Badania odbiorcze mostów kolejowych pod próbnym obciążeniem dynamicznym wymagania i praktyka

Podobne dokumenty
WARUNKI WYKONANIA I ODBIORU ROBÓT BUDOWLANYCH

WARUNKI WYKONANIA I ODBIORU ROBÓT BUDOWLANYCH M Próbne obciążenie obiektu mostowego

M Obciążenie próbne 1. WSTĘP 1.1. Przedmiot STWiORB 1.2. Zakres stosowania STWiORB 1.3. Zakres robót objętych STWiORB

SZCZEGÓŁOWE SPECYFIKACJE TECHNICZNE M INNE ROBOTY MOSTOWE CPV

Techniczna Specyfikacja Interoperacyjności Hałas

Konsekwencje TSI NOI: Wymagania TSI NOI dotyczące hałasu kolejowego oraz możliwości badawcze polskich podmiotów w tym zakresie

Mosty Metalowe I P1 wprowadzenie

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

BADANIA PRZEMIESZCZEŃ PIONOWYCH KONSTRUKCJI POD OBCIĄŻENIEM DYNAMICZNYM

Dr hab. inż. Krzysztof Żółtowski prof. nazw. PG Gdańsk, Politechnika Gdańska Katedra Transportu Szynowego i Mostów

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

Szczególne warunki pracy nawierzchni mostowych

WIBROIZOLACJA określanie właściwości wibroizolacyjnych materiałów

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

DZIAŁALNOŚĆ KATEDRY DRÓG I MOSTÓW W BADANIACH MOSTÓW POD PRÓBNYM OBCIĄŻENIEM

Opis przedmiotu: Infrastruktura transportu II

CENTRUM NAUKOWO-TECHNICZNE KOLEJNICTWA

BADANIA SYMULACYJNE PROCESU HAMOWANIA SAMOCHODU OSOBOWEGO W PROGRAMIE PC-CRASH

Uzasadnienie techniczne zaproponowanych rozwiązań projektowanych zmian w

WIBROIZOLACJA określanie właściwości wibroizolacyjnych materiałów

BADANIA POZIOMU KOMFORTU WIBRACYJNEGO W WYBRANYCH TRAMWAJACH

WYKRYWANIE USZKODZEŃ W LITYCH ELEMENTACH ŁĄCZĄCYCH WAŁY

VII Ogólnopolska Konferencja Mostowców Konstrukcja i Wyposażenie Mostów PRÓBNE OBCIĄŻENIA MOSTÓW W POLSCE NA PODSTAWIE WYBRANYCH PRZYKŁADÓW

ANALIZA TEORETYCZNA WPŁYWU POSTĘPUJĄCEGO PĘKANIA NA ZMIANĘ CZĘSTOTLIWOŚCI DRGAŃ WŁASNYCH KRATOWEGO MOSTU KOLEJOWEGO

Materiały sprężyste w nawierzchniach szynowych: doświadczenia europejskie, badania oraz propozycja dla kolei polskich

Laboratorium metrologii

Kierunkowe efekty kształcenia wraz z odniesieniem do efektów obszarowych. Budownictwo studia I stopnia

Świadectwa wzorcowania zawartość i interpretacja. Anna Warzec

W polskim prawodawstwie i obowiązujących normach nie istnieją jasno sprecyzowane wymagania dotyczące pomiarów źródeł oświetlenia typu LED.

DROGI lądowe, powietrzne, wodne 1/2009

Sposób wykorzystywania świadectw wzorcowania do ustalania okresów między wzorcowaniami

Informacje ogólne. Rys. 1. Rozkłady odkształceń, które mogą powstać w stanie granicznym nośności

Uszkodzenia Pojazdów Szynowych Wywołane Usterkami Toru Kolejowego

PROJEKT CZASOWEJ ORGANIZACJI RUCHU

B I U L E T Y N. PKP POLSKIE LINIE KOLEJOWE S.A. Spółka Akcyjna UCHWAŁY ZARZĄDU PKP POLSKIE LINIE KOLEJOWE S.A.

Techniczne uwarunkowania zapewnienia bezpieczeństwa na przejazdach kolejowo-drogowych

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 742

Ocena wpływu drgań na obiekty w otoczeniu i na ludzi NORMA PN-88/B 85/B /B Ocena wpływu drgań na ludzi w budynkach

Łagów czerwca 2011 r

Projekt budowlany 1. Zarząd Infrastruktury Komunalnej i Transportu w Krakowie ul. Centralna 53, Kraków

Zasady wykonywania próbnych jazd po naprawach. Załącznik nr 10

Problemy związane z oceną skuteczności hamulca zespołów trakcyjnych w badaniach i eksploatacji

USTALANIE WARTOŚCI NOMINALNYCH W POMIARACH TOROMIERZAMI ELEKTRONICZNYMI

INSTRUKCJA LABORATORIUM Metrologia techniczna i systemy pomiarowe.

DRGANIA SWOBODNE UKŁADU O DWÓCH STOPNIACH SWOBODY. Rys Model układu

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

BADANIA GRUNTU W APARACIE RC/TS.

Wykorzystanie metody funkcji transformacyjnych do analizy nośności i osiadań pali CFA

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

Tymczasowa organizacja ruchu

NAPRĘŻENIA ŚCISKAJĄCE PRZY 10% ODKSZTAŁCENIU WZGLĘDNYM PRÓBEK NORMOWYCH POBRANYCH Z PŁYT EPS O RÓŻNEJ GRUBOŚCI

FUNDACJA PRO KOLEJ. Warszawa, 11 maja 2016 r.

WYTYCZNYCH STOSOWANIA DROGOWYCH BARIER OCHRONNYCH NA DROGACH KRAJOWYCH GDDKiA 2010

Modelowanie oddziaływań dynamicznych pociągu typu Pendolino na konstrukcje zabytkowych mostów kolejowych w Polsce

Blacha trapezowa T- KARTA PRODUKTU

Wykorzystanie nowoczesnych metod pomiarowych stanu technicznego nawierzchni na drogach krajowych. PKD Olsztyn 27 września 2016 r.

Instrukcja do ćwiczenia jednopłaszczyznowe wyważanie wirników

Mosty kolejowe Szczegółowe warunki techniczne i wybrane zagadnienia projektowania mostów kolejowych

Blacha trapezowa. produktu. karta. t

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY KATEDRA AUTOMATYKI I ELEKTRONIKI. Badanie układu regulacji dwustawnej

Analiza możliwości ograniczenia drgań w podłożu od pojazdów szynowych na przykładzie wybranego tunelu

dr hab. inż. Jacek Dziurdź, prof. PW Warszawa, r. Instytut Podstaw Budowy Maszyn Politechnika Warszawska

4. Przejazd Morzyca km 157,291

OPIS TECHNICZNY. 1. Zawartość opracowania Projekt stałej organizacji ruchu na przebudowywanym odcinku ul Kraszewskiego w Nidzicy.

TRANSPROJEKT-WARSZAWA Warszawa, ul. Rydygiera 8 bud.3a, tel.(0-22) , fax:

POJAZDY SZYNOWE 2/2014

PL B1. ADAPTRONICA SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Łomianki, PL BUP 16/11

8. Przejazd Witkowo Pierwsze-Agrofirma km 166,297

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

Obciążenia nieliniowe w sieciach rozdzielczych i ich skutki

Blacha trapezowa T- KARTA PRODUKTU

Blacha trapezowa T- KARTA PRODUKTU

Blacha trapezowa T- KARTA PRODUKTU

STRESZCZENIE PRACY MAGISTERSKIEJ

Specyfikacja TSI CR INF

Pojazdy przeciążone zagrożeniem dla trwałości nawierzchni drogowych: metody przeciwdziałania

POLITECHNIKA OPOLSKA

Wykaz tomów projektu budowlanego:

O amortyzatorach inaczej

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Proces dopuszczenia do eksploatacji typu/z typem budowli, urządzeń oraz pojazdów kolejowych

OCENA PARAMETRÓW JAKOŚCI ENERGII ELEKTRYCZNEJ DOSTARCZANEJ ODBIORCOM WIEJSKIM NA PODSTAWIE WYNIKÓW BADAŃ

1. WSTĘP Cel i zakres pracy.

Opracował: mgr inż. Krzysztof Opoczyński. Zamawiający: Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad. Warszawa, 2001 r.

Symulatory do szkolenia maszynistów

Badania zderzeniowe infrastruktury drogowej Porównywalność wyników badań

V OGÓLNOPOLSKA KONFERENCJA TECHNICZNA SPAWALNICTWO DRÓG SZYNOWYCH CZY CERTYFIKACJA JEST GWARANCJĄ BEZPIECZEŃSTWA?

Projekt czasowej organizacji ruchu

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

METODY CHEMOMETRYCZNE W IDENTYFIKACJI ŹRÓDEŁ POCHODZENIA

BADANIE KOMPATYBILNOŚCI ELEKTROMAGNETYCZNEJ TABORU Z URZĄDZENIAMI WYKRYWANIA POCIĄGU Z UWZGLĘDNIENIEM NORMY EN 50238

NOWOCZESNE TECHNOLOGIE ENERGETYCZNE Rola modelowania fizycznego i numerycznego

ANALIZA ENERGOCHŁONNOŚCI RUCHU TROLEJBUSÓW

DOCELOWA ORGANIZACJA RUCHU

Remont mostu Pęgowskiego przez rzekę Widawę w ciągu ulicy Pęgowskiej we Wrocławiu

Zwiększanie liczby przejść dla pieszych

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2019/2020

Statyczna i dynamiczna analiza konstrukcji odciążającej typu mostowego o rozpiętości 30 m

Zintegrowana analiza cyklu życia

ERRATA do Listy wskaźników monitoringowych Regionalnego Programu Operacyjnego dla Województwa Dolnośląskiego na lata (Działanie 3.

Transkrypt:

Konferencja Naukowo-Techniczna INFRASZYN 2014 Projektowanie, budowa i utrzymanie Infrastruktury w transporcie szynowym Badania odbiorcze mostów kolejowych pod próbnym obciążeniem dynamicznym wymagania i praktyka The acceptance dynamic load tests of railway bridges - requirements and practice Marek Salamak 1*, Piotr Łaziński 1, Stefan Pradelok 1, Piotr Bętkowski 1 1 Wydział Budownictwa, Politechnika Śląska * marek.salamak@polsl.pl Streszczenie Artykuł jest głosem w dyskusji nad koniecznością standaryzacji badań odbiorczych obiektów mostowych kolejowych pod próbnym obciążeniem dynamicznym. Autorzy wskazują na sprzeczności i niejednoznaczności krajowych przepisów w tym względzie. Wprowadzenie Przez ostatnie lata gwałtownie wzrosła liczba realizowanych badań odbiorczych obiektów mostowych [4], co jest efektem realizacji szeroko zakrojonego programu budowy dróg i modernizacji linii kolejowych. Wokół próbnych obciążeń dynamicznych narosło w tym czasie wiele nieporozumień i niewłaściwych interpretacji nienajlepszych wciąż przepisów. Zauważa się dużą dowolność, zarówno przy przygotowywaniu eksperymentów, jak i przy prezentacji i ocenie wyników. Dodatkowo, przyjęty przez inwestorów sposób finansowania próbnych obciążeń w ramach tego samego kontraktu z głównym wykonawcą, doprowadził do niemal patologicznych sytuacji, w których jednostka badawcza jest zależna od wykonawcy, a najważniejszym kryterium jej wyboru jest cena i elastyczność, a nie jakość i rzetelność. Wszystko to powoduje, że wyniki tych badań, a w ciągu ostatnich kilku lat mogło ich być w skali kraju nawet dwa tysiące, nie będą mogły być w przyszłości już wykorzystane. Nie będzie dało się ich porównać między sobą, ani odnieść do wyników uzyskiwanych przy powtórnych badaniach tych samych obiektów w przyszłości. 218

Badania odbiorcze mostów kolejowych pod próbnym obciążeniem dynamicznym wymagania i praktyka Podstawy formalne badań dynamicznych na mostach kolejowych Podstawy formalne badań dynamicznych mostów kolejowych oparte są na dwóch dokumentach opracowanych przez Polskie Linie Kolejowe: Instrukcji Id-16 [17] oraz tak zwanych Standardach Technicznych [18], których zapisy wzorowane są na treściach zawartych w zarządzeniu GDDKiA [16]. Dokumenty te w wielu miejscach odwołują się do dwóch bardzo starych norm odbiorczych PN [10][11]. Choć nominalnie datowane są one na lata dziewięćdziesiąte, to tak naprawdę, w zakresie próbnych obciążeń, korzeniami sięgają połowy ubiegłego wieku. Zresztą nie doczekały się swoich odpowiedników w Eurokodach. Niestety wszystkie te pozycje są wzajemnie niespójne oraz pełne sprzeczności i niejednoznaczności. Tab. 1 Kryterium rozpiętości w dokumentach formalnych Badania statyczne PN-89/S-10050 PN-99/S-10040 Instrukcja Id-16 Standardy PKP mosty stalowe mosty betonowe mosty kolejowe mosty kolejowe mosty kolejowe L > 21 m wszystkie wszystkie wszystkie kładki dla pieszych brak nie bada się nie dotyczy nie dotyczy Badania dynamiczne mosty kolejowe L > 21 m L > 15 m stal L>21 m, bet L>10 m L > 21 m kładki dla pieszych brak nie bada się nie dotyczy nie dotyczy Wciąż podstawowym problemem na budowie jest podjęcie decyzji, które obiekty, z punktu wymagań formalnych, należy badać dynamicznie. Wszystkie dokumenty korzystają z prostego kryterium rozpiętości, ale niestety jest to bardzo zróżnicowane (Tab. 1). Na przykład normy PN [10][11] mówią o stalowych przęsłach powyżej 21 m i betonowych powyżej 15 m, ale już tylko kolejowych. Dokumenty PLK [17][18] są spójne jedynie w odniesieniu do mostów stalowych (przęsła powyżej 21 m), bo według Id-16 [17] betonowe mosty mają być badane dynamicznie już przy rozpiętościach większych od 10 m. Bardzo często zdarza się w kontraktach, że obiekty mają spełnić formalne wymagania jednocześnie niemal wszystkich wymienionych w Tab. 1 dokumentów. Najbardziej ostre żądania stawia w tym przypadku instrukcja Id-16 [17]. Ale czy rzeczywiście konieczne jest badanie dynamiczne wszystkich niewielkich, betonowych przęseł kolejowych? Zwłaszcza, że akurat instrukcja ta stosowana jest do obiektów mostowych, na których dopuszczalna prędkość taboru nie przekracza 160 km/h, a prędkość krytyczna przy tak małym przęśle wynosi grubo ponad 200 km/h. 219

Marek Salamak, Piotr Łaziński, Stefan Pradelok, Piotr Bętkowski Zupełnie nie zrozumiałe są zapisy z przepisów kolejowych w tym względzie. Punkty 29.A.7 i 30.A.5 Instrukcji Id-16 [17] informują, że badanie konstrukcji obejmuje: dla kładek dla pieszych badania podane w normie obciążeń. Zupełnie nie wiadomo jaką normę obciążeń autor miał na myśli. Można przypuszczać, że o normę obciążeń PN [9], ale ona nie opisuje badań mostów. Analogicznie jest w standardach [18], gdzie przy omawianiu badań odbiorczych konstrukcji stalowych w punkcie 1.7.1 zamieszczono podobne stwierdzenie. W następnym punkcie 1.7.2, gdzie jest mowa o konstrukcjach betonowych, jest już nieco jaśniej, bo odniesiono się do normy [11]. Ale akurat ta norma w punkcie 3.12.4.1 wyraźnie mówi, że nie poddaje się próbnym obciążeniom kładek dla pieszych, przepustów, murów oporowych, z wyjątkiem wskazanych przez użytkownika lub inwestora. Tab. 2 Rodzaje wymuszeń i interpretacja wyników w dokumentach formalnych Sposób wymuszenia drgań Stosowane prędkości Mierzone wielkości PN-89/S-10050 PN-99/S-10040 Instrukcja Id-16 Standardy PKP mosty stalowe mosty betonowe mosty kolejowe mosty kolejowe zetawy pojazdów lokomotywy nie podano poruszające się środki obciążające od 10 km/h od 10 km/h 160 km/h (Vdop= 200 km/h) nie podano co 20 do Vmax co 20 do Vmax 200 km/h (Vdop=250 km/h ugięcia ugięcia i odkształcenia nie podano przyspieszenia Określane wielkości nie podano częstości własne, tłumienie, wsp. zwiększające, prędkości rezonansowe nie podano częstości własne Interpretacja wyników nie podano nie podano SGU w zakresie częstości własnych i przyspieszeń Kolejnym problemem jest ustalenie jakie rodzaje wymuszenia i prędkości mamy stosować (Tab. 2). Skoro w badaniach dynamicznych rejestrujemy drgania, to musimy je w jakiś sposób wzbudzić. Czy w związku z tym zawsze muszą to być pojazdy, jak stanowią o tym obydwie normy PN? Jedynie Zarządzenie [16] dopuszcza inne środki, wymieniając w p. 6.3.2 gwałtowne odciążenie konstrukcji i silniki odrzutowe. W normach PN [10][11] zapisano, że przy stosowaniu pojazdów, prędkości jazd próbnych powinny zmieniać się od 10 km/h do prędkości maksymalnej v max z przyrostem co 20 km/h. Prędkość maksymalna została zdefiniowana jako największa przewidziana prędkość na drodze samochodowej lub linii kolejowej, na której most jest położony według [10], a według [11] jako maksymalna obowiązująca na danej linii. Analizując powyższe zapisy nasuwa się znowu szereg wątpliwości i pytań. Czy przejazd jednego próbnego samochodu lub lokomotywy może symulować powtarzające się rezonansowe wymuszenie? Na pewno nie. Chyba, że celem badań dynamicznych miałaby być tylko identyfikacja podstawowych parametrów 220

Badania odbiorcze mostów kolejowych pod próbnym obciążeniem dynamicznym wymagania i praktyka dynamicznych konstrukcji, jak częstotliwość drgań własnych i odpowiadające jej tłumienie. Ale wówczas, czemu mają służyć przejazdy z niewielkimi prędkościami z przedziału od 30 do 90 km/h? Zwłaszcza w sytuacji, gdy maksymalną prędkością jest na przykład 250 km/h. Wartą dyskusji i rozwinięcia jest, przedstawiona w 2007 r., koncepcja standaryzacji wymuszenia przy próbnych obciążeniach dynamicznych stalowych mostów drogowych [3]. Podobną można byłoby opracować w odniesieniu do mostów kolejowych. Autorzy proponują między innymi stosowanie cyklicznych strumieni pięciu pojazdów ciężarowych poruszających się z trzema prędkościami: 10 km/h, 50 km/h lub krytyczną oraz maksymalną, która jest o 10 km/h większa od dopuszczalnej. Podobne wątpliwości są przy interpretacji wyników pomiarów drgań mostów. Zapisy formalne zawierają sporo niedopowiedzeń i ogólników. Zwłaszcza w odniesieniu do współczynnika dynamicznego. Zapis z Zarządzenia GDDKiA [16], że wyniki pomiarów uzyskane podczas badań pod obciążeniem dynamicznym nie powinny przekraczać wartości określonych w dokumentacji technicznej obiektu, w programie próbnego obciążenia lub innych przepisach jest bardzo ogólnikowy. Zupełnie nie wiadomo o jakie przepisy tutaj chodzi. Dodatkowo autor programu próbnego obciążenia niestety bardzo często jest zależny od wykonawcy, co nie zapewnia bezstronności przy ustalaniu poziomu wartości dopuszczalnych. W mostach kolejowych projektowanych na prędkości 200 lub 250 km/h wystarczające zdają się być zapisy Standardów [18] (p. 1.3.4.2) dotyczące spełnienia warunków SGU. Zmierzone przyspieszenia przęseł mogą posłużyć do wyznaczenia częstotliwości drgań własnych, które razem z przyspieszeniami powinny spełniać następujące warunki n o, pom / no, obl 1,15, a / a pom obl 1, 15, (1) gdzie n o,pom i n o,obl oznacza podstawowe częstotliwość drgań własnych pionowych, pomierzonych i obliczonych teoretycznie natomiast a pom i a obl pomierzone i obliczone amplitudy przyspieszeń. Dodatkowo przy prędkości 250 km/h przyspieszenia należy porównać z wartościami dopuszczalnymi ze względu na stabilność pryzmy tłucznia i akceptowalne przyspieszenie pojazdu szynowego. Nie ma tu więc mowy o konieczności sprawdzania współczynnika dynamicznego. Niestety przy prędkości do 160 km/h, gdy stosowana jest Instrukcja Id-16 [17], nie mamy już żadnych informacji, ani o mierzonych wielkościach, ani o interpretacji wyników. Sposób wymuszenia drgań i stosowane prędkości Wśród jednostek wykonujących obecnie odbiorcze próbne obciążenia obiektów mostowych w naszym kraju, brak jest ogólnie przyjętego standardu badań dynamicznych. Wiele z nich stosuje jednocześnie zapisy obu norm odbiorczych, 221

Marek Salamak, Piotr Łaziński, Stefan Pradelok, Piotr Bętkowski wybierając jedynie to, co ułatwia im badania. Szczególnie widoczne jest to w mostach kolejowych projektowanych wg Instrukcji Id-16 [17], czyli do prędkości 160 km/h. Przy badaniu dynamicznym takich obiektów można natknąć się na szereg sprzeczności. O braku spójności i przestarzałym podejściu pisał już prof. Ryżyński w swojej książce ponad 30 lat temu [8], a ostatnio profesorowie Biliszczuk i Klasztorny [3]. Można powiedzieć, że nic w dalszym ciągu się nie zmieniło. Zwrócić też należy uwagę na zupełną dowolność przy tworzeniu specyfikacji technicznych, gdzie widoczny jest brak zrozumienia celu i znajomości metod badań dynamicznych, a autorzy tych dokumentów, nie znając nowszych opracowań [16][18], wciąż odnoszą się do przestarzałych norm PN [10][11]. Rys. 1. Próbne obciążenie kratowego mostu na linii E30. Jednostki badawcze w naszym kraju najczęściej prowadzą, w czasie badań dynamicznych mostów, pomiar pionowych składowych przemieszczeń, a rzadziej przyspieszeń konstrukcji. Wyjątkiem są jedynie kładki dla pieszych, w których przyspieszenia służą do sprawdzenia kryteriów komfortu pieszego na obiekcie. Wynika to głównie z tego, że przyspieszenia nie mogą być wykorzystane do określenia przewyższenia dynamicznego, w którym potrzebne jest ugięcie statyczne i dynamiczne przęsła. Dwukrotne całkowanie przyspieszeń nie daje bowiem satysfakcjonujących rezultatów z uwagi na dominującą składową quasi-statyczną ugięcia. Poza tym, dla wielu mniej doświadczonych zespołów badawczych, interpretacja przebiegu przyspieszeń jest zbyt trudna. Dlatego wykonują one tylko pomiary przemieszczeń, co w przęsłach nurtowych bez technik bezstykowych (wibrometry laserowe, radary interferometryczne, kamery cyfrowe [6]) jest często trudne do zrealizowania. Na podstawie zarejestrowanych przebiegów określonej wielkości fizycznej wyznaczane są maksymalne amplitudy, częstotliwości drgań własnych i tłumienie drgań. Ale tylko niektóre zespoły wyznaczają tłumienie modalne, czy też badają zjawiska rezonansu albo sprzężenia. 222

Badania odbiorcze mostów kolejowych pod próbnym obciążeniem dynamicznym wymagania i praktyka Zasadniczo większość jednostek stosuje niekontrolowane wymuszenia drgań w postaci poruszających się pojazdów. Dzieje się tak, gdyż zwykle mamy do czynienia z dużymi i masywnymi obiektami o niskich częstościach własnych, w których stosowanie wymuszeń kontrolowanych jest kosztowne i często mało efektywne. Używając więc z reguły wymuszeń niekontrolowanych nasuwa się znowu szereg wątpliwości, które powinny być wyjaśnione odpowiednimi przepisami. Jeśli chodzi o mosty kolejowe, to prędkość pociągu ma tu duże znaczenie i istotnie wpływa na odpowiedź dynamiczną przęsła [1][3][4][7]. Przy długich składach mamy do czynienia z powtarzającym się rytmicznie wymuszeniem i dużym wpływem inercji nieresorowanych zestawów kołowych pojazdu. Dodatkowo mamy do czynienia z efektem progowym na styku przęsło nasyp, gdzie występuje zróżnicowanie podatności toru. To wszystko sprawia, że badania dynamiczne mostów kolejowych wymagają większej uwagi i są znacznie bardziej odpowiedzialne. Zwłaszcza w przypadku kolei dużych prędkości. Niestety nie ma w naszym kraju żadnych dokumentów regulujących szczegółowo zakres takich badań. Znowu zależność od wykonawcy oraz redukcja wysokich kosztów wynajmu składów na potrzeby badania powoduje, że zespoły wybierają jako wymuszenie pojedyncze lokomotywy. Nie zapewnia to żadnego podobieństwa do warunków pracy obiektu przy przejazdach pociągów rzeczywistych, ani do założeń przyjmowanych przez projektanta w obliczeniach statycznych i dynamicznych takich mostów. Model obciążenia w obu normach PN [9] i PN-EN [12] jest zupełnie inny niż jedna lokomotywa, choćby najcięższa. Występują też duże trudności w osiągnięciu większych prędkości. Często mają one charakter formalny. Otóż w kontraktach dotyczących modernizacji linii kolejowych do prędkości 160 km/h podstawą są najczęściej zapisy Instrukcji Id-16 [17], a badania odbiorcze są jedną z pozycji kosztorysowych całego kontraktu, za którą odpowiedzialny jest główny wykonawca. Wybrany przez niego najtańszy podwykonawca w postaci zespołu badawczego jest zupełnie od niego uzależniony. Narzucane są mu terminy i zakres badań tak, aby nie było kolizji z innymi robotami, a w szczególności z torowymi. Tymczasem bez zakończonych robót torowych na dojazdach do mostu i to w dużej odległości, nie ma mowy o osiągnięciu większych prędkości. Przede wszystkim lokomotywa, a tym bardziej cały skład, na krótkim odcinku nie jest w stanie rozpędzić się do większej prędkości niż 50 lub 70 km/h. Do tego dochodzą rygorystyczne przepisy kolejowe związane z dopuszczalnymi prędkościami na remontowanych odcinkach. Zwykle jest tak, że w chwili badania tor w sąsiedztwie obiektu nie jest jeszcze dopuszczony do maksymalnej prędkości i aby ją osiągnąć, maszyniści musieliby łamać wewnętrzne procedury bezpieczeństwa. Tymczasem głównego wykonawcę mostowego obowiązują terminy oddania obiektu, które nie są skorelowane z pracami na dojazdach. Najlepiej bezpośrednio po badaniu życzyłby sobie otrzymać dokument potwierdzający, że obiekt spełnia wszystkie wymagania i może być dopuszczony do prędkości 160 km/h. Należy jednak pamiętać, że analiza zarejestrowanych wyników wymaga nieraz trudnej i czasochłonnej obróbki sygnałów. Nie można też mówić o łatwej ekstrapolacji 223

Marek Salamak, Piotr Łaziński, Stefan Pradelok, Piotr Bętkowski wyniku z próby przy jednej lokomotywie jadącej z prędkością zaledwie 50 km/h i wiarygodnym wnioskowaniu o zachowaniu się obiektu. Ani rodzaj wymuszenia (zamiast składu z wagonami tylko jedna lokomotywa nie będąca wymuszeniem rezonansowym), ani maksymalna prędkość (jest czasem wielokrotnie razy mniejsza od liniowej) nie daje podstaw do pełnych analiz wyników. Zwłaszcza, że w wielu przypadkach tak realizowanych badań osiągane maksymalne amplitudy są rzędu jednego milimetra, przy jednocześnie dużym tłumieniu jakie daje zamknięta w betonowym korycie nawierzchnia kolejowa. Zawiłości i interpretacje przepisów niektórych kontraktów nie pozwalają na odłożenie w czasie prób dynamicznych. Po zakończeniu robót torowych na całym odcinku można byłoby wykonać przejazdy z maksymalnymi prędkościami na wszystkich obiektach mostowych przy jednorazowo wynajętym i rozpędzonym składzie. Taka właśnie praktyka jest stosowana w kontraktach na liniach przeznaczonych do prędkości powyżej 200 km/h, w których wykorzystuje się Standardy [18]. Dotyczy to Centralnej Magistrali Kolejowej, na której co jakiś czas organizowane są przez PLK przetargi tylko na badania dynamiczne obiektów mostowych z określonego odcinka, ale już po zakończeniu wszystkich robót, i mostowych i torowych. Zaletą takiego postepowania jest też postulowane tutaj, zupełne uniezależnienie jednostki badawczej od wykonawcy. Próbne obciążenie dynamiczne jako weryfikacja założeń projektowych Na przebudowywanych obiektach mostowych znajdujących się w ciągu modernizowanych linii kolejowych do prędkości 160 km/h, odbiorcze próbne obciążenie dynamiczne mogłoby być potraktowanie jako weryfikacja założeń projektanta. Można tu przyjąć analogię do procedury o konieczności wykonania analizy dynamicznej, jaką przechodzi projektant posługując się normą PN-EN [12] (p. 6.4.4). Kryteria ustalania, czy potrzebna jest analiza dynamiczna opisane są w algorytmie pokazanym na rysunku 6.9 tej normy (rys. 2). Jeżdżąc nawet jedną lokomotywą możemy wymusić wystarczające drgania potrzebne do określenia rzeczywistych podstawowych częstotliwości drgań własnych i porównać je z częstotliwościami granicznymi, podanymi w normie PN-EN [12]. Jeśli przejście algorytmu wykaże, że analiza dynamiczna nie jest potrzebna, to potwierdzamy w ten sposób założenia projektanta co do wrażliwości dynamicznej obiektu i może on być dopuszczony do maksymalnej projektowanej prędkości, na przykład 160 km/h. W gruncie rzeczy, podobnie jest w badaniach statycznych. Odbiorcza próba obciążenia statycznego nie jest de facto określeniem rzeczywistej nośności mostu. Musielibyśmy przecież doprowadzić w tej próbie do zniszczenia obiektu, aby taki wniosek wyprowadzić. Wnioskujemy jedynie o spełnieniu założeń projektanta co do sztywności obiektu i w ten sposób stwierdzamy, że most spełnia przyjęte przez niego wymagania dotyczące określonej klasy obciążenia. 224

Badania odbiorcze mostów kolejowych pod próbnym obciążeniem dynamicznym wymagania i praktyka Jeśli okaże się, że zgodnie z opisanym wyżej algorytmem wymagana jest pełna analiza dynamiczna, wówczas analityk decydujący o zakresie próbnego obciążenia, podejmuje decyzję o przejazdach całym pociągiem. Szczególnie, gdy potrzeba taka nie pojawiła się na etapie projektu. Może to świadczyć o innych parametrach dynamicznych obiektu niż zakładane przez projektanta, a które powinny być zaprezentowane w wyciągu z obliczeń do projektu budowlanego. Może to świadczyć nawet o błędach projektowych lub wykonawczych. Wtedy, z odpowiedzi uzyskanych przy przejazdach pełnym składem z prędkościami rezonansowymi i maksymalnymi, szukamy prędkości krytycznej, współczynników przewyższenia dynamicznego oraz sprawdzamy graniczne odkształcenia i przyspieszenia. Rys. 2 Algorytm wyznaczania, czy wymagana jest analiza dynamiczna [12] 225

Marek Salamak, Piotr Łaziński, Stefan Pradelok, Piotr Bętkowski Podsumowanie Przede wszystkim, jeszcze raz należy mocno podkreślić brak spójności w cytowanych wyżej przepisach i normach w częściach dotyczących próbnych obciążeń dynamicznych. Najwyższy czas, aby zacząć to porządkować i zająć się standaryzacją, która musi zależeć od celu badań. Trzeba zauważyć, że z różną intensywnością i na różnych płaszczyznach prace takie zostały już zapoczątkowane, ale niestety brakuje w tych działaniach mocnego impulsu wsparcia ze strony, tych którzy powinni tym być najbardziej zainteresowani, czyli przede wszystkim PLK i GDDKiA. Cieszy fakt, że coraz większe znaczenie dla tych instytucji ma jakość badań, którą obecnie należy potwierdzić świadectwem akredytacji laboratorium w zakresie badań mostów pod próbnym obciążeniem. W chwili obecnej wymagania takie spełniają trzy jednostki naukowe: Politechnika Śląska, Rzeszowska i Instytut Badawczy Dróg i Mostów [5]. Niestety przepisy te, jak pokazuje praktyka, nie zawsze są znane i stosowane na kontraktach, a próbne obciążenia wykonują nieraz jednostki nie posiadające nawet wdrożonej normy PN-ISO17025 [13]. Nowe, ujednolicone procedury powinny opisywać również samą zawartość (treść i zakres) projektu próbnego obciążenia dynamicznego, gdyż na razie występuje spora dowolność w tym względzie. W projektach należy bezwzględnie zamieszczać wyniki analizy modalnej. Trudno bowiem przygotowywać eksperyment nie znając spodziewanych częstotliwości i postaci drgań. Oprócz tego powinny być ustalone sposoby wymuszenia drgań, sprzęt jak i postępowanie przy rejestracji i prezentacji zapisanych sygnałów oraz informacja jakie wielkości mierzyć i wyznaczać i z jakimi wartościami granicznymi porównywać uzyskane wyniki. Pilnego wyjaśnienia wymagają niejednoznaczności w określaniu takich podstawowych parametrów jak współczynnik przewyższenia dynamicznego, prędkość krytyczna, częstotliwości drgań i odpowiadające im tłumienie. Dopiero wówczas uzyskiwane przez różne zespoły badawcze wyniki będą mogły być porównywane. Jest to szczególnie istotne w badaniach odbiorczych obiektów mostowych oraz przy próbach wykorzystania badań dynamicznych do oceny zmian stanu technicznego obiektu w czasie. Wtedy, gdy badania takie powtarza się po wielu latach i często innym zespołem [2]. Sugeruje się też od odstąpienie od konieczności porównywania przewyższenia dynamicznego z normowym współczynnikiem dynamicznym. W pracach nad standaryzacją można wykorzystać zapisy pakietu norm ISO [14][15], dotyczących właśnie badań dynamicznych mostów. Literatura [1] Bętkowski P., Pradelok S.: Naprawa i próbne obciążenie kratowego mostu kolejowego., Konferencja Naukowo-Techniczna Awarie budowlane, Szczecin- Międzyzdroje, 2007. 226

Badania odbiorcze mostów kolejowych pod próbnym obciążeniem dynamicznym wymagania i praktyka [2] Bień J., Zwolski J.: Dynamic Tests in Bridge Monitoring Systematics and Applications. IMAC-XXV: Conference & Exposition on Structural Dynamics, 2007. [3] Biliszczuk J., Klasztorny M.: Koncepcja standaryzacji obliczeń dynamicznych i próbnych obciążeń dynamicznych stalowych mostów drogowych. Inżynieria i Budownictwo, 2007. [4] Janas L.: Ocena parametrów dynamicznych kratownicowego mostu kolejowego., Zeszyty Naukowo-Techniczne SITK RP Oddział w Krakowie, Nr 3(102)/2013, Kraków 2013, str. 133-141. [5] Olaszek P., Mazanek M., Janas L., Salamak M., Matysek A.: Istota porównań międzylaboratoryjnych jakość badań pod próbnym obciążeniem, Mosty 2/2014, s. 32-35 [6] Opilski Zb., Salamak M.: Static and dynamic displacement of bridges measure using digital camcorder, Monography Reprocity Resume, The Silesian University of Technology, Gliwice 2008. [7] Pradelok S.: Dynamic tests of certain type lattice girder railway bridge nodes, Proceedings of the International Conference on Experimental Vibration Analysis for Civil Engineering Structures EVACES'09, Wrocław, Poland, 14-16 October 2009, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław, 2009. [8] Ryżyński A.: Badania konstrukcji mostowych. WKŁ, Warszawa 1983. [9] PN-85/S-10030 Obiekty mostowe. Obciążenia [10] PN-89/S-10050 Obiekty mostowe. Konstrukcje stalowe. Wymagania i badania [11] PN-99/S-10040 Obiekty mostowe. Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone. Wymagania i badania. [12] PN-EN 1991-2:2007: Oddziaływania na konstrukcje. Część 2. Obciążenia ruchome mostów. [13] PN-EN ISO/IEC 17025 Ogólne wymagania dotyczące kompetencji laboratoriów badawczych i wzorcujących. [14] ISO 14963 Mechanical vibration and shock Guidelines for dynamic tests and investigations on bridges and viaducts. [15] ISO 18649 Mechanical vibration Evaluation of measurement results from dynamic tests and investigations on bridges. [16] Zarządzenie nr 47 GDDKiA z dnia 10 sierpnia 2011 roku w sprawie zaleceń dotyczących wykonywania badań pod próbnym obciążeniem drogowych obiektów mostowych [17] Id-16. Instrukcja o utrzymaniu kolejowych obiektów inżynieryjnych. PKP Polskie Linie Kolejowe S.A., Warszawa 2005. [18] Standardy techniczne. Szczegółowe warunki techniczne dla modernizacji lub budowy linii kolejowych do prędkości Vmax 200 km/h (dla taboru konwencjonalnego) / 250 km/h (dla taboru z wychylnym pudłem). TOM III. Kolejowe obiekty inżynieryjne. PKP Polskie Linie Kolejowe S.A., Warszawa 2009. Recenzent: dr hab. inż. Tomasz SIWOWSKI prof. P. Rz. 227