IBDM

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

select language:

ekonomika

Analiza możliwości i zakresu diagnostyki obiektów kolejowych na podstawie monitorowania odpowiedzi dynamicznej PDF Drukuj

Przeprowadzono analizy wyników monitorowania wiaduktu na CMK i Mostu przy Cytadeli.
W celu oceny zapasów bezpieczeństwa w zakresie stanów granicznych nośności (SGN), system MODO był wspierany poprzez informacje o obciążeniu wywołującym poszczególne odpowiedzi dynamiczne konstrukcji. Dane o obciążeniu były wprowadzane do systemu monitoringu w trybie offline z rozkładu jazdy z najbliższego posterunku/stacji. Dane o pociągach przejeżdżających przez obiekty były dostarczane przez Centrum Zarządzania Ruchem Kolejowym PKP PLK S.A. Dane te zawierają informacje o: numerze pociągu, relacji, typie, masie brutto w tonach oraz o długości w metrach. Dane zostały integrowane z poszczególnymi rejestracjami systemu MODO.

Wiadukt na CMK
Według rozkładu jazdy PKP PLK SA w analizowanym okresie przez wiadukt w torze nr 2 przejechało 11 259 pociągów. System MODO zarejestrował w tym czasie 11 437 zdarzeń. Większa liczba zdarzeń MODO wynika z fałszywych startów sytemu.

Most przy Cytadeli

Według rozkładu jazdy PKP PLK SA w analizowanym okresie przez most w torze nr 2 przejechało 43 213 pociągów . System MODO zarejestrował w tym czasie 39 100 zdarzeń. Mniejsza liczba zdarzeń MODO z wynika z niezarejestrowania części pociągów w pierwszym okresie pracy systemu.

Analizy numeryczne konstrukcji
W ramach prowadzonych prac opracowano modele numeryczne monitorowanych konstrukcji.
Modele zbudowano za pomocą oprogramowania Abaqus. W przypadku wiaduktu na CMK w modelu uwzględniono główne elementy konstrukcyjne i torowiska: stalowe dźwigary łukowe połączone stężeniami i poprzecznicami, wieszaki, płytę betonową (opartą na poprzecznicach), warstwę podsypki, mostownice i szyny oraz elementy usztywniające dźwigary (przepony i żebra). Łączna liczba elementów skończonych wynosiła ponad 67 000.

 

(1) Model numeryczny wiaduktu kolejowego w km 26,571/26,578 linii CMK w Hucie Zawadzkiej

Opracowany model numeryczny obiektu wykorzystano do wyznaczenia drgań i postaci własnych konstrukcji oraz do analizy drgań wymuszonych. Obliczenia te wykorzystano w pierwszym etapie do kalibracji modelu a następnie do kontroli przemieszczeń wyznaczanych metodą pośrednią. Do kalibracji modelu wykorzystano sześcioczłonowy pociąg złożony z dwóch lokomotyw i umieszczonych pomiędzy nimi 4 wagonów pasażerskich.

 

 

 

(2) Pierwsze dwie postaci drgań własnych obiektu w Hucie Zawadzkiej (kolor odniesiony do przemieszczeń pionowych):
(a) f1 = 0,99 Hz; (b) f2 = 1,70 Hz)

 

 

(3) Obliczone i zmierzone przemieszczenia pionowe ściągu wywołane przejazdem pociągu testowego z prędkością 80 km/h w ¼ rozpiętości przęsła (Huta Zawadzka)

(4) Obliczone i zmierzone przemieszczenia pionowe ściągu wywołane przejazdem pociągu testowego z prędkością 200 km/h w ¼ rozpiętości przęsła (Huta Zawadzka)

 

(5) Mapa przemieszczeń pionowych ściągu wyznaczona z wykorzystaniem modelu numerycznego dla przejazdu pociągu Pendolino o prędkości 165 km/h (Huta Zawadzka)


 

(6) Rozkład naprężeń Misesa w wybranej chwili wyznaczony dla przejazdu pociągu testowego (Huta Zawadzka)

 

W przypadku mostu przy Cytadeli główne dźwigary kratownicowe oraz ruszt (konstrukcja pomostu) modelowano przy użyciu elementów powłokowych, a mostownice i szyny z wykorzystaniem elementów belkowych. Przęsła są swobodnie podparte, przy czym kolejne przęsła są stężone między sobą w górnej płaszczyźnie konstrukcji kratownicowej. Stężenia te modelowano za pomocą podpór sprężystych. Całkowita liczba wykorzystanych elementów skończonych wynosi ponad 68 000.

(7) Model numeryczny przęsła kratowego mostu pod Cytadelą, tor nr 2

 

 

 

(8) Pierwsze dwie postaci drgań własnych mostu pod Cytadelą (kolor odniesiony do przemieszczeń pionowych): (a) f1 = 2,30 Hz; (b) f2 = 3,89 Hz)

 

(9) Obliczone i zmierzone przemieszczenia pionowe dolnego pasa dźwigara kratowego wywołane przejazdem pociągu towarowego  w 5/12 rozpiętości przęsła (most pod Cytadelą)

(10) Mapa przemieszczeń pionowych dolnego pasa dźwigara kratowego wyznaczona z wykorzystaniem modelu numerycznego dla przejazdu pociągu osobowego typu TRAXX (most pod Cytadelą)



Ocena konstrukcji na podstawie monitoringu MODO
Ocena zapasów bezpieczeństwa konstrukcji została dokonana w wybranych punktach na podstawie danych pochodzących z systemu monitorowana oraz skalibrowanego modelu numerycznego. System MODO przypisuje zarejestrowanym pomiarom odpowiedni rejestr z tabeli rozkładu jazdy. Każdy rejestr zawiera m.in. informacje o typie pociągu, masie brutto i długości. Stanowi to podstawę – wraz z wyznaczaną prędkością przez system MODO – do utworzenia modelu obciążenia. Obciążenie to wykorzystywano do przeprowadzenia szczegółowych obliczeń dla wybranych przejazdów pociągów (zwykle najcięższych lub o najwyższej prędkości) z wykorzystaniem skalibrowanych modeli numerycznych obiektów. Celem tych obliczeń jest określenie w wybranych lokalizacjach zapasów bezpieczeństwa wynikających ze stanów granicznych nośności i użytkowalności. Niezależnie od obciążeń dynamicznych, analizowano stan naprężenia i ugięć konstrukcji wywołany ciężarem własnym obiektu, a ich wpływ uwzględniono do oceny zapasów bezpieczeństwa konstrukcji.
Dodatkowo w przypadku Mostu przy Cytadeli przeprowadzono ocenę zmęczeniową w wybranych punktach konstrukcji mostu, w których w ramach monitoringu zainstalowano elektrooporowe czujniki tensometryczne.
Zarejestrowane sygnały filtrowano a następnie poddano zliczaniu cykli obciążeń metodą płynącego deszczu (ang. Rainflow Counting Method). W ramach analizy uwzględniono liczbę cykli, amplitudy naprężeń oraz wartości średnie naprężeń. W rezultacie, na podstawie przyjętych scenariuszy przejazdów pociągów poza okresem monitoringu prognozowano czasy eksploatacji monitorowanych elementów konstrukcji.


Opracowano zestaw czynności prowadzących do oszacowania zapasów bezpieczeństwa konstrukcji w zakresie stanów granicznych nośności i użytkowalności:
1.    Okresowy przegląd wyników monitorowania (np. kwartalny, półroczny) systemu MODO i selekcja przejazdu wywołującego ekstremalne wartości ugięć przęsła lub odkształceń (napreżeń) w elemencie konstrukcyjnym.
2.    Przygotowanie modelu obciążenia na podstawie rekordu o wybranym przejeździe pociągu i informacji o prędkości pociągu uzyskaną z systemu MODO.
3.    Przeprowadzenie analizy numerycznej konstrukcji. Analizę statyczną uwzględniającą ciężar własny konstrukcji przeprowadza się jednokrotnie, a uzyskane wyniki wykorzystuje się do analiz okresowych. Analizy okresowe są przeprowadzane dla opracowanych w pkt. 2 modeli obciążeń.
4.    Wyznaczenie całkowitych (statycznych i dynamicznych) naprężeń zastępczych oraz maksymalnych ugięć konstrukcji.
5.    Oszacowanie zapasów bezpieczeństwa na podstawie wyznaczonych w danym okresie maksymalnych wartości ugięć i naprężeń w zakresie stanów granicznych nośności i użytkowalności.

 

(11) Zarejestrowany przykładowy sygnał pomiarowy (czujnik na krzyżulcu) z punktami uwzględnionymi do zliczania cykli naprężeń (trasa: Nasielsk – Warszawa Gdańska, rodzaj pociągu: EU47-006, masa brutto: 240 ton, długość: 139 m, data pomiaru: 14 maj 2018, godz. 9:41)

 

 

(12) Rezultat zliczonych cykli wg sygnału (11)

 

(13) Rezultat zliczonych cykli w okresie jednego miesiąca (kwiecień 2018, liczba przejazdów: 4416, czujnik na krzyżulcu)

 

 

(14) Stopień uszkodzenia i przewidywany czas eksploatacji krzyżulca oraz elementu pasa dolnego; Obliczenia wykonane przy założeniu, że obciążenie elementów utrzymywane jest na tym samym poziomie przez cały rok; (poz. ozn. „Miner” nie uwzględnia naprężeń średnich)