W następstwie tego pytania zastanawiam się, czy informacje dotyczące monitorowania integralności strukturalnej mogą być dostarczane w czasie rzeczywistym i w wystarczającym stopniu, aby decyzje dotyczące bezpieczeństwa mogły być realistycznie podejmowane na podstawie tych informacji.
Mówiąc kontekstowo, w USA i innych częściach świata federalne, stanowe i lokalne rządy regularnie otrzymują raporty dotyczące integralności strukturalnej infrastruktury, w tym mostów. Raporty te są wynikami ocen przeprowadzanych zgodnie z harmonogramem, a oceny mogą trwać wiele miesięcy lub lat.
Mosty są ważną częścią gospodarki federalnej, stanowej i lokalnej, ponieważ zapewniają krytyczną infrastrukturę. Ważne jest również, aby chronić historyczne znaki ziemi, takie jak most Golden Gate.
Golden Gate Bridge, kultowy most w Stanach Zjednoczonych
A konsekwencje niewystarczającej informacji mogą być dość poważne. Na przykład w sierpniu 2007 r. Most I-35W w Mississippi zawalił się, co spowodowało śmierć wielu ludzi.
I-35W po zawaleniu się
Pytanie:
- Czy istnieją technologie, które mogłyby zapewnić status w czasie rzeczywistym, tak aby pomagały wyprzedzić federalne, stanowe i lokalne rządy o nadchodzących awariach mostów? Na przykład, czy jest coś, co mogło przewidzieć upadek I-35 i powiadomić opinię publiczną, aby uniknąć śmierci? Wygląda na to, że ten bezprzewodowy czujnik do monitorowania integralności strukturalnej mostów działałby, ale nie jestem pewien, ponieważ domena jest poza moim doświadczeniem.
źródło
Odpowiedzi:
Istnieje wiele różnych czujników, które można umieścić na moście, aby pomóc monitorować jego stan . Po zawaleniu się mostu I-35 obszar ten zyskał rozgłos . Większość z tych czujników była wcześniej dostępna, ale opinia publiczna nie była taka oczywista.
Czujniki
Te czujniki mogą być przewodowe lub bezprzewodowe. Niektóre są nawet napędzane przez wibracje przejeżdżających pojazdów.
Koszt
Koszt jest głównym czynnikiem przy rozważaniu systemu monitorowania mostu. Nawet jeśli początkowy koszt wydaje się rozsądny :
Nie uwzględnia to kosztów ciągłego monitorowania czujników. Monitorowanie w czasie rzeczywistym jest drogie, a nawet mniej niż monitorowanie w czasie rzeczywistym powoduje ciągłe obciążenie budżetów Departamentu Transportu, które są już zbyt rozciągnięte. Gdyby w budżecie było więcej pieniędzy, mosty byłyby w lepszym stanie.
Mosty te są już regularnie sprawdzane przez przeszkolonych inspektorów, którzy wspinają się po całej konstrukcji. Dokonano tego na moście I-35 i nadal się zawalił.
Koszt i złożoność systemów oznaczają, że tylko kilka bardzo dużych konstrukcji byłoby w pełni monitorowanych. Koszt tych systemów jest prawdopodobnie wyższy niż kwota wymieniona powyżej. Powyższa wartość to także tylko koszt poszczególnych czujników. Należałoby wykonać pełne badanie mostu, aby upewnić się, że czujniki są umieszczone w miejscach, w których byłyby najbardziej przydatne.
Lokalizacja
Każdy czujnik mierzy tylko jeden punkt danych. Trzeba będzie wiele przemyśleń i badań, aby ustalić, które czujniki są najbardziej korzystne.
Nawet po umieszczeniu czujników należałoby wprowadzić kompleksowe kryteria, aby osoby monitorujące wyniki czujnika wiedziały, co stanowi ostrzeżenie . Może być wiele fałszywych wyników pozytywnych, a może nawet fałszywych negatywnych.
Jak wskazuje artykuł :
Wynik końcowy
Nawet gdyby wszystkie te czujniki znajdowały się na moście I-35 i były monitorowane w czasie rzeczywistym, faktyczne zawalenie nastąpiło tak szybko, że ruch nie byłby w stanie zatrzymać się na czas. Jedyna różnica polegałaby na tym, że badacze mieliby do dyspozycji znacznie więcej informacji.
Pomyśl o czarnej skrzyni samolotu , ale o pomoście.
źródło
Monitorowanie w czasie rzeczywistym może być wykonane i zostało już wykonane. Technologia istnieje i jak wskazał hazzey, jest to kwestia kosztu w stosunku do związanego z tym ryzyka.
Jako praktykujący inżynier jestem / byłem zaangażowany w dwa projekty głębokich wykopów w dwóch różnych krajach, w których tunel został wykonany / skonstruowany tuż pod głównym mostem autostrady. W obu przypadkach zamknięcie lub przekierowanie ruchu nie jest opcją. Władze budowlane w obu projektach wnioskowały o monitorowanie stanu strukturalnego w czasie rzeczywistym, ponieważ konsekwencje nieszczęścia mogą być katastrofalne.
W obu projektach zastosowano szereg pryzmatów optycznych wraz z zrobotyzowanymi tachimetrami do monitorowania ruchów pomostów. Tachimetry są połączone w sieć z serwerem, na którym dane są przesyłane w sposób ciągły. Sam serwer jest podłączony do Internetu, gdzie zainteresowane strony mogą pobierać dane i przetwarzać informacje. Ponadto niektóre systemy mogą generować powiadomienia SMS w przypadku przekroczenia określonego poziomu.
Przed jakimkolwiek monitorowaniem należy przeprowadzić ocenę wpływu / uszkodzenia w celu ustalenia:
Następnie przeprowadzane jest badanie stanu w celu oceny aktualnego stanu zdrowia mostu. Zwykle obejmuje kontrolę wizualną pęknięć i pomiary ruchów łożysk mostu.
Mosty żelbetowe i stalowe w normalnych warunkach nie wymagają monitorowania w czasie rzeczywistym, ponieważ nie zawodzą nagle. Mosty, które zostały właściwie zaprojektowane, mają tendencję do awarii pod względem użyteczności, zanim ulegną awarii strukturalnej, dając wystarczające ostrzeżenie przed ich zawaleniem. Również regularna kontrola i konserwacja mostów pomaga zapewnić ich sprawność.
Przy wystarczającej ilości danych monitorowanie w czasie rzeczywistym może uchwycić długoterminowy trend ruchu i wygładzić błędy odczytu. W przypadkach fatalnego projektu, błędu ludzkiego w interpretacji zapisów z ankiety lub błędu ludzkiego w ocenie zdolności konstrukcyjnej mostu monitorowanie w czasie rzeczywistym nie pomogłoby uniknąć katastrofy.
źródło
Monitorowanie strukturalne za pomocą czujników jest rzeczywiście możliwe. Problemem jest koszt monitorowania i które części mogą być monitorowane.
Im bardziej krytyczny jest most, tym bardziej prawdopodobne jest, że warto będzie ponieść koszty monitorowania (krytyczność wynika głównie z liczby przejeżdżających pojazdów dziennie, ale także dostępności alternatywnych tras i długości (tj. Liczby pojazdów) który może być na nim podczas zwinięcia), zagraj rolę). Główny most zbudowany w tych dniach prawdopodobnie będzie miał wbudowany jakiś monitoring, jak zauważono w łączonym artykule, a przykładem tego jest czwarte przejście zastępcze (obecnie nazywane przejściem Queensferry). Niektóre mosty zostały zmodernizowane, takie jak istniejący most Forth Road Bridge , który ma monitorowanie akustyczne w celu wykrycia pękania kabli.
Istniejące mosty najprawdopodobniej będą wyposażone w monitoring, jeśli ocena wykaże, że istnieją powody do niepokoju. Jeśli ocena mostu wykaże, że część mostu ulega zniszczeniu, może zalecić częstsze kontrole lub instalację monitorowania. Ze względu na koszty monitorowania jest to prawdopodobne tylko w przypadku dużych mostów.
Czy monitorowanie mogło zapobiec zawaleniu się I35-W?
Po pierwsze: I35-W, choć nie mały mostek, nie był na taką samą skalę jak most Golden Gate Bridge lub most Forth. Stąd monitorowanie prawdopodobnie zostanie zainstalowane tylko wtedy, gdy most zostanie zidentyfikowany jako wadliwy. I tak się nie stało, ponieważ podczas rutynowych inspekcji i ocen mostów nie zauważono, że mała płyta łącząca była niewymiarowa. Twój link do czujników wydaje się sugerować, że mogą być teraz dostępne nowe tańsze czujniki. Nadal nie widzę, aby koszt był przystępny, biorąc pod uwagę liczbę mostów ścinanych, nad którymi każdy organ ma kontrolę, ale może przez długi okres (powiedzmy 50 lat, ponieważ budżet może rozciągać się do 2% mostów władzy rocznie - liczby wyrwane całkowicie z powietrza przeze mnie) może się zdarzyć.
Po drugie: nie wierzę, że większość monitoringu odbywa się w czasie rzeczywistym. Chociaż jestem pewien, że systemy monitorowania mają automatyczne alarmy, które włączają się w przypadku znacznego ruchu, trudno mi uwierzyć, że ktoś zareaguje na to wyjątkowo szybko. Jest bardziej niż prawdopodobne, że alarm systemowy spowoduje, że ktoś rzuci okiem, może tego samego dnia może nie. Głównie systemy służą do analizy długoterminowych problemów. Biorąc przykład Forth Road Bridge - monitorowanie akustyczne ma na celu zarejestrowanie „ping” z pęknięcia linki. Istnieje kilka tysięcy pojedynczych pasm tworzących kable zawieszenia. Monitorowanie akustyczne jest po to, aby ktoś mógł spojrzeć na wyniki i powiedzieć „wygląda na to, że 63 pękło w ciągu ostatnich sześciu miesięcy, może powinniśmy pomyśleć o zrobieniu czegoś, aby zmniejszyć obciążenie”. Ja nie Sądzę, że to naprawdę tam jest z oczekiwaniem, że zarejestruje 100 snapów w ciągu dnia, co spowoduje natychmiastowe zamknięcie mostu. (Most Forth Road Bridge zamyka się kilka razy w roku z powodu silnego wiatru - mają odpowiedni system do jego zamknięcia).
Po trzecie: oficjalny raport z zawalenia sugeruje, że awaria była bardzo nagła: było może 10 sekund ostrzeżenia. Nawet przy monitorowaniu w czasie rzeczywistym musisz: a) otrzymać wyniki, b) ustalić, że są katastrofalnie złe (łatwe, jeśli masz 100 pingów w moim przykładzie Czwarty, trudne, jeśli masz akcelerometry zgodnie z linkiem, co może ci powiedzieć że most przesunął się o 0,05 stopnia) ic) poprowadź policję do zamknięcia mostu. Szacowany czas całkowity: 10 minut, jeśli masz dużo szczęścia. Nie 10 sekund. (I prawdopodobnie więcej niż 3 miesiące, jeśli skonfigurujesz monitorowanie efektów długoterminowych i nie będziesz pewien, czy 0,05 stopnia jest znaczący, czy nie, ponieważ system nie został skonfigurowany do tego.)
Zastrzeżenie - starałem się podawać fakty i referencje tam, gdzie mogłem, ale faktyczne wnioski, do których doszedłem, są w dużej mierze oparte na moich opiniach i nie są faktami.
źródło