWYCH

MECHANIKA II. Dynamika ruchu obrotowego bryły sztywnej

Obiekty mostowe z kompozytów FRP

OPIS TECHNICZNY KONSTRUKCJA

KOMBOferencja. Ogólnopolska Konferencja Naukowa wykombinuj most Pełne referaty

Wyniki analizy nośności

Laboratorium Wytrzymałości Materiałów

XXVII ANALIZA NOŚNOŚCI BLACHOWNICOWEJ KONSTRUKCJI DŹWIGARA SKRZYNKOWEGO MOSTU W CZASIE NASUWANIA PODŁUŻNEGO

5. METODA PRZEMIESZCZEŃ - PRZYKŁAD LICZBOWY

Stropy TERIVA - Projektowanie i wykonywanie

Wyznaczanie modułu Younga metodą strzałki ugięcia

Transkrypt:

Koło Naukowe Mostowców Wydział Inżynierii Lądowej Politechniki Warszawskiej Patrycja Piętka Politechnika Gdańska, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska ZASTOSOWANIE METODY WIBRACYJNEJ DO WYZNACZANIA SIŁ W KABLACH MOSTU PODWIESZONEGO NAD RZEKĄ WISŁOK W RZESZOWIE Rękopis dostarczono: marzec 017 Streszczenie: Celem pracy jest przedstawienie metody wibracyjnej służącej do wyznaczania sił w elementach cięgnowych na przykładzie mostu w Rzeszowie. W referacie przedstawiono podstawy teoretyczne tej metody. Wyprowadzono zależność między siłą, a częstotliwością drgań swobodnych cięgna i na tej podstawie obliczono siły w wybranych wieszakach obiektu. Słowa kluczowe: most podwieszony, monitoring konstrukcji, metoda wibracyjna 1. WSTĘP Most wantowy w Rzeszowie, który został oddany do użytku w październiku 015 r. powstał jako fragment krótkiego odcinka obwodnicy północnej Rzeszowa. Obiekt zaprojektowany został przez firmę Mosty Gdańsk Sp. z o.o., natomiast wykonawcą była firma Blifinger Infrastructure S.A. Most przekracza ul. Wioślarską, rzekę Wisłok oraz zbiornik PGE EC. Jego długość całkowita wynosi 48 m, a szerokość pomostu jest równa 8,5 m. Most podzielony został na pięć przęseł o rozpiętościach teoretycznych 3x30 + 150 + 40 m i oparty na 6 podporach, w tym na dwóch przyczółkach, trzech filarach kotwiących przęsło oraz pylonie. Wysokość pylonu wynosi ok. 108,5 m ponad poziom terenu (95 m od niwelety jezdni) w związku z czym jest to drugi co do wysokości most w Polsce. Pylon ma przekrój skrzynkowy żelbetowy, w górnej części ze względu na zakotwienia want wzmocniony stalową skrzynką. Jego wnętrze jest zagospodarowane na komunikację. Podwieszenie zaprojektowano w układzie wachlarzowym. Zakotwienia czynne want znajdują się pylonie w rozstawie co 1,7 m, natomiast bierne w rozstawie co 1 m, w dźwigarach głównych. Przęsło stanowi stalowi stalowy ruszt zespolony z żelbetową płytą pomostu, wspólny dla obu kierunków ruchu (bez prześwitu w pasie rozdziału). Obiekt zaprojektowano na obciążenia klasy A wg PN-85/S-10030 oraz STANAG 01 klasy 150 wg Dz. U. Nr. 63.

Patrycja Piętka Rys. 1. Widok z boku mostu nad rzeką Wisłok [] Rys.. Most nad rzeką Wisłok [8]. SYSTEM MONITORINGU TECHNICZNEGO KONSTRUKCJI MOSTU Obecnie większość znaczących obiektów budowlanych, w tym także most wantowy w Rzeszowie wyposażona jest w system monitoringu technicznego konstrukcji (MTK), w celu stałej kontroli parametrów istotnych dla bezpieczeństwa konstrukcji. System MTK rzeszowskiego mostu składa się z trzech modułów: pomiarowego, który zbiera i zapisuje dane z czujników i urządzeń pomiarowych, ekspertowego analizującego wpływy środowiska i odpowiedź konstrukcji w czasie, odpowiadającego również za symulacje numeryczne i algorytm generowania alarmu oraz modułu powiadamiania, który informuje o przekroczeniu progów bezpieczeństwa. W skład modułu pomiarowego wchodzą: 1. Segment akcelerometryczny: pomiary drgań pylonu; pomiary drgań want; pomiary drgań pomostu

Zastosowanie metody wibracyjnej do wyznaczania sił w kablach mostu podwieszonego nad rzeką 3. Segment pomiaru sił w wantach: pomiary sił w wantach 3. Segment inklinometryczny: pomiary kątów obrotu pylonu, pomiary kątów obrotu pomostu 4. Segment ekstensometryczny: pomiary odkształceń pomostu, pomiar temperatur w punktach pomiaru odkształceń 5. Segment meteorologiczny: pomiar temperatury, kierunków i prędkości wiatru. Rys. 3. Lokalizacja segmentów systemu monitoringu technicznego konstrukcji mostu Rzeczywista praca konstrukcji jest odnoszona do referencyjnego modelu numerycznego mostu wykonanego w programie SOFiSTiK. W modelu uwzględniono geometrię obiektu oraz dane materiałowe, które zostały zdefiniowane na podstawie dokumentacji wykonawczej. By właściwie opisywał on statyczne i dynamiczne zachowanie obiektu przeprowadzono wstępną analizę obciążając model obciążeniem normowym i porównując rezultaty z wynikami otrzymanymi przez projektanta. Ostateczna weryfikacja modelu nastąpiła podczas próbnych obciążeń statycznych i dynamicznych mostu. 3. METODA WIBRACYJNA Monitoring sił w wantach mostu powieszonego w Rzeszowie wykonywany jest m.in. za pomocą metody wibracyjnej (np. [1]). Polega ona na tym, że mając daną częstość drgań własnych kabla, za pomocą prostej formuły matematycznej można obliczyć siłę osiową w kablu. Poniżej pokrótce przedstawiono podstawy teoretyczne tej metody.

4 Patrycja Piętka Rys. 4. Element pręta drgającego poprzecznie, poddanego jednocześnie działaniu stałej siły rozciągającej [1] Ruch wanty opisany jest równaniem drgającego poprzecznie pręta, poddanego jednoczesnemu działaniu stałej siły rozciągającej. Na element pręta o długości dx działa obciążenie poprzeczne p(x,t) oraz siła bezwładności: w r( x,t ) ρa (1) t Gdzie: w(x,t) przemieszczenie drgającego pręta A przekrój poprzeczny ρ gęstość materiału Na końcach przekroju działa siła tnąca T, moment zginający M i siła normalna S. Z sumy rzutów na kierunek w: T x w p ρa 0 t () Z sumy momentów wzgl. punktu P1: T M x S w x (3) Z równań i 3: 4 w w w EI S ρa p( x,t ) 4 t x t (4)

Zastosowanie metody wibracyjnej do wyznaczania sił w kablach mostu podwieszonego nad rzeką 5 Gdzie: E moduł sprężystości I moduł bezwładności Kwadrat częstości kołowej drgań własnych pręta o długości L, swobodnie podpartego na obu końcach dany jest wzorem: 4 4 n π EI S n 4 ω 1 L ρa EIn π L (5) Znając częstość drgań własnych z powyższego równania można obliczyć siłę S: L ρa n π S ω n EI n π L (6) Metoda wibracyjna ze względu na swoją prostotę jest powszechnie stosowana przez zespoły zajmujące się diagnostyką konstrukcji. 4. OBLICZENIA SIŁ W KABLACH MOSTU Poniżej przedstawiono przykładowe obliczenia wykonane dla kabla najdłuższego (W1). Na podstawie dokumentacji wykonawczej [6] przyjęto: Pole przekroju pojedynczego splotu: A =150 mm Liczba splotów w kablu: x = 114 Pole przekroju splotów: A x A 114 0,015 m 1,71 m Długość kabla: L =9,379 m Moduł sprężystości stali: E = 195 GPa spl spl Z pracy [3] przyjęto: Pierwsza częstość kołowa drgań własnych wanty: ω 1 = 0,581 Hz Oraz: 3 Gęstość stali: ρ=7850 kg/m Moment bezwładności: 4 I = 0,3 m

6 Patrycja Piętka Siła w kablu: L ρa n π 9,379 7850 1,71 1 π 9 S ω n EI 0,581 195 10 0,3 n π L 1 π 9,379 15644467 N 15644,47 kn Wartość obliczonej siły jest zbliżona do wartości maksymalnej siły normalnej obliczonej przez projektanta w programie naciągu [7]. Z uwagi na obróbkę danych analiza sił w innych kablach mostu jest w toku. 5. PODSUMOWANIE Główną zaletą metody wibracyjnej jest jej prostota. Stosując ją należy jednak zwrócić uwagę na nieprawidłowości wynikające z błędnych założeń. W niniejszej pracy przyjęto uproszczony - kołowy przekrój pracujący wanty, która w rzeczywistości składa się z kilkudziesięciu lub kilkuset splotów, co wpływa również na obliczenia momentu bezwładności. W powyższym przypadku pominięto również osłonę kabla. Przy stosowaniu metody wibracyjnej ważne jest odpowiednie przyjęcie warunków podporowych [1]. W elementach o znacznej długości jak np. kable mostu w Rzeszowie błąd z tego wynikający jest niewielki. Bibliografia 1. Topolewicz M., Topolewicz K., Rucka M., Wilde K.: Wibracyjna metoda wyznaczania sił w wieszakach na przykładzie wiaduktu łukowego w Gdańsku. Wrocławskie Dni Mostowe Współczesne technologie budowy mostów, Wrocław 014. Wilde K., Miśkiewicz M., Mariak A., Meronk B., Rucka M.: Innowacyjny moduł ultradźwiękowy systemu monitoringu technicznego mostu podwieszonego w Rzeszowie. [W:] Wybrane problemy budownictwa, Wydawnictwo Uczelniane UTP w Bydgoszczy, Krynica 015 3. Mariak A., Miśkiewicz M., Meronk M., Pyrzowski Ł., Wilde K.: Reference FEM model for SHM system of cable-stayed bridge in Rzeszow. Advances in Mechanics: Theoretical, Computational and Interdisciplinary Issues. Proceedings of the 3rd Polish Congress of Mechanics and 1st International Conference on Computer Methods in Mechanics, Gdansk 015 4. Mehrabi A., Ciolko T.: Health monitoring and problem solving for cable supported bridges. [W:] Strait Crossings. CRC Press, 001 5. Żółtowski K.: Monitoring konstrukcji mostu podwieszonego i extradosed. Mosty, 015 6. Mosty Gdańsk Sp. z.o.o. Budowa drogi od ul. Załęskiej do ul. Lubelskiej wraz z budową mostu na rzece Wisłok. Projekt wykonawczy, 014 7. Mosty Gdańsk Sp. z.o.o. Budowa drogi od ul. Załęskiej do ul. Lubelskiej wraz z budową mostu na rzece Wisłok. Program naciągu cięgien podwieszających przęsła, 015 8. Późniak Tadeusz, [online], aktualizacja 1.07.014, [dostęp 17 kwietnia 016], Dostępny w Internecie: http://www.polskawschodnia.007-013.gov.pl

Zastosowanie metody wibracyjnej do wyznaczania sił w kablach mostu podwieszonego nad rzeką 7 USING THE VIBRATIONAL METHOD FOR MEASURMENT CABLE NORMAL FORCES IN HANGERS OF CABLE-STAYED BRIDGE OVER THE WISŁOK RIVER IN RZESZÓW Summary: The aim of the study is to present the vibrational method used for measurement cable normal forces in the cable elements on the example of a bridge in Rzeszow. The paper presents the theoretical basis of this method. The relationship between the force and the natural frequency was extracted. On this basis forces in the selected hangers of the bridge was calculated. Keywords: cable-stayed bridge, structural health monitoring, vibrational method