PROJEKTY

Moduł pomiaru i oceny odpowiedzi dynamicznej eksploatowanych kolejowych konstrukcji mostowych

• Celem praktycznym projektu było opracowanie systemu monitorowania kolejowych konstrukcji mostowych metodą pomiaru i oceny odpowiedzi dynamicznej (dalej zwanego MODO).

• System przeznaczony jest do monitorowania konstrukcji stalowych o rozpiętości przęsła powyżej 30 m, czyli konstrukcji, w przypadku, których nie jest łatwe ich zastępowanie konstrukcjami tymczasowymi na czas remontu lub budowy nowej konstrukcji.

Celem praktycznym projektu było opracowanie systemu monitorowania konstrukcji mostowych metodą pomiaru i oceny odpowiedzi dynamicznej (dalej zwanego MODO). Na MODO składa się metodologia dokonywania pomiaru, analizy danych i wnioskowania oraz zestaw narzędzi (sprzętowych i softwarowych) modułu pomiaru oceny odpowiedzi dynamicznej eksploatowanych kolejowych konstrukcji mostowych. MODO przeznaczony jest do monitorowania konstrukcji stalowych o rozpiętości przęsła powyżej 30 m, czyli konstrukcji, w przypadku, których nie jest łatwe ich zastępowanie konstrukcjami tymczasowymi na czas remontu lub budowy nowej konstrukcji.
W przypadku obiektów kolejowych szczególnie istotna jest analiza pracy konstrukcji pod obciążeniami dynamicznymi. Nadmierne odkształcenia kolejowego obiektu mostowego mogą zagrozić ruchowi przez stworzenie niedopuszczalnych zmian w pionowej i poziomej geometrii toru, przez powstanie nadmiernych naprężeń w szynach i drgań konstrukcji mostowych. Nadmierne drgania mogą prowadzić do niestateczności podsypki i niedopuszczalnego zmniejszenia sił w styku kół z szyną. Nadmierne odkształcenia mogą również mieć wpływ na obciążenia użytkowe w układzie tor/ustrój mostowy i tworzyć warunki powodujące dyskomfort pasażerów. Kontrola odkształceń obiektu mostowego powinna być prowadzona z uwagi na bezpieczeństwo ruchu i komfort pasażerów. Istotna jest kontrola przemieszczeń i przyspieszeń. O ile pomiary przyspieszeń są stosunkowo proste w realizacji, to pomiary przemieszczeń w trybie automatycznym i bez dozoru operatora sprawiają znaczne trudności.

• Podstawowym problemem badawczym było opracowanie zintegrowanego przetwornika do pośredniego pomiaru przemieszczeń pod obciążeniami dynamicznymi, wykorzystującego pochyłomierze wspomagane pomiarem przyspieszeń.

Przetwornik nie wymaga dostępu do punktów odniesienia. Jest szczególnie przydatny do monitorowania przemieszczeń konstrukcji gdzie utrudniony lub niemożliwy jest dostęp do terenu pod badaną konstrukcją (obiekty mostowe nad ruchliwymi drogami, liniami kolejowymi, czy rzekami). Opracowana w projekcie metodologia badawcza zakłada, po pierwsze, przeprowadzenie analiz teoretycznych oraz badań terenowych elementów systemu służącego do pomiaru i oceny odpowiedzi dynamicznej konstrukcji mostowej.

• W czasie realizacji pracy badawczej przewidziano prowadzenie badań testowych na dwóch konstrukcjach mostowych, które dobrano pod kątem konieczności przetestowania opracowanych metod w różnych warunkach pracy, szczególnie przy zróżnicowanym natężeniu i zmiennych prędkościach przejazdu.

Jako obiekt pierwszy wybrano most kolejowym pod Cytadelą w  Warszawie.

ą to dwie stare konstrukcje (z 1947 i 1980 roku) o rozpiętościach  przęseł kratowych równych 7x66,00 m.  Na moście występuje  (dane z 2016 r.) znaczne natężenie ruchu – dziennie 130 pociągów pasażerskich oraz towarowych i małe prędkości przejazdu - do 40 km/h.

Jako obiekt drugi wybrano wiadukt w km 8 26,571/26,578 linii nr 4 CMK (w okolicy Huty Zawadzkiej).

Są to dwie nowe konstrukcje łukowe (z 2014 i 2015 roku) o rozpiętości przęsła równej 75,00 m. Obiekt został dopuszczony do ruchu z prędkościami do 250 km/h.

• Kolejnym problemem badawczym było opracowanie metod oceny zapasów bezpieczeństwa wynikających z analizy stanów granicznych użytkowalności i na tej podstawie oceny poziomu niezawodności mostów, a szczególnie starych konstrukcji eksploatowanych od dłuższego czasu. uwzględniania wielu czynników.

System MODO ma bardzo istotne znaczenie ze względu na dynamiczny charakter obciążeń występujących obiektach kolejowych. Moduł może być przeznaczony do monitorowania krótkoterminowego (możliwość tymczasowej instalacji na obiekcie na krótki okres – kilku godzin lub kilku dni) oraz monitorowania długoterminowego (możliwość stałej instalacji na obiekcie). Na podstawie pomiarów zakresu przemieszczeń i przyspieszeń oraz zmian cech geometrycznych obiektu pod obciążeniem eksploatacyjnym projektowany system zapewnia kontrolę stopnia wykorzystania stanów granicznych użytkowalności związanych z przemieszczeniami i przyspieszeniami.

Projekt w okresie 1.07.2015 ÷ 30.06.2018 zrealizowało konsorcjum w składzie:

• Instytut Badawczy Dróg i Mostów – IBDiM (lider)
• Instytut Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk – IPPT PAN
• Politechnika Poznańska, Instytut Inżynierii Lądowej – PP IIL
• Adaptronica Sp. z o.o. - ADA
• PKP Polskie Linie Kolejowe S.A. – PKP PLK

Współpracowano z firmą Technika Obliczeniowa Sp. z o.o. w zakresie tworzenia aplikacji w środowisku Matlab.

Projekt został zrealizowany w ramach Programu Badań Stosowanych i był  dofinansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.