CZ201614A3 - Způsob experimentálního ověřování stavu únavového porušení stavebních konstrukcí - Google Patents

Abstract

Způsob posuzování zbytkové životnosti dopravních staveb na základě pozorování změn parametrů statistických charakteristik odezvy pozorovaných staveb na jejich provozní dopravní zatížení řeší problém stanovení vztahu mezi pozorovanými změnami odezvy na provozní zatížení a mírou vyčerpání funkční životnosti této životnosti. Metodika vychází z numerického modelu únavové destrukce vyjádřené posloupnosti destrukčních stavů odpovídajících stejnému počtu modelových nízkocyklických přetížení v intervalu modelové životnosti. Je doporučeno při každém dosažení 10% úbytku životnost experimentálně ověřit parametry reálné odezvy na provozní zatížení, nalézt nejbližší odezvu z modelové destrukční posloupnosti, provést příslušnou korekci matematického modelu včetně stanovení upřesněného odhadu zbytkové životnosti a upřesněného odhadu 10% intervalu pro termín dalšího experimentálního ověření reálné odezvy na provozní zatížení získávané monitoringem pomocí strunových tenzometrů, umístěných ve vytipovaných místech s minimálním rizikem narušení experimentu vznikem blízkých poruch předvídaných matematickým modelem.

Description

Způsob experimentálního ověřování stavu únavového porušení stavebních konstrukcí Oblast techniky

Vynález se týká metodiky experimentálního posuzování a odhadu zbytkové životnosti stavebních konstrukcí, zejména dopravních staveb pro potřeby optimalizace jejich údržby.

Dosavadní stav techniky

Doposud se zatím nepodařilo, zejména pro předepjaté a spřažené silniční mosty, nalézt a zavést spolehlivější, ekonomicky realizovatelnou nedestruktivní metodiku odhadu zbytkové životnosti než ty, které se využívají i pro klasické mostní stavby, neboli stavby, u kterých poruchy vznikají a šíří se od povrchu a proto dostačuje průběžná, obvykle jen vizuální kontrola. Tento stav nevyhovuje především v případě předepjatých a spřažených strategických silničních mostů, kde zárodky poruch vznikají často uvnitř konstrukce.

Dosud známé metodiky komplexního testování stavu mechanické funkce stavební konstrukce vycházejí z potřeby realizovat soubor dílčích, případně i komplexních zatěžovacích zkoušek s vyloučením provozu během experimentu.

Je samozřejmě teoreticky možné realizovat dlouhodobé pozorování systémem dynamické měřicí ústředny a zajistit následné statistické zpracování mezně rozsáhlého souboru měřením získaných dat.

Teorie experimentální statistické dynamiky jako obecná teorie přístupu k třídění informací získávaných experimentem nabízí nejrůznější alternativy popisu mechanické funkce stavební konstrukce, vhodné jako výstup testování pro reprodukovatelné pozorování vývoje příslušné vlastnosti stavební konstrukce během její životnosti, cestou opakovaných jednorázových testů. Problémem je, že u dosud známých, ale spíše jen zatím teoreticky uvažovaných metodik, nebylo nalezeno řešení, které by dávalo současně potřebný soubor testovaných vlastností dostačující pro vytvoření komplexnějšího obrazu o stavební konstrukci a zajišťovalo zároveň naději i na ekonomickou přiměřenost a tím i dostupnost specializovaného testovacího zařízení pro svou aplikaci. Také u dosud ekonomicky reálných metodik založených na periodicky opakovaných zatěžovacích zkouškách naráží tento přístup nepřijatelně často na meze ekonomické realizovatelnosti a to i z důvodu nákladnosti, resp. ztrát souvisejících s výlukou, jelikož právě u těch staveb, které je třeba diagnosticky pozorovat, je nejobtížnější a nejnákladnější zajistit provozní výluku na realizaci experimentů zatěžovacích zkoušek.

Pokusem, jak tento problém vyřešit je řešení podle patentu CZ 297527. Toto řešení nově doporučuje kontrolovat stav únavového porušení na základě změn parametrů statistických charakteristik odezvy na dopravní zatížení posuzované stavby, zejména na snadno ON-LINE monitorovatelné autokorelační funkce. Podmínkou praktického využití tohoto vynálezu je ovšem znalost, respektive způsobilost důvěryhodného odhadu vztahu mezi mírou poškození stavby a změnami monitorované statistické charakteristiky.

Současně se proto jedná o řešení, které zatím nelze v plném rozsahu využívat, protože vyžaduje příliš velký rozsah praktických zkušeností, který zatím nebyl zajištěn, takže plánování údržby a oprav je nadále prováděno podle harmonogramů navrhovaných často již jako součást projektu.

Podstata vynálezu

Nevýhody a nedostatky dosud známých metod ověřování mechanických vlastností stavebních konstrukcí, zejména metody podle čs. vynálezu 297527 zásadním způsobem omezuje řešení podle vynálezu, které řeší zejména problém potřeby získání zkušeností. Nové řešení je vůči tomuto vynálezu vynálezem návazným, a řeší metodiku získání a upřesňování zatím chybějícího vztahu mezi stavem únavového narušení konstrukce a pozorovatelnými parametry statistických charakteristik odezvy. Jeho podstata spočívá vtom, že posouzení míry únavového poškození ve smyslu zkrácení zbytkové životnosti stavební konstrukce vychází z porovnání monitoringem získávaných charakteristik dynamického zatěžování a to odezvy na provozní zatížení konstrukce v bodech pozorování, se stavem předpokládaným v těchto bodech numerickým modelem při postupném nízkocyklickém přetěžováním. Tento způsob experimentálního ověřování stavu únavového porušení stavebních konstrukcí, zejména mostů a dalších dopravních staveb, za účelem odhadu zbytkové životnosti ověřované stavby pro potřeby optimálního organizování údržby staveb strategického významu. Tento způsob využívá korelační souvislosti mezi mírou porušení stavby dopravním zatížením a změnami experimentálně zjišťovaných statistických parametrů odezvy stavby na dopravní zatížení. Jedná se především o parametry vyhodnocovaných autokorelačních funkcí odezvy na základě pomocného numerického modelu. Na numerickém modelu se vypočítá postupná únavová destrukce ověřované dopravní stavby. Způsob vychází z předpokladu, že dominantní příčinou vzniku únavových poruch dopravní stavby je přetěžování této stavby dopravními prostředky s hmotností větší, než je přípustná nosnost modelované dopravní stavby. V numerickém modelu se skutečné zatížení nahrazuje nízkocyklickým zatěžováním jako modelovanými přejezdy zátěže s hmotností větší než je povolená nosnost modelované stavby. Počet potřebných modelových přejezdů je stanoven tak, aby bylo dosaženo destrukcí takového porušení, že by při statickém zatížení stavby na úrovni předepsané bezpečnosti došlo ke zhroucení modelové stavby. Tento stav je modelem považován za moment vyčerpání životnosti stavby. Následně se počet potřebných zatížení na vyčerpání modelové životnosti rozdělí přibližně na 100 dílů a pro stavy modelového porušení stavby odpovídající dovršení každé setiny počtu cyklů neboli setiny modelové životnosti stavby se vypočtou modelové předpokládané parametry funkcí statistické dynamiky, které lze jako odezvu na provozní resp. dopravní zatížení experimentálně ve vytipovaných bodech konstrukce pozorovat a monitorovat. Následně se porovnáním experimentálně zjištěných parametrů statistických charakteristik odezvy na provozní (dopravní) zatížení s parametry vypočtenými pomocí výchozího numerického modelu uvedou porovnávané soubory parametrů do souladu cestou upřesnění materiálových parametrů konstrukčních prvků diagnostikované stavby. V případě potřeby se výchozí numerický model koriguje též podle míry výchozích poruch vzniklých v důsledku technologických a jiných chyb při výstavbě diagnostikované stavby. Korekce numerického modelu je současně upřesněním odhadu zbytkové životnosti, na základě kterého se stanovuje termín provedení dalšího experimentálního diagnostického testu se stanovením nového souboru parametrů sledovaných statistických charakteristik odezvy na provozní zatížení. Na základě porovnání nového experimentálně zjištěného souboru parametrů statistických charakteristik odezvy na provozní zatížení s numerickým modelem po poslední upřesňující korekci se stanoví aktuální zbytková životnost stavby a provede se další upřesňující korekce numerického modelu na základě, kterého se opět stanoví termín provedení dalšího experimentálního diagnostického testu, který by měl být zajištěn dříve, než v termínu kdy se předpokládá odčerpání 10% aktuální zbytkové životnosti. Tento experimentální diagnostický postup se opakuje až do přiblížení stavu stavby ke konci životnosti. Numerický model, který již v opakovaných diagnostických cyklech nevyžaduje korekční úpravy větší, než íj% zjišťovaných změn lze využít jako potřebná experimentální zkušenost pro stavby stejného typu, která je podmínkou aplikace postupu podle výchozího patentu 297527 na stavbách méně strategického významu, kde dostačuje jen orientační odhadování zbytkové životnosti podle změn grafického vyjádření monitorovaných statistických charakteristik odezvy na provozní zatížení. V jednom možném provedení postupnou únavovou destrukci modelové stavby výchozí numerický model řeší jako statický problém opakovaného kvazistatického zatěžování a odlehčování při konstantním maximálním zatížení^ během jednotlivých zatěžovacích cyklů a dynamické vlastnosti diagnostikované stavby výchozí numerický model postihuje pouze při výpočtu modelových charakteristik statistické dynamiky pro posloupnost stavů postupně únavovými poruchami destruované modelové stavby, přičemž modelové charakteristiky jsou součinem dvou složek a to charakteristiky modelového provozního zatížení a funkcí dynamické mechanického filtru, který je tvořen porušenou modelovou stavbou, kterým se průběh modelového zatěžování převádí na průběh odezvy. Průběh modelového provozního zatížení, který vychází z předpokládaného odhadu, se potom v rámci postupného upřesňování numerického modelu koriguje podle reálně změřených průběhů provozního zatížení, respektive se podle reálně změřeného zatížení modelové zatížení normalizuje.

Modelové zavedení statistických charakteristik reálného dopravního zatížení lze zajistit při způsobu experimentálního ověřování stavu únavového porušení stavebních konstrukcí tím, že reálné zatížení diagnostikované stavby je nahrazeno pozorováním odezvy na skutečné dopravní zatížení, kterou vykazuje místně blízká v sérii zařazená stavební konstrukce, u které lze předpokládat řádově větší životnost.

Extrémně dlouhodobou kontinuitu měření lze zajistit tak, že pro monitoring průběhu odezvy ověřované stavby na reálné dopravní zatížení jsou použity strunové tenzometry s oddělitelnou mechanickou částí trvale instalovanou v povrchové partii konstrukce v místech vytipovaných výchozím numerickým modelem tak, aby v průběhu dlouhodobého pozorování bylo minimalizováno riziko narušení kontinuity měření lokální poruchou v těsné blízkosti instalovaného tenzometru, přičemž by tenzometrem sledovaný parametr byl v tomto místě dominantní příčinou monitorovaných změn snímaných tenzometrem.

Ve výhodném provedení lze prakticky všechny diagnosticky potřebné parametry získávat prostřednictvím monitoringu autokorelačních funkcí tak, že z měřených průběhů odezvy jsou Online vyhodnocovány a monitorovány statistické charakteristiky autokorelačního typu založené na integraci rozdílu časově posunutých signálů odpovídajících odezvě. Interval vyhodnocovaných zpoždění odpovídá dvojnásobku doby přejezdu kontrolované dopravní stavby obvyklou rychlostí. Rozdíl časových zpoždění mezi jednotlivými vyhodnocovanými koeficienty autokorelační funkce je alespoň o řád menší než odpovídá periodě dvou základních frekvencí vlastního kmitání konstrukce. Z měřených průběhů odezvy jsou Online vyhodnocovány a monitorovány rozdíly nebo podíly amplitud výchozích signálů nebo rozdíly nebo podíly amplitud z nich vyhodnocovaných autokorelačních funkcí a to z tenzometrů umístěných ve stejné příčné svislé rovině ohybově namáhaného prvku ověřované dopravní stavby. Významné úspory množství monitorovaných dat lze dosáhnout tak, že průběh odezvy a průběh dopravního zatížení je vyhodnocován pouze v intervalech, kdy je zatížení v kontrolovaném ohybově namáhaném prvku větší než odpovídá 5o|jt% nosnosti ověřované mostní stavby.

Experimentální pozorování lze urychlit přidáním přídavných impulzů k provoznímu zatížení zajištěných instalací zpomalovacího prahu pouze v průběhu experimentu.

Hlavním přínosem řešení podle vynálezu je, že byla nalezena metodika jak stanovit vztah mezi změnami monitorovaných statistických charakteristik odezvy na dopravní zatížení a únavového poškození respektive snížení zbytkové životnosti, a to nově cestou vypracování matematického modelu, který nahrazuje reálnou destrukci modelovou destrukcí nízkocyklickým přetěžováním.

Vynález dále specifikuje metodiky optimálního využití nových možností strunové tenzometrie. Souborným výsledkem těchto přínosů je, že byla nalezena i ekonomicky reálná metodika řešení mimořádně závažného problému jakým je kontrola bezpečnosti funkce strategických staveb. Příklady uskutečnění vynálezu

Jako příklad pro objasnění vynálezu je uveden obecný návod postupu diagnostiky železo-betonové konstrukce za účelem průběžné aktualizace odhadu její zbytkové funkční životnosti. Toto je extrémně žádoucí zejména u strategických staveb, jejichž selhání vede ke katastrofálním důsledkům a hospodářským ztrátám. Tímto typem jsou například důležité mostní konstrukce, jejichž provozní výluka je extrémně nákladná a proto ekonomicky prakticky nereálná, takže diagnostické ověřování míry únavového porušení konstrukce pro potřeby odhadu zbytkové životnosti, respektive doby, kdy mostní konstrukce ztratí způsobilost s předepsanou a proklamovanou bezpečností plnit svou mechanickou funkci, musí probíhat za plného dopravního provozu.

Diagnostická metodika podle vynálezu proto předpokládá následující postup.

Nejprve se vypracuje numerický model postupné destrukce mostní stavby opakovaným přetěžováním modelovými přejezdy zátěží podstatně větší, než odpovídá projektové nosnosti mostu, a to větší než odhadované maximum přetěžování v reálném provozu. Přetěžování by mělo vést k modelové destrukci mostu na úroveň ztráty způsobilosti odolat statickému zatížení odpovídajícímu normou předepsané bezpečnosti, až po více než stu opakovaných zatížení. Interval modelového zatěžování mostní modelové konstrukce přejezdy, a to ve stavu od výchozího, podle projektového předpokladu, až do stavu ztráty způsobilosti konstrukce plnit s požadovanou bezpečností mechanickou funkci, se rozdělí na přibližně 100 dílčích intervalů se stejným počtem zatěžovacích přejezdů. Stavy konstrukce na počátku dílčích intervalů jsou pro modelový popis chápány jako posloupnost únavové destrukce posuzované mostní konstrukce. Na základě modelem očekávaného vývoje poruch se určí, které změny parametrů bude třeba při diagnostice monitorovat a do jaké míry bude nutné výjimečně kontrolovat něco dalšího než pozorování změn polohy neutrální roviny ohybového namáhání a relativní změny amplitud a frekvencí prvních tří vlastních frekvencí, zejména mostovky. Poté se vytipují místa pro instalaci snímačů, s výhodou strunových tenzometrů, tak, aby jejich funkci neohrozila modelovým výpočtem předpokládaná porucha a změny kontrolované veličiny v maximální míře dominantnosti souvisely se změnami vyhodnocovaného parametru charakteristiky statistické dynamiky odezvy na předpokládaném dopravním zatížení. Do takto vytipovaných míst se nainstalují strunové tenzometry, respektive alespoň jejich mechanické části, které se doplňují elektrickým vybavením až v rámci aktivace diagnostického systému před zahájením monitorovaného cyklického pozorování. Je výhodné předcházející přípravné kroky zahrnout již do projektové přípravy, a tedy je vhodné a žádoucí provést v maximální míře instalaci mechanické části tenzometrů již v průběhu výroby konstrukce, která má být novou metodou kontrolována.

Takto je umožněno provedení experimentálního testovacího programu s vyhodnocením a monitoringem souboru parametrů statistických charakteristik pro porovnání s parametry vypočtenými na základě výchozího numerického modelu respektive numerického modelu, který odpovídá jeho poslednímu korekčnímu upřesnění. Následně se porovnáním experimentálně zjištěných parametrů statistických charakteristik odezvy na provozní respektive dopravní zatížení s parametry vypočtenými pomocí výchozího numerického modelu cestou upřesnění materiálových parametrů konstrukčních prvků diagnostikované stavby, uvedou porovnávané soubory parametrů do souladu. Jinými slovy to znamená, že se úpravou materiálových a dalších parametrů uvedou do shody modelové předpoklady a experimentálně zjištěné hodnoty parametrů sledovaných statistických charakteristik. V případě potřeby se výchozí numerický model koriguje též podle míry výchozích poruch vzniklých v důsledku technologických a jiných chyb při výstavbě diagnostikované stavby. Korekce numerického modelu je současně upřesněním odhadu zbytkové životnosti, na základě kterého se stanovuje termín provedení dalšího experimentálního diagnostického testu se stanovením nového souboru parametrů sledovaných statistických charakteristik odezvy na provozní zatížení. Na základě porovnání nového experimentálně zjištěného souboru parametrů statistických charakteristik odezvy na provozní zatížení s numerickým modelem po poslední upřesňující korekci se stanoví aktuální zbytková životnost stavby a provede se další upřesňující korekce numerického modelu, na základě kterého se opět stanoví termín provedení dalšího experimentálního diagnostického testu. Další diagnostický test by měl být zajištěn dříve, než v termínu kdy se předpokládá odčerpání dalších 1(j% aktuální zbytkové životnosti. Tento experimentální diagnostický postup se opakuje až do přiblížení stavu stavby ke konci životnosti. Numerický model, který již v opakovaných diagnostických cyklech nevyžaduje korekční úpravy větší, než 5^/o zjišťovaných změn lze využít jako potřebná experimentální zkušenost pro stavby stejného typu, která je podmínkou aplikace postupu podle výchozího patentu 297527 na stavbách méně strategického významu, kde dostačuje jen orientační odhadování zbytkové životnosti podle změn grafického vyjádření monitorovaných statistických charakteristik odezvy na provozní zatížení.

Pro postupnou únavovou destrukci modelové stavby je výchozí numerický model, který je řešen jako statický problém opakovaného kvazistatického zatěžování a odlehčování při konstantním maximálním zatížením během jednotlivých zatěžovacích cyklů. Dynamické vlastnosti diagnostikované stavby jsou výchozí až pro numerický model při výpočtu modelových charakteristik statistické dynamiky vyhodnocované pro posloupnost stavů konstrukce postupně narušované únavovými poruchami destruované modelové stavby. Tyto modelové charakteristiky jsou součinem dvou složek, a to charakteristiky modelového provozního zatížení a funkce konstrukce jako dynamický mechanický filtr. Ten je tvořen porušenou modelovou stavbou, podle které se průběh modelového zatěžování převádí na průběh modelové odezvy. Průběh modelového provozního zatížení, který vychází z předpokládaného odhadu, se potom v rámci postupného upřesňování numerického modelu koriguje podle reálně změřených průběhů provozního zatížení, respektive se podle reálně změřeného zatížení modelové zatížení normalizuje.

Reálné zatížení diagnostikované stavby lze nahradit pozorováním odezvy na skutečné dopravní zatížení, kterou vykazuje místně blízká v sérii zařazená stavební konstrukce, u které lze předpokládat řádově větší životnost.

Pro monitoring průběhu odezvy ověřované stavby na reálné dopravní zatížení se použijí strunové tenzometry s oddělitelnou mechanickou částí trvale instalovanou v povrchové partii konstrukce v místech vytipovaných výchozím numerickým modelem tak, aby v průběhu dlouhodobého pozorování bylo minimalizováno riziko narušení kontinuity měření lokální poruchou vtěsná blízkosti instalovaného tenzometru, přičemž by tenzometrem sledovaný parametr byl současně v tomto místě dominantní příčinou monitorovaných změn snímaných tenzometrem. Z měřených průběhů odezvy je možné online vyhodnocovat a monitorovat statistické charakteristiky autokorelačního typu založené na integraci rozdílu časově posunutých signálů odpovídajících odezvě. Interval vyhodnocovaných zpoždění odpovídá dvojnásobku doby přejezdu kontrolované dopravní stavby obvyklou rychlostí. Současně je rozdíl časových zpoždění mezi jednotlivými vyhodnocovanými parametry autokorelační funkce alespoň o řád menší než odpovídá periodě dvou základních frekvencí vlastního kmitání konstrukce. Z měřených průběhů odezvy je rovněž možné online vyhodnocovat a monitorovat rozdíly a/nebo podíly amplitud výchozích signálů a/nebo rozdíly a/nebo podíly amplitud z nich vyhodnocovaných autokorelačních funkcí, a to z tenzometrů umístěných ve stejné příčné svislé rovině ohybově namáhaného prvku ověřované dopravní stavby.

Průběh odezvy a průběh dopravního zatížení se vyhodnocuje pouze v intervalech, kdy je zatížení v kontrolovaném ohybově namáhaném prvku větší než odpovídá 50 % nosnosti ověřované mostní stavby. Během monitorovaného experimentu je výhodné posílit dopravní zatížení instalací zpomalovacího prahu za účelem vybuzení přídavného impulzního zatížení a stabilizace průjezdní rychlosti vozidel vedoucí k urychlení konvergence vyhodnocovaných integrálních parametrů funkcí statistické dynamiky.

Uvedených cest lze též využít pro ekonomicky výhodné osazení většího počtu alternativních pozorovacích míst a tak zajistit rezervu pro případ potřeby podrobněji kontrolovat některou část konstrukce, nahradit tenzometr neočekávaně vyřazený poruchou a podobně. Je žádoucí statickou zatěžovací zkoušku dopravní stavby prováděnou před jeho zprovozněním využít pro statickou kalibraci všech instalovaných tenzometrů tak, aby byla usnadněna pozdější specifikace významu naměřených rozdílů. Rovněž je žádoucí co nejdříve po otevření mostu pro normální provoz provést startovní cyklus diagnostických pozorování s monitoringem a registrací vývoje auto korelační funkce odezvy na zatížení dopravním provozem a to v intervalu alespoň 14 dnů. Na základě tohoto pozorování se provede nebo jen zkoriguje vzorový výpočet autokorelačních funkcí pro prvních 10 stavů z posloupnosti porušení konstrukce, které předpokládá numerický model tak, aby mezi nimi byl některý, nejlépe první, blízký naměřeným hodnotám. V této fázi diagnostického experimentu se rozhodne, respektive upřesní, co a v jakém rozsahu bude dále monitorováno, a které změny statistických charakteristik budou chápány jako dominantní při posuzování zbytkové životnosti. V případě potřeby se výchozí numerický model koriguje též podle míry výchozích poruch vzniklých v důsledku technologických a jiných chyb při výstavbě diagnostikované stavby. Na základě porovnání nového experimentálně zjištěného souboru parametrů statistických charakteristik odezvy na provozní zatížení s numerickým modelem po poslední upřesňující korekci se stanoví aktuální zbytková životnost stavby a provede se další upřesňující korekce numerického modelu na základě, kterého se opět stanoví termín provedení dalšího experimentálního diagnostického testu.

Tento diagnostický postup je třeba opakovat až do přiblížení stavu reálné konstrukce odpovídajícímu ztrátě její životnosti, respektive způsobilosti zajistit proklamovanou a předepsanou bezpečnost její mechanické funkce. Závěrem pro lepší přehlednost jsou ještě uvedeny stručně jednotlivé kroky nové metody.

Numerický model konstrukce se vytvoří dostatečně přesně podle zrealizované mostní konstrukce s možností monitorování dynamických charakteristik konstrukce v bodech, kde jsou v reálné konstrukci osazeny strunové tenzometry. Při prvním měření na reálné konstrukci zatížené dopravním zatížením se experimentálně zjistí dynamické charakteristiky konstrukce. Numerický model konstrukce se upřesní tak, aby ve výchozím stavu odpovídal naměřeným charakteristikám. Následně numerický model konstrukce bude zatěžován nízkocyklickým zatížením tak, aby po několika cyklech došlo k destrukci modelu. Posléze se počet potřebných zatěžovacích intervalů, při kterých došlo k destrukci, rozdělí na cca 100 dílů a pro jednotlivé stavy porušení, odpovídající dovršení každé setiny počtu cyklů, neboli setiny modelové životnosti stavby, se vypočtou předpokládané parametry funkcí statistické dynamiky. Tyto charakteristiky jsou v průběhu životnosti monitorovány na reálné konstrukci pomocí osazených strunových tenzometrů jako odezva od provozního zatížení ve vytipovaných bodech konstrukce. Na základě porovnávání experimentálně zjištěného souboru parametrů charakteristik odezvy na provozní zatížení s charakteristikami vypočtenými pomocí numerického modelu se stanoví aktuální zbytková životnost stavby podle dovršení příslušné setiny počtu cyklů.

Průmyslové využití vynálezu

Vynález má obecnější metodický význam, ale z pohledu stavebnictví spočívá nejzávaznější naděje na rozšíření vtom, že umožňuje ekonomicky reálné a účelné získávání experimentálních zkušeností s oprávněnou nadějí, že tato metodika povede k její využitelnosti jako obdoby EKG ve zdravotnictví.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob experimentálního ověřování stavu únavového porušení stavebních konstrukcí zejména mostů a dalších dopravních staveb za účelem odhadu zbytkové životnosti ověřované stavby pro potřeby optimálního organizování údržby staveb strategického významu, který využívá korelační souvislosti mezi mírou porušení stavby dopravním zatížením a změnami experimentálně zjišťovaných statistických parametrů odezvy stavby na dopravní zatížení, především parametrů vyhodnocovaných autokorelačních funkcí odezvy^ vyznačující se tím, že se nejdříve vypracuje numerický model postupné únavové destrukce ověřované dopravní stavby, který vychází z předpokladu, že dominantní příčinou vzniku únavových poruch dopravní stavby je přetěžování této stavby dopravními prostředky s hmotností větší, než je přípustná nosnost modelované dopravní stavby a proto se pro modelové potřeby nahrazuje dopravní zatížení nízkocyklickým zatěžováním modelovými přejezdy zátěže s hmotností větší než je povolená nosnost modelované stavby, a tyto přejezdy se provádějí až do okamžiku, kdy by při statickém zatížení modelové stavby na úrovni předepsané bezpečnosti došlo k jejímu zhroucení a tento stav se považuje za okamžik vyčerpání životnosti modelové stavby, následně se počet potřebných zatížení na vyčerpání modelové životnosti rozdělí na počet dílů blížících se 100 dílům se stejným počtem zatěžovacích přejezdů a pro stavy modelového porušení stavby odpovídající dovršení každé setiny počtu cyklů neboli setiny modelové životnosti stavby se vypočtou modelově předpokládané parametry funkcí statistické dynamiky, které lze jako odezvu na provozní respektive dopravní zatížení experimentálně ve vytipovaných bodech konstrukce pozorovat a monitorovat, na základě takto vypracovaného výchozího numerického modelu jsou vytipovány měřící body pro umístění tenzometrů na diagnostikované stavbě, ve kterých je podle numerického modelu minimální riziko, že jimi bude procházet porucha vzniklá v rámci únavové destrukce, ale současně umožní v těchto místech snímaní monitorovaných veličin odezvy na dopravní respektive provozní zatížení ještě s dostatečnou citlivostí a spolehlivostí pro potřebu diagnostického experimentálního získání monitorovaných parametrů charakteristik statistické dynamiky jednotlivých monitorovaných funkcí, čímž se umožní provést experimentální testovací program s vyhodnocením a monitoringem souboru parametrů statistických charakteristik pro porovnání s parametry vypočtenými na základě výchozího numerického modelu respektive numerického modelu, který odpovídá jeho poslednímu korekčnímu upřesnění, následně se porovnáním experimentálně zjištěných parametrů statistických charakteristik odezvy na provozní respektive dopravní zatížení s parametry vypočtenými pomocí výchozího numerického modelu cestou upřesnění materiálových parametrů konstrukčních prvků diagnostikované stavby, uvedou porovnávané soubory parametrů do souladu, přičemž na základě porovnání nového experimentálně zjištěného souboru parametrů statistických charakteristik odezvy na provozní zatížení s numerickým modelem po poslední upřesňující korekci se stanoví aktuální zbytková životnost stavby a provede se další upřesňující korekce numerického modelu na základě kterého se opět stanoví termín provedení dalšího experimentálního diagnostického testu, a tento experimentální diagnostický postup se opakuje až do přiblížení stavu stavby ke konci životnosti.
2. 2. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že pro postupnou únavovou destrukci modelové stavby je výchozí numerický model, který je řešen jako statický problém opakovaného kvazistatického zatěžování a odlehčování při konstantním maximálním zatížením během jednotlivých zatěžovacích cyklů, a dynamické vlastnosti diagnostikované stavby jsou výchozí až pro numerický model při výpočtu modelových charakteristik statistické dynamiky vyhodnocované pro posloupnost stavů konstrukce postupně narušované únavovými poruchami destruované modelové stavby, kde tyto modelové charakteristiky jsou součinem dvou složek, a to charakteristiky modelového provozního zatížení a funkce konstrukce jako dynamického mechanického filtru, který je tvořen porušenou modelovou stavbou, podle které se průběh modelového zatěžování převádí na průběh modelové odezvy, přičemž průběh modelového provozního zatížení, který vychází z předpokládaného odhadu, se potom v rámci postupného upřesňování numerického modelu koriguje podle reálně změřených průběhů provozního zatížení, respektive se podle reálně změřeného zatížení modelové zatížení normalizuje.
3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2f vyznačující se tím, že pro monitoring průběhu odezvy ověřované stavby na reálné dopravní zatížení se použijí strunové tenzometry s oddělitelnou mechanickou částí trvale instalovanou v povrchové partii konstrukce v místech vytipovaných výchozím numerickým modelem.
4. 4. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až ^ vyznačující se tím, že z měřených průběhů odezvy se Online vyhodnocují a monitorují statistické charakteristiky autokorelačního typu založené na integraci rozdílu časově posunutých signálů odpovídajících odezvě, přičemž interval vyhodnocovaných zpoždění odpovídá dvojnásobku doby přejezdu kontrolované dopravní stavby obvyklou rychlostí a rozdíl časových zpoždění mezi jednotlivými vyhodnocovanými koeficienty autokorelační funkce je alespoň o řád menší než odpovídá periodě dvou základních frekvencí vlastního kmitání konstrukce.
5. 5. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 4^ vyznačující se tím, že z měřených průběhů odezvy se Online vyhodnocují a monitoruji rozdíly a/nebo podíly amplitud výchozích signálů a/nebo rozdíly a/nebo podíly amplitud z nich vyhodnocovaných autokorelačních funkcí, a to z tenzometrů umístěných ve stejné příčné svislé rovině ohybově namáhaného prvku ověřované dopravní stavby.
6. 6. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 5^vyznačující se tím, že průběh odezvy a průběh dopravního zatížení se vyhodnocuje pouze v intervalech, kdy je zatížení v kontrolovaném ohybově namáhaném prvku větší než odpovídá 50 % nosnosti ověřované mostní stavby.
7. 7. Způsob podle kteréhokoliv z nároku 1 až 6^ vyznačující se tím, že se během monitorovaného experimentu posiluje a stabilizuje dopravní zatížení instalací zpomalovacího prahu.