Система удаленного пассивного вибромониторинга технического состояния мостовых сооружений

Проблема

В России мосты сохранились не в лучшем техническом состоянии, что обусловлено изношенностью конструкций:

  • из 42 тыс. автомобильных мостов 40% находятся в неудовлетворительном состоянии;
  • из 30 тыс. мостов, виадуков и путепроводов ОАО «РЖД» 45,2% построены в период 1861-1931 гг.

Как мониторят состояние мостов

Мониторинг технического состояния мостов достаточно затратен и уникален для каждого сооружения. Подобный мониторинг применяется только на новых и очень крупных объектах, таких как Крымский мост, Русский мост, Саратовский мост. Малые (до 25 м) и большинство средних (25-100 м) по нормативным документам проходят обследование 1 раз в 5 лет. В остальное время актуальная информация о техническом состоянии мостов, внешних техногенных или природных воздействиях отсутствует. Такая проблема характерна для большинства развитых стран, что не позволяет своевременно выявлять и устранять дефекты в конструкциях.

В качестве решения этой проблемы создатели системы предложили перейти от планового подхода оценки состояния мостов к индивидуальному: ремонт и обслуживание мостов будет производиться исходя из состояния каждого сооружения в отдельности. Для этого целесообразно использовать постоянную пассивную вибродиагностику технического состояния мостовых сооружений.

Преимущества системы:

  • не требует применения специальных средств возбуждения колебаний сооружения;
  • позволяет своевременно выявлять повреждения;
  • рассчитывает остаточный срок службы мостового сооружения;
  • повышает безопасность его эксплуатации;
  • позволяет непрерывно отслеживать техническое состояние мостов;
  • информация в режиме реального времени позволит властям региона принимать эффективные бюджетные решения по ремонтным работам.

Как работает система

Специальные датчики со сроком службы до 10 лет определенным образом устанавливаются на конструкцию моста. Датчики работают за счет встроенного аккумулятора. В непрерывном режиме данные с датчиков отправляются на сервер и обрабатываются. Пользователь в любой момент может иметь доступ к информации. Разработанная система мониторинга учитывает общее состояние конструкции и отдельных уязвимых элементов, а также показатели работы конструкции в текущий момент времени. Если появляются отклонения от предельных значений, на место выезжают специалисты и дают экспертное заключение о состоянии сооружения. Описанный подход позволяет не допустить эксплуатацию моста в неудовлетворительном состоянии, при этом снижая требуемые материальные вложения.

За время работы над проектом создатели:

  • разработали инновационную технологию удаленного, непрерывного, пассивного вибромониторинга технического состояния мостов;
  • разработали методы определения модальных параметров конструкций, которые учитывают естественное изменение этих параметров во времени для точности диагностики;
  • провели развитие существующих и разработали новые методы удаленного определения факта наличия скрытых повреждений;
  • разработали алгоритмы применения теории нечетких множеств для оценки технического состояния мостов;
  • разработали методы оценки износа конструкции и ее влияние на грузоподъемность, по данным удаленного пассивного вибромониторинга и с учетом накопленных системой данных диагностики мостов схожей конструкции;
  • разработали методы, которые формируют информационную модель моста с использованием имеющихся данных вибромониторинга;
  • разработали методы определения динамических коэффициентов мостовых сооружений;
  • в системе применяются бюджетные автономные модули сбора виброданных со сверхнизким энергопотреблением;
  • благодаря автономности модулей упростили монтаж и себестоимость установки, увеличив при этом надежность работы системы;
  • модуль, из которых состоит система, включает в себя средства непрерывного контроля экстремальных/пороговых уровней вибрации, что позволяет немедленно реагировать на аварийные и предаварийные состояния элементов мостов;
  • модули являются гибридными и технически идентичными;
  • гибридный модуль включает в себя несколько типов каналов беспроводной связи (3G, LTE, Nb-IoT, LoRaWAN);
  • модуль включает в себя датчик вибрации, пороговое устройство, микрокомпьютер, средства передачи информации на центральный сервер, средства локальной синхронизации, источник временных меток, цифровой термометр и уникальный аппаратный идентификатор модуля;
  • гибридное построение модуля сбора данных позволило объединять модули в кластеры, в которых модули сбора данных физически размещены на контролируемом элементе мостовой конструкции;
  • гибридное построение модуля сбора данных также позволяет повысить надежность работы системы, так как отдельный модуль сможет, в случае необходимости, резервировать (частично) неисправный.