Remont mostu v2

Remont mostu Hercilio Luz w Brazylii

Monitorowanie zachowania konstrukcji i integralności mostu podczas złożonego procesu jego odbudowy
Zaprojektowany w 1922 roku i otwarty dla ruchu cztery lata później, w 1926 roku, most Hercìlio Luz służył jako pierwsze połączenie drogowe między wyspą Florianópolis, częścią stanu Santa Catarina, a kontynentem w Brazylii. Zainstalowany w strefie morskiej od ponad 90 lat cierpi z powodu rzadko spotykanych wrogów, w tym korozyjnego działania morza, naturalnego zużycia konstrukcji i wzrostu obciążenia, a także liczby pojazdów, które osiągnęły wartości znacznie wyższe niż w czasach, kiedy most był projektowany.


Plany i działania dotyczące stałej konserwacji zapobiegawczej mostu były szczegółowe, co pozwoliło mu zachować pierwotną strukturę nawet po prawie 90 latach. 
Nie zapobiegło to jednak całkowitemu zamknięciu od 1991 r. z powodu niepewnego stanu, w jakim znajdował się most. Oprócz zamknięcia dla ruchu, asfaltowa jezdnia przęsła centralnego została usunięta z mostu w celu zmniejszenia obciążeń stałych, co spowodowało odciążenie konstrukcji o 400 ton.






Fakty i liczby dotyczące konstrukcji:

Problem
Od czasu inauguracji most Hercilio Luz mierzy się z różnymi wrogami. Korozyjne działanie morza, naturalne zużycie konstrukcji, a wreszcie wzrost obciążenia i liczby pojazdów, znacznie wyższy niż ten zaprojektowany dla mostu w 1926 roku. Mimo to, przy stałej konserwacji prewencyjnej, most, po prawie 90 latach, zachował swoją pierwotną strukturę. Teraz, bardziej niż kiedykolwiek, istnieje potrzeba wyremontowania go z dodatkowym wyzwaniem dotyczącym zachowania jego oryginalności: od geometrii do detali, również w elementach połączeniowych.

Rozwiązanie
W ramach projektu, który może potrwać prawie 3 lata, firma Teixeira Duarte została zatrudniona do całkowitej renowacji mostu Hercilio Luz, w tym do wymiany podpór łożyskowych w głównych wieżach, wzmocnienia i odbudowy fundamentów, renowacji konstrukcji metalowej, wymiany cięgien, łożysk i lin głównych, w tym prac związanych z transportem ładunków. Zastosowanie nowych pokładów dla ruchu samochodowego, pieszego i motocyklowego. W tym projekcie firma Teixeira Duarte postanowiła zastosować technologię HBM, w tym czujniki i interrogatory optyczne z technologią Fiber Bragg Grating (FBG) do monitorowania naprężeń w krytycznych punktach konstrukcji, czujniki elektryczne do odczytu różnych sygnałów, w tym nachylenia, temperatury, prędkości wiatru i intensywności prądu morskiego. Wszystko to w połączeniu z usługami inżynieryjnymi dotyczącymi: instalacji czujników, tworzenia skryptów oprogramowania do monitorowania, rejestrowania danych i generowania alarmów, a także zdalnego wsparcia w przypadku awarii.
<strong>Wyniki</strong>
Najbardziej krytyczna część projektu, polegająca na przeniesieniu obciążenia z przęsła środkowego mostu na konstrukcje pomocnicze, została pomyślnie wykonana i istnieje możliwość, że konstrukcja będzie stale monitorowana po zakończeniu renowacji.

Architektura systemu
Ogólny schemat z głównymi punktami, w których zostały zainstalowane czujniki do monitorowania



Typowe monitorowane przekroje, z reprezentacją tensometrów w kolorze niebieskim.
A) cięgna (O);
B) dolne podpory pomocnicze (AI);
C) wieże pomocnicze (TA);
D) niższe łańcuchy (IC);
E) liny górne (CS);
F) przekątne zbrojenia (DR)












Do oprzyrządowania konstrukcji mostu zdefiniowano architekturę hybrydową, która wykorzystuje zarówno czujniki optyczne oparte na siatkach Bragga (FBG), jak i konwencjonalne czujniki elektryczne dla różnych wielkości. Pomiar odkształcenia, temperatury, prędkości wiatru i prądów morskich jest częścią globalnego systemu monitorowania. Ogółem 284 czujniki optyczne zostały podłączone do 3 interrogatorów HBM FiberSensing. Korzystając z sieci optycznej zainstalowanej do transmisji sygnałów z czujników optycznych zintegrowano w niej również komunikację dla układu PMX firmy HBM w celu odczytu czujników elektrycznych w dwóch 24-żyłowych kablach światłowodowych rozmieszczonych wzdłuż 800 m mostu.

W strategicznych punktach dla podłączenia czujników, kabel światłowodowy został otwarty, aby indywidualnie podłączyć każdy światłowód do czujników. Wszystkie połączenia zostały zabezpieczone dedykowanymi skrzynkami rozmieszczonymi wzdłuż całej konstrukcji.
Aby ułatwić i przyspieszyć proces instalacji, który był niezbędnym warunkiem realizacji projektu, czujniki optyczne zostały dostarczone w postaci wstępnie zmontowanych łańcuchów światłowodowych. Wybrano dwie różne metody instalacji czujników w zależności od elementów konstrukcyjnych, na których zostaną umieszczone. Ponieważ most jest konstrukcją metalową, najbardziej oczywistym wyborem były czujniki do zgrzewania punktowego. W przypadku kratownic środkowych i podpór pomocniczych - części, które pozostaną w konstrukcji podczas całego projektu - została wybrana taka forma instalacji. 
Dla cięgien - czyli części do wymiany - wybrano czujniki klejone. Światłowodowe łańcuchy czujników obejmowały czujniki odkształceń i temperatury. Kombinacja tych dwóch elementów jest potrzebna, aby skompensować wpływ temperatury na pomiary odkształceń.

Bardziej technicznie złożoną czynnością jest procedura przenoszenia obciążenia, która polega na odciążeniu cięgien, umożliwiając ich sekwencyjną wymianę. Wykonanie tej procedury oznaczało oczujnikowanie wielu punktów oryginalnej i tymczasowej konstrukcji metalowej za pomocą czujników odkształceń oraz zastosowanie innych czujników elektrycznych jak inklinometrów i czujników klimatycznych tworzących łącznie system 312 czujników. HBM przedstawił najlepszą ofertę dostaw i instalacji, osiągniętą dzięki zoptymalizowanemu wykorzystaniu połączonych technologii - technologii optycznej do pomiaru odkształceń i transmisji danych do centrum sterowania oraz elektrycznej dla innych pomiarów - oraz terminowej metodologii instalacji wymaganej przez fizyczny harmonogram prac. Ricardo Martins, inżynier projektu, Teixeira Duarte




Główna sterownia i stojak z urządzeniami do akwizycji danych


System gromadzenia danych
Sprzęt do akwizycji danych jest podłączony w sterowni. Obydwie platformy pomiarowe: optyczna i elektryczna komunikują się za pośrednictwem sieci Ethernet, a ich połączenie odbywa się za pomocą przełączników optycznych Ethernet, jak zwykle w sieciach tego typu.
Dla całego systemu zostały użyte dwa komputery: jeden koncentrował się na monitorowaniu i rejestrowaniu danych w sposób ciągły 24/7, a drugi na przetwarzaniu post-procesowym danych już zarejestrowanych. Oprogramowanie catman zostało wykorzystane do akwizycji, rejestracji i analizy danych. Utworzono kilka skryptów automatyzujących niektóre zadania, takich jak okresowe generowanie raportów i alarmów zarówno dla operatorów na miejscu, jak i zdalnych inżynierów, w tym HBM, który miał zaplanowany dostęp zdalny w razie potrzeby.
Znaczenie pomiarów naprężeń podczas odbudowy mostu
Podczas remontu mostu Hercilio Luz niektóre z wyżej wymienionych kroków były bardzo krytyczne. Na przykład przeniesienia obciążenia na początku i na końcu prac. Te przeniesienia obciążenia są momentami, w których uruchamiane są podnośniki hydrauliczne do podniesienia pokładu mostu, w celu przeniesienia obciążenia cięgien na dolną konstrukcję tymczasową, którą są cztery "wieże podporowe", zbudowane dla tego projektu. W konstrukcji tego rozmiaru i przy tak poważnym uszkodzeniu, jak w tym przypadku, przeniesienie obciążenia tego typu może spowodować uszkodzenie strukturalne w konstrukcji mostowej lub w tymczasowej - co powoduje, że oprzyrządowanie pomiarowe staje się w tym momencie fundamentalne. W celu zapewnienia, że cały proces został przeprowadzony z zachowaniem maksymalnego bezpieczeństwa, zmierzono wiele sygnałów odkształcenia w tymczasowej strukturze, aby ocenić, czy obciążenie było równomiernie przenoszone przez strukturę i konstrukcję mostu, a tym samym móc ocenić, czy odciążenie przebiegało w zaplanowany sposób.
Proces przenoszenia obciążenia był przeprowadzany etapami i po każdym kroku wyniki były porównywane z symulacjami numerycznymi przez inżynierów odpowiedzialnych za projekt, w celu potwierdzenia, że zachowanie konstrukcji mieści się w oczekiwanym zakresie.
Pomiary przechyłu przeprowadzono również na wieżach tymczasowej konstrukcji i na samym moście.
Kolejnym ważnym punktem są obciążenia generowane przez wiatr i przypływ. Będąc mostem w nadmorskim regionie, położonym w zwężającym się punkcie między wyspą, a kontynentem, wiatry mogą osiągać duże prędkości, co utrudnia prace remontowe. Z tego powodu wykonano pomiary prądu morskiego i wiatru wraz z wszystkimi czujnikami odkształcenia i temperatury zainstalowanymi wzdłuż mostu.

rys.1 Prace remontowe
rys.2 Wymiana głównych podpór podtrzymujących wieżę
rys.3 Wymiana siodła na szczycie głównej wieży
rys.4 Wymiana centralnej belki rozpierającej
rys.5 Powyżej: zastosowanie nitów, poniżej: tensometry zainstalowane na cięgnach (po lewej) i górnej linie (po prawej)




































Wybór optycznej technologii pomiaru naprężeń
Podczas stosowania tensometrów elektrycznych w dużych konstrukcjach, w których wymagana jest duża liczba czujników, ilość przewodów elektrycznych staje się poważnym problemem, ponieważ okablowanie instrumentów jest drogie i nieporęczne. Ponadto pomiary za pomocą tego typu czujników na odległościach setek metrów nie są wykonalne z powodu wpływu szumu elektromagnetycznego na długie kable w instalacji. W takich przypadkach konieczne jest rozłożenie systemów akwizycji danych wzdłuż konstrukcji, co jest niekorzystne ze względu na ryzyko uszkodzenia sprzętu, nie licząc problemów z połączeniem między tym sprzętem a systemem przechowywania danych.
Czujniki światłowodowe mają ogromne zalety, takie jak wysokie granice zmęczenia, multipleksowanie i odporność na zakłócenia elektromagnetyczne. Gama tensometrów i innych czujników optycznych opartych na technologii FBG firmy HBM FiberSensing to idealny wybór dla wymagających aplikacji testowych i pomiarowych. 
Poznaj pełny zakres czujników optycznych oferowanych przez HBM.

Zasada działania czujników optycznych opartych na siatkach Bragga. Tylko określone długości fal są odbijane, a zmianę położenia szczytu fali odbitej można przekształcić w wartości mierzonej wielkości.







HBM wykazał się wysokimi kompetencjami podczas instalacji całego systemu monitorowania i był w stanie dotrzymać terminu ukończenia systemu, pomimo niesprzyjających warunków pogodowych, które miały miejsce przez większą część okresu instalacji. Po zakończeniu instalacji HBM udzielił bezpośredniego wsparcia w pierwszych miesiącach eksploatacji, a następnie zawarto umowę o pomocy technicznej, która będzie obowiązywać do momentu zakończenia transferu ładunku. Konserwacja systemu jest przeprowadzana przez technika firmy Teixeira Duarte, który został przeszkolony przez HBM i który jest na miejscu oraz korzysta ze zdalnego zespołu wsparcia HBM. Ta współpraca pozwoliła utrzymać prawidłowe działanie systemu monitorowania, mówi Ricardo Martins.

Artykuł powstał na podstawie materiałów opublikowanych przez HBM.