IBDM

03-302 Warszawa
ul. Instytutowa 1
tel. +48 22 390 01 07
fax +48 22 814 50 28

select language:

Zespól ds. Konstrukcji Mostowych - Ważniejsze Osiągnięcia PDF Print

There are no translations available.


Ważniejsze prace wykonane w ostatnim dziesięcioleciu przez Zespól ds. Konstrukcji Mostowych i Laboratorium Badań Konstrukcji Mostowych

 

 

Opracowanie metody ciągłego monitorowania pracy konstrukcji mostowych w czasie ich budowy i eksploatacj

W latach 2007-2010 jest realizowany projekt badawczo-rozwojowy, który jest finansowany ze środków na naukę przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Prace są wykonywane pod kierownictwem dr inż. Piotra Olaszek przez interdyscyplinarny zespół złożony z pracowników Instytutu Badawczego Dróg i Mostów (główny wykonawca: dr hab. inż. Marek Łagoda, prof. PL) we współpracy z Instytutem Lotnictwa (główni wykonawcy: dr inż. Marek Dębski, dr inż. Jan Kaźmierski) i Instytutem Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej Politechniki Warszawskiej (główni wykonawcy: dr hab. inż. Paweł Pyrzanowski, dr inż. Marek Matyjewski).System ma służyć do monitorowania konstrukcji w dwóch okresach jej pracy: w okresie budowy i w okresie eksploatacji. System składa się z  działających niezależnie i samodzielnie rejestratorów odkształceń/naprężeń, przyspieszeń i temperatury.

Fot. 1 - Prototyp rejestratora: na górze od lewej górna pokrywa rejestratora, rejestrator i moduł zasilania; na dole ramka pomiaru odkształceń ze zdjętą górną pokrywą, w dolnym prawym rogu  – widoczny układ tensometrów elektrooporowych przed przylepieniem elementu elastooptycznego.

Wykonano testy laboratoryjne związane ze zbadaniem dokładności pomiaru naprężeń i odporności systemu na oddziaływania klimatyczne. Prowadzone są próbne wdrożenia sytemu na konstrukcji obiektów mostowych w czasie budowy i eksploatacji.


Fot. 2 - Badania w czasie budowy; po lewej; rejestracja naprężeń w czasie transportu na miejsce budowy, po prawej rejestracja naprężeń w czasie nasuwania konstrukcji stalowej wraz z żelbetową płytą pomostu

Nadzór naukowo-badawczy nad budową łukowego mostu podwieszonego przez Narew w Ostrołęce (kier. tematu: dr inż. Marek Łagoda).

Praca była wykonywana na zlecenie Wojewódzkiej Dyrekcji Inwestycji w Ostrołęce i stanowiła kontynuację  wcześniejszych prac zespołu IBDiM związanych z projektowaniem mostu i jego technologią montażu.

Most charakteryzuje się bardzo nowoczesną konstrukcją przęsła nurtowego o rozpiętości 110 m, opartego na podporach wykonanych na obu brzegach rzeki. Brak podpór usytuowanych w wodzie, szczególnie wyróżnia tę konstrukcję spośród innych zlokalizowanych w dolnym biegu Narwi i innych podobnych rzek w Polsce. Konstrukcja mostu stalowa z betonową płytą współpracującą. Do stalowego łuku dużej wysokości podwieszono za pośrednictwem 10 par stalowych lin, pomost pełniący dodatkowo rolę ściągu.

Konstrukcja mostu i jego technologia montażu okazały się bardzo ekonomiczne. Koszt jednostkowy liczony na powierzchnię pomostu okazał się ponad dwukrotnie niższy od kosztu innych mostów budowanych w tym samym czasie i o podobnych rozpiętościach przęseł. Realizacja została nagrodzona w roku 1997 Nagrodą II stopnia Ministra Spraw
Wewnętrznych i Administracji w dziedzinie Architektura i Budownictwo. W uzasadnieniu jury napisano m.in. że, jest to obiekt o wysokich walorach konstrukcyjnych i przestrzennych.

Obiekt został oddany do eksploatacji w połowie 1995 r.



Widok ogólny przęsła nurtowego mostu przez Narew w Ostrołęce


Wizyjno-komputerowa metoda wyznaczania charakterystyk dynamicznych w trudno dostępnych punktach konstrukcji mostowych (kier. tematu dr inż. Piotr Olaszek)

W roku 1995 zostało zakończona i obroniona na wydziale Mechaniki Precyzyjnej Politechniki Warszawskiej rozprawa doktorska Piotra Olaszka „Wizyjno-komputerowa metoda wyznaczania charakterystyk dynamicznych w trudno dostępnych punktach konstrukcji mostowych”. Promotorem pracy była prof. dr hab. inż. Małgorzata Kujawińska. Praca dotyczyła wyznaczania charakterystyki dynamicznej konstrukcji mostowej na podstawie opracowanej nowej metody pomiaru przemieszczeń, która umożliwia wykonywanie pomiarów bez względu na warunki terenowe i rodzaj występujących obciążeń (statyczne i dynamiczne).

Metoda pomiarowa polega na automatyzacji metody fotogrametrycznej poprzez wykorzystanie komputerowej analizy obrazów uzyskiwanych w jedno- lub dwu-kanałowym układzie optycznym. Opracowane algorytmy zapewniają prowadzenie analizy obrazu w czasie rzeczywistym i z podpikselową dokładnością.

Praca zawiera opis opracowanego systemu pomiarowego (ze szczególnym uwzględnieniem algorytmu przetwarzania obrazu), analizę wiarygodności metody (wraz z jej testami laboratoryjnymi i polowymi) oraz przedstawienie możliwości analizy zachowania się konstrukcji w badanym punkcie na podstawie wyników pomiarów. Zamieszczono przykłady zastosowania metody w warunkach polowych.

Wyniki pracy doktorskiej zostały przedstawione w publikacji „Investigation of the dynamic characteristic of bridge structures using a computer vision method” w magazynie "Measurement” Journal of the International Measurement Confederation IMEKO (Vol. 25, No. 3, April 1999).



Dwu-kanałowy układ optyczny



Zastosowanie metody wizyjno-komputerowej podczas badań dynamicznych mostu Świętokrzyskiego

Pełnienie kompleksowych nadzorów inwestorskich (kier. tematu: dr inż. Marek Łagoda)

Praca zlecona przez GDDP O./ Centralny i dotyczyła nadzoru przy realizacji robót obejmujących wykonanie remontu i wzmocnienie mostu przez Wisłę w Górze Kalwarii, a następnie wiaduktu nad wiązką torów stacyjnych PKP w Sochaczewie.

Remont mostu przez Wisłę wiązał się ponadto z budową i utrzymaniem przeprawy pontonowej dostępnej dla samochodów osobowych i ciężarowych w tym i TIR-ów. Remont mostu polegający na naprawie konstrukcji kratownicowych dźwigarów głównych, ich sprężeniu zewnętrznym oraz całkowitej wymianie pomostu betonowego, łącznie z przeprawą tymczasową w postaci mostu pontonowego, wykonano w rekordowo krótkim czasie w okresie jednego sezonu tj. od maja do października.



Zastosowania połączenia klejowo-sprężonego do łączenia nowych elementów ze starą konstrukcją przy remoncie mostu przez Wisłę w Górze Kalwarii

Wiadukt w Sochaczewie, składający się z dwudziestu dwóch przęseł o prefabrykowanej konstrukcji ustroju nośnego wzmocniono i wyremontowano również w okresie jednego sezonu budowlanego. Dodatkową trudnością było prowadzenie prac na połowie szerokości obiektu przy zachowanej nieograniczonej eksploatacji na drugiej połowie wiaduktu. Ponadto zastosowano nowoczesne techniki wzmacniania. Zastosowano przyklejane zbrojenie zewnętrzne w postaci płaskowników stalowych i CFRP tzn. polimerów zbrojonych włóknami węglowymi.

Zalecenia dotyczące stosowania w budownictwie mostowym nowych gatunków i asortymentów stali (kier. tematu: dr inż. Marek Łagoda)

Celem pracy, zleconej przez Generalną Dyrekcję Dróg Krajowych i Autostrad, było omówienie możliwości, warunków i efektów stosowania w budownictwie mostowym innych, nie będących przedmiotem aktualnych polskich norm mostowych, rodzajów stali i ich wyrobów.

Rozwój przemysłu stalowego wpływa bardzo mocno na tendencje rozwojowe mostownictwa, zwłaszcza w dziedzinie tworzenia nowych form konstrukcji. W ostatnich latach można odnotować bardzo dynamiczny rozwój produkcji elementów konstrukcji stalowych przeznaczonych do budownictwa mostowego. W okresie ostatnich 70 lat tak udoskonalono produkcję stali, że uzyskano przeszło pięciokrotny wzrost granicy plastyczności stali konstrukcyjnych począwszy od stali niskowęglowej (Re - ok. 200 MPa) poprzez stale niskostopowe o podwyższonej wytrzymałości w stanie normalizowanym (Re - ok. 350 MPa), stale wytwarzane sposobem walcowania termomechanicznego, w tym z zastosowaniem przyśpieszonego chłodzenia (Re - 450 ¸ 700 MPa), a skończywszy na stalach ulepszonych cieplnie o granicy plastyczności przekraczającej znacznie 1500 MPa.

Praca zawiera zalecenia, które zostały opracowane w celu właściwego doboru nowych asortymentów stali, założeń projektowych, warunków technologicznych i odbioru konstrukcji stalowych. Zalecenia należy stosować przy opracowywaniu dokumentacji technicznych, kontroli jakości i odbiorach stalowych konstrukcji mostowych, w których użyto nowe gatunki i asortymenty stali.

Badania konstrukcji mostowych – próbne obciążenia (kier. tematu dr inż. Piotr Olaszek)

W latach 1995-2004 wykonano dziesiątki próbnych obciążeń konstrukcji mostowych. Podstawowym celem przeważającej większości wykonanych badań było dopuszczenie konstrukcji do ruchu. Oprócz badań odbiorczych wykonane próbne obciążenia miały ogromne znaczenie badawcze, służyły celom poznawczym, to jest głównie weryfikacji metod obliczeniowych konstrukcji i nowych rozwiązań technicznych. Kolejnym ważnym zastosowaniem była ocena nośności obiektów użytkowanych od dłuższego czasu, gdy istniały wątpliwości związane z ich stanem technicznym. Poniżej przedstawiono kilka najciekawszych, wybranych prac służących powyższym celom.

Próbne obciążenia obiektów mostowych w ciągu trasy Siekierkowskiej oraz wchodzących w skład węzła Czerniakowskiego w Warszawie. W sierpniu 2002 roku na zlecenie Mostostalu Warszawa S.A. wykonano badania odbiorcze przeprawy mostowej przez Wisłę, której główną część stanowi podwieszony most nad nurtem rzeki M-1 o sumarycznej długości równej 500,00 m i rozpiętości głównego przęsła równej 250 m. W ramach zadania zbadano również dwa mosty na lewo- i prawobrzeżnym terenie zalewowym oraz dwie estakady dojazdowe do mostu i jeden wiadukt. Wcześniej w lipcu 2002 roku na zlecenie Przedsiębiorstwa Robót Mostowych Mosty Łódź wykonano próbne obciążenia trzech wiaduktów na prawobrzeżnym węźle dojazdowym do mostu W maju 2003 roku na zlecenie firmy Warbud S.A. wykonano badania trzech estakad węzła Czerniakowskiego.



Próbne obciążenie mostu Siekierkowskiego. Badaniom towarzyszyło ogromne zainteresowanie mediów.

Próbne obciążenia obiektów mostowych wchodzących w skład Południowego Obejścia Krakowa - autostrady A4. W latach 2002-2003 na zlecenie Generalnej Dyrekcji Dróg Krajowych i Autostrad Oddział w Krakowie wykonano odbiorcze próbne obciążenia 9 obiektów mostowych.

Próbne obciążenia obiektów mostowych wchodzących w skład odcinka autostrady A4 węzeł „Sośnica” – węzeł „Wirek”, W roku 2004 na zlecenie firmy Strabag AG, wykonano odbiorcze próbne obciążenia 8 obiektów mostowych.

Próbne obciążenie mostu przez rzekę Narew w Łomży. W roku 2000 na zlecenie Warszawskiego Przedsiębiorstwa Mostowego „Mosty” S.A. Wykonano próbne obciążenie mostu. Były to badania odmienne od opisanych wcześniej – nie pełniły funkcji odbiorczej lecz służyły ocenie nośności obiektu wraz kontrolą sił sprężających w kablach.



Pomiary ugięć konstrukcji i osiadań podpór podczas próbnego obciążenia mostu w ciągu A4 w okolicy Zabrza



Most przez rzekę Narew w Łomży

Zalecenia dotyczące wzmacniania konstrukcji mostowych przez przyklejenie zbrojenia zewnętrznego
(kier. tematu: dr inż. Marek Łagoda)

Praca została zlecona przez Generalną Dyrekcję Dróg Krajowych i Autostrad i dotyczy najnowszych technik wzmacniania konstrukcji mostowych. Wzmacnianie konstrukcji mostowych należy do trudnej i bardzo ważnej dziedziny działalności inżynierskiej. W porównaniu z większością znanych, alternatywnych technik wzmacniania, takich jak np.:
sprężenie zewnętrzne (gdzie cięgna są prowadzone poza obrysem konstrukcji), zwiększenie przekrojów czy zmiana schematów statycznych (np. dodatkowe podwieszenie czy podpora), stosowanie przyklejanego zewnętrznego zbrojenia w postaci płaskowników stalowych, a szczególnie taśm i mat kompozytowych można zaliczyć do rozwiązań najnowszej generacji w skali światowej. Zalecenia zostały opracowane w celu właściwego:

  • doboru założeń projektowych,
  • wykonania projektu (obliczeń statycznych i wytrzymałościowych),
  • określenia warunków technologicznych i prawidłowej realizacji wzmocnienia,
  • odbioru wzmocnionych konstrukcji.

Obszar zastosowania przyklejanych elementów (jako zewnętrzne zbrojenie) przy wzmacnianiu konstrukcji mostowych jest bardzo rozległy, a przyklejane zbrojenie jest bardzo efektywne w wielu przypadkach, a w szczególności:

  1. podniesienia nośności konstrukcji – jest to główny, najczęściej występujący powód wzmacniania,
  2. zwiększenia trwałości i nośności – z powodu błędnie wykonanego lub zaprojektowanego zbrojenia lub jego degradacji wywołanej korozją, przeciążeniem czy innymi czynnikami,
  3. konieczności zamknięcia rys lub zmniejszenia ich rozwartości podczas pracy konstrukcji przez doklejenie dodatkowego zbrojenia zewnętrznego po odciążeniu elementu wzmacnianego,
  4. zmniejszenia ugięć – przez zwiększenie sztywności giętnej,
  5. zmniejszenia oddziaływań pełzania,
  6. podniesienia wytrzymałości zmęczeniowej – przez redukcję amplitudy naprężeń przy obciążeniach zmęczeniowych,
  7. poprawy parametrów dynamicznych konstrukcji – przez zwiększenie sztywności, a w konsekwencji przez wzrost częstotliwości drgań własnych konstrukcji.

Zalecenia należy stosować przy opracowywaniu dokumentacji technicznych, realizacji robót wykonawczych, kontroli jakości i odbiorach wzmacnianych konstrukcji mostowych.



Wzmocnienie wiaduktu przyklejonymi płaskownikami stalowymi



Wzmacnianie wiaduktu doklejanymi taśmami kompozytowymi (CFRP)


Opracowanie koncepcji nowej technologii montażu mostu oraz monitorowanie jej wykonania (kier. tematu: dr inż. Marek Łagoda, dr inż. Piotr Olaszek).

Przykładem pokazującym połączenie działalności koncepcyjnej, projektowej i badawczej było opracowanie koncepcji nowej technologii montażu mostu Siekierkowskiego, przeprowadzenie analizy statyczno-wytrzymałościowej oraz monitorowanie konstrukcji w trakcie jej nasuwki. Nowa technologia montażu została z pełnym powodzeniem zastosowana podczas budowy mostu Siekierkowskiego przez Wisłę w Warszawie. Dotyczyła ona montażu przęseł podwieszonych. Był to pierwszy na świecie przypadek nasuwania podłużnego stalowych dźwigarów mostu wraz z częściowo zespoloną żelbetową płytą pomostu[1]. Technologia ta została wybrana z dwóch powodów: ekonomicznego – mniejszych kosztów montażu mostu i organizacyjnego – krótszego czasu zakłócania nurtu rzeki. Nasuwanie konstrukcji stalowej z płytą betonową realizowane było niezależnie od budowy pylonów. Betonowanie płyty pomostu na stanowisku startowym powodowało, że niepotrzebne były ciężkie i kosztowne urządzenia ruchome do tradycyjnego betonowania i deskowania.

Cały proces montażu konstrukcji był monitorowany w celu zapewnienia jego bezpiecznego przebiegu. Prace związane z monitorowaniem podzielono na działania o charakterze kontrolnym i ostrzegawczym. Polegały one na aktywnej kontroli wartości sił reakcji na podporach tymczasowych i biernej geodezyjnej kontroli przemieszczeń podpór tymczasowych oraz na rejestracji stanu naprężeń i odkształceń środnika w wybranych przekrojach dźwigarów stalowych.



Widok nasuwanych dźwigarów wraz z płytą betonową pomostu.

Powyższe prace zostały wykonane w latach 2001-2002 na zlecenie Mostostalu Warszawa S.A..

Należy zaznaczyć, że nasuwana konstrukcja dotarła na drugi brzeg, zanim zakończono budowę pylonów mostu. W żadnej z faz nasuwania nie zaobserwowano negatywnych objawów pracy konstrukcji. Potwierdzają to oględziny konstrukcji po zakończeniu nasuwania jak i wyniki opisanych czynności (pomiarów) ostrzegawczych. Płyta betonowa między dźwigarami głównymi nie była zarysowana, nawet nad poprzecznicami zespolonymi.

Należy podkreślić, że wykonywane czynności kontrolne, zapewniły przeprowadzenie monitorowanego procesu nasuwania konstrukcji w warunkach zgodnych z założeniami projektowymi. Szczególnie dotyczy to prowadzenia aktywnej kontroli reakcji na podporach, która zapobiegała nadmiernemu przeciążeniu konstrukcji. Pomiary przeprowadzone w następnych fazach wykonywania mostu oraz w czasie próbnego obciążenia umożliwiły określenie rozkładu poziomu naprężeń pochodzących od ciężaru własnego konstrukcji i wprowadzonych odkształceń trwałych podczas jej montażu oraz od obciążeń użytkowych.

a)



b)



Monitorowanie stanu naprężeń :

a) rozmieszczenie płytek elastooptycznych zamocowanych w osłonach na dźwigarze,
b) analiza stanu naprężeń za pomocą polaryskopu

Opracowanie i wdrożenie systemu jakości w Laboratorium Badań Konstrukcji Mostowych (kier. tematu dr inż. Piotr Olaszek)

W ramach wprowadzenia systemu jakości w dziedzinie badań obiektów inżynierskich, Pracownię Konstrukcji i Badań Mostów (dawna Pracownia Mostów nr 2 i Pracownia Mostów Stalowych) w styczniu 2004 oku podzielono na dwie komórki w celu wydzielenia jednostki wykonującej prace pomiarowe, które zostały objęte systemem jakości.

W ten sposób zostało wydzielone Laboratorium Badań Konstrukcji Mostowych zajmujące się badaniami konstrukcji mostowych oraz pozostała Pracownia Konstrukcji Mostowych zajmującą się tematyką związaną z konstrukcjami mostowymi w tym również i analizą wyników badań wykonywanych przez Laboratorium.

W Laboratorium Badań Konstrukcji Mostowych systemem jakości objęto podstawowe badania niezbędne podczas badań wytrzymałościowych konstrukcji mostowych. Są to:

  1. Pomiar ugięć i przemieszczeń z zastosowaniem przetworników przemieszczeń na sygnał elektryczny
  2. Pomiar odkształceń i naprężeń z zastosowaniem elektrycznej tensometrii oporowej
  3. Pomiar ugięć i przemieszczeń z zastosowaniem niwelacji geometrycznej

Laboratorium Badań Konstrukcji Mostowych uzyskało w listopadzie 2004r. Certyfikat Akredytacji Nr AB 547 wydany przez Polskie Centrum Akredytacji.



Samochód pomiarowy Laboratorium Badań Konstrukcji Mostowych


Współpraca międzynarodowa (kier. tematów: mgr inż. Tomasz Wierzbicki, dr inż. Piotr Olaszek, dr inż. Marek Łagoda)

W ostatniej dekadzie współpracę międzynarodową Pracownia podjęła na trzech płaszczyznach badawczo-projektowych.

Uczestnictwo w programach badawczych dotyczących przede wszystkim diagnostyki i oceny stanu technicznego drogowych obiektów inżynierskich, realizacja programów europejskich Piątego Programu Ramowego oraz projektów COST. W ramach tej współpracy pracownicy Zakładu (Pracowni) uczestniczyli w projekcie Nowoczesne i Przyjazne Środowisku Materiały dla Budownictwa Komunikacyjnego – SAMARIS oraz Ocena stanu konstrukcji, monitorowanie i kontrola – SAMCO. Oba te programy zakończone zostaną w roku 2005. Natomiast ukończony został projekt COST 345 - Metody oceny drogowych obiektów inżynierskich. Raport końcowy stanowi cenne źródło wiedzy na temat metod oceny stanu konstrukcji stosowanych w krajach europejskich oraz kompendium wiedzy na temat próbnych obciążeń mostów. Wygłoszenie szeregu referatów na konferencjach międzynarodowych, z ostatnio wygłoszonym referatem pod tytułem „Monitoring of the new bridge assembling technology” na konferencji IABMAS w Kyoto /Japonia/ zamyka listę aktywnego uczestnictwa w konferencjach o charakterze międzynarodowym w kraju i zagranicą.

Działalność w sferze normalizacyjnej, tzn. uczestniczenie w pracach Europejskiego Komitetu Normalizacyjnego, którego zadaniem jest wprowadzenie norm europejskich do normalnej praktyki inżynierskiej – przetłumaczenie i adaptacja wraz z przeprowadzeniem szkoleń dla projektantów. Dr inż. Marek Łagoda jest przedstawicielem Polski w Międzynarodowym Komitecie Normalizacyjnym (CEN), opracowującym europejskie normy konstrukcyjne (Eurokody), które w niedługim czasie staną się podstawowymi dokumentami do projektowania konstrukcji w Europie. Przedmiotem zainteresowania pozostają przede wszystkim Eurokody z dziedziny mostów stalowych i zespolonych.

Współpraca, można by ją nazwać przygraniczna, kiedy to podejmowano prace wraz z naukowcami i inżynierami z krajów ościennych. Przykładami tej współpracy mogą być wspólne z akademikami z uczelni kijowskich badania podczas próbnego obciążenia mostu granicznego przez Bug w Drohiczynie czy projekt przebudowy mostu na przejściu granicznym z Czechami w miejscowości Trzebina.

Pracownicy obu jednostek instytutowych są indywidualnymi członkami organizacji międzynarodowych takich jak IABSE – Stowarzyszenie Inżynierów Mostowych i Konstrukcyjnych, IABMAS – Stowarzyszenie na Rzecz Utrzymania i Bezpieczeństwa Mostów, oraz IIFC – Międzynarodowego Instytutu Konstrukcji Kompozytowych.