Hans Borg, Leica Geosystems AB, Sverige

Transkript

1 Övervakning av broar En genomgång av framtidens metoder Hans Borg, Leica Geosystems AB, Sverige Precision in everything

2 2

3 3

4 4

5 5

6 6

7 Gemensamt för alla typer av broar De måste kontrolleras Två olika stadier för övervakning Monitoring under byggprocessen Kontroll av extern påverkan på befintliga strukturer, urgrävningar i närheten etc. Kontroll av byggprocessens påverkan, belastningar vid nybyggnation Detektering och tolkning av förändring för varning i realtid 7

8 Gemensamt för alla typer av broar De måste kontrolleras Två olika stadier för övervakning Strukturell monitoring över tid, detektering och tolkning av ogynnsam förändring av förutsättningarna för brostrukturen Validering av antaganden och parameter vid designen, skapa kriterium för monitoring av svaga punkter, riskzoner i den enskilda strukturen. Utveckla brounderhållet från konventionella till sensorbaserade metoder Instrumentering för datainsamling och dataöverföring Beräkning och analys av insamlad data Rapportering av utvecklingen av brostrukturens hälsotillstånd 8

9 Gemensamt för alla typer av broar De måste kontrolleras Manuell / semiautomatisk övervakning Oftast genom periodisk avvägning och efterberäkning, normalt med intervall 1 gång / dag upp till 1 gång / år Med hjälp av totalstation som manuellt mäter ungefär med samma intervall som med avvägare Semiautomatiskt med totalstation som normalt 1-4 ggr / timme, beroende på antalet punkter, mäter kontroll- och mätpunkter. Temperatur och tryck kan tillföras som parameter, stationen kan övervakas med GNSS sensor. 9

10 Möjligheter vid övervakning av broar, Automatiserad strukturell Monitoring Via nyckelpunkter lokaliserade på brostrukturen utvärdera 3D påverkan av dess geometri över tid. Förstå frekvens och amplitud för brorörelserna vid påverkan av varierande temperatur, vind och olika tung trafikbelastning Optimera underhållet, rationellt/ekonomiskt mot utseendemässigt Etablera ett trafikvarningssystem i realtid för kritisk påverkan av brostrukturen genom väder, trafik eller omgivning Bygga erfarenheter genom monitoring av existerande strukturer för att förbättra framtidens design Etablera en databas med historik över lång tid Statistiska modeller för skadeprognoser Revision av föreskrifter för design och konstruktion av nya broar 10

11 En bro är ett system med in och utdata Miljöpåverkan Vindpåverkan Temperaturpåverkan Trafikpåverkan, väg och spår Seismisk påverkan Strukturell karakteristik för en bro Global dynamisk karaktäristik Statisk påverkan av samverkande faktorer Återkoppling från bron Spänningar i kablar Geometrisk konfigurering, förändring Belastning/stressdistribution Indata System Utdata 11

12 Stoneccutters Bridge Kowloon HK, april

13 Över 1500 sensorer Figure 8 Layout of Sensory System and Data Acquisition System in Stonecutters Bridge WIM Tsing Yi Tower WIM WIM Stonecutters Tower Anemometers (24) Fixed and Removable Accelerometers (58) Temperature Sensors (388) Dynamic Strain Gauges (678) Static Strain Gauges (158) Global Positioning Systems (20) Displacement Transducers (34) Buffer Sensor (18) Bearing Sensor (12) Tensile Magnetic Gauge (32) Barometers, Rainfall Gauges & Hygrometers (28) Corrosion Cells (33) Digital Video Cameras (18) Dynamic Weigh-in-Motion Sensors (4) 13

14 Utvärdering av ett system för strukturell monitoring Normalanalys Beräkning av naturliga svängningsfrekvenser och formförändingar på bron Kontroll genom animering om stödsystem och satta gränsvärden är korrekt modellerade Identifiering och isolering av punkter på bron som utsätts för hög stress vid olika typer av vibrationer Bestämning av bästa placering av accelerometrar redan vid planeringsstadiet Korrelering av mätta resultat med analyserade resultat efter mätningarna 14

15 Case Study : The Millennium Bridge, London Design: Arkitekt Sir Norman Foster Skulptörer: Sir Anthony Caro och Engineers Arup Invigd: 10 juni 2000; stängd 12 juni 2000 Nyinvigd: 27 februari 2002 Längd: 330 m; bredd: 4 m Höjd över floden vid högvatten: 10.8 m Höjd handledare: 1.2m Bropelare: Betong och stål Kablar: 120 mm spiraltvinnad Brodäck: Aluminium Handledare: Blästrad rostfritt stål Byggkostnad: 18 M Påföljande modifieringskostnad: 5 M 15

16 The Millennium Bridge: GPS-kampanj Date Session Start End Antenna No Time Time Location 22/11/ A B C B (accelerometer) 23/11/ B C D B C A B (accelerometer) B (accelerometer) B C A 24/11/ B D E B (accelerometer) 16

17 The Millennium Bridge: Dynamisk rörelse i sida på mittenspannet Beräknad till 0.5 och 0.95 Hz 17

18 The Millennium Bridge: Dynamisk rörelse i sida på södra spannet Beräknad till 0.77 Hz 18

19 Instrumentutrustning för geodetisk mätning GNSS sensorer Lutningsgivare Vind/temperaturmätare Analoga sensorer, 1000-tals! Avvägare, digitala eller manuella Teodoliter Totalstationer 19

20 Instrumentutrustning för geodetisk mätning GNSS sensorer Lutningsgivare Vind/temperaturmätare Analoga sensorer, 1000-tals! Avvägare, digitala eller manuella Teodoliter Totalstationer 20

21 GNSS Två-frekvens monitoringsensorer För monitoring med högsta noggrannhet Leica GMX 902 GG, antenn AX1203 GNSS 20 Hz uppdateringshastighet, IP67, strömsnål 2.0 w 21

22 GNSS Två-frekvens monitoringsensor För monitoring med högsta noggrannhet Leica GMX 902 GG, antenn AX1203 GNSS 20 Hz uppdateringshastighet, IP67, strömsnål 2.0 w Leica GRX1200 PRO GG Avancerad GNSS mottagare med direkt koppling till LAN, kan användas i referensnätverk, som referens eller som rover i ett monitoringsystem 22

23 GNSS Två-frekvens monitoringsensor För monitoring med högsta noggrannhet Leica GMX 902 GG, antenn AX1203 GNSS 20 Hz uppdateringshastighet, IP67, strömsnål 2.0 w Leica GRX1200 PRO GG Avancerad GNSS mottagare med direkt koppling till LAN, kan användas i referensnätverk, som referens eller som rover i ett monitoringsystem Leica GNSS AR25 Choke-ringantenn är världens modernaste antenn, används vid referensinstallationer och svåra förhållanden 23

24 Leica GNSS Monitoring av bro Utvärdering innan slutgiltig installation Innan definitiv installation bör en utvärderingsmätning över timmas mätning med 1 Hz göras för validering av konfigurationen och en utvärdering av prestanda för systemet 24

25 Leica GNSS Monitoring av bro Montering av sensorerna Monitoring av en bro innefattar ett komplett system av GNSS-sensorer, kommunikation, beräkningsmjukvara, tillbehör och analysmjukvara GNSS referensstation installeras på en stabil plats. Stationen sänder ut basdata för varje ansluten baslinje. Exakta koordinater och lokala transformationsparametrar måste tillhandahållas. GNSS monitoringstationer installerade på brostrukturen agerar mätpunkter. 25

26 Leica GNSS Monitoring av bro Montering av sensorerna Vid designen av systenmet, är det viktigt att ta hänsyn till omgivningen. Flervägsfel (multipath) är den största felkällan och kan på ett allvarligt sätt påverka resultatet Flervägsfel beror på att reflekterande signaler från närstående metalliska objekt, mark eller vattenytor når antennen, med en störning som följd. Vid referensstationen kan med fördel användas Leica AR25 Chokering-antenn, som kan hantera flervägsfel effektivt 26

27 Leica GNSS Monitoring av bro Beräkning av baslinjerna Leica GNSS Spider erbjuder simultan beräkning av alla kombinationer av baslinjer, för dubbel kontroll av resultatet och för en backup om någon referensstation drabbas av kommunikationsstörningar. Leica GNSS Spider kan beräkna L1 en-frekvensdata och L1+L2 två-frekvansdata. Alla baslinjer mellan monitoringpunkterna kan också beräknas för överbestämning. Ref. 1 Monitoringpunkt Monitoringpunkt Dubbel kontroll av positioneringsresultatet Baslinjen mellan referensstationerna kan också övervakas för kontroll av deras stabilitet över tid. 27 Ref. 2

28 Leica GNSS mjukvara för beräkning och utvärdering Hantering av mätdata För monitoring med högsta noggrannhet Leica GNSS SPIDER mjukvara stöder ett flertal GNSS mottagare aktivt och passivt 28

29 Leica GNSS mjukvara för beräkning och utvärdering Hantering av mätdata Leica GNSS QC för utvärdering av rörelser 29

30 Leica GNSS mjukvara för beräkning och utvärdering Utvärdering av mätdata Små rörelser på 1 cm detekterade! 30

31 Leica GNSS mjukvara för beräkning och utvärdering Utvärdering av mätdata Små rörelser på 1 cm detekterade! 31

32 Tack för uppmärksamheten, frågor?