
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.

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.