Acélhidak fáradási élettartamának becslése szerkezeti monitoring alapján

Az építőmérnöki gyakorlatban hidak állapotának vizsgálatára egyre gyakrabban építenek ki szerkezeti monitoring (Structural Health Monitoring – SHM) rendszereket. Ezek segítségével lehetőség nyílik a közlekedési hálózat szempontjából fontos létesítmények sértetlenségének, tartósságának és megbízhatóságának meghatározására. A monitoring rendszerek alkalmazásával kimutathatjuk a szerkezet rendellenességeit, a híd károsodásait, valamint következtethetünk a szükséges javítások mértékére is. A világban már számos helyen sikerrel alkalmazzák ezen mérési rendszereket.

Mérnöki szerkezetek vizsgálata során alapvető feladat az ismétlődő hatásoknak kitett szerkezeti elemek fáradási analízise. Hidak esetén ezen fáradásvizsgálatokat elvégezhetjük az SHM rendszerek alkalmazásával is. A fáradási károsodás meghatározására számos elméletet, illetve vizsgálati módszert dolgoztak ki, melyek közül a legfontosabbak a lineáris károsodási hipotézisen, törésmechanikai elveken, illetve az ún. Continuous damage mechanics (CDM) modellen alapulnak. A szerkezeti monitoring alapú analízis segítségével következtethetünk arra, hogy meglévő híd esetén a tervezetthez képest hogyan változik a híd élettartama fáradás hatására.

A rendszerek kiépítése alapján két alapvetően elkülönülő típust különböztetünk meg. A folyamatos monitoring rendszerek a híd teljes élettartama során szolgáltatnak adatokat, míg az időszakos monitoring rendszer esetén rövidebb ideig (néhány naptól néhány hónapig) végzünk méréseket. Folyamatos monitoring esetén fontos az adatok tárolása, online feldolgozása és a következtetések azonnali megállapítása. Időszakos vizsgálatok esetén a hídszerkezet méréskori állapota ítélhető meg és ebből extrapolálással becsülhető a fáradási élettartam.

Jelen TDK dolgozatban a Szabadság híd fáradási élettartamának vizsgálatát időszakos monitoring rendszer szolgáltatta eredmények alapján hajtom végre. A Szabadság hídon 1997-ben és 2006-ban végeztek helyszíni vizsgálatokat, melyek magukban foglalták két főtartóelem feszültségmérését. A mérési eredmények alapján meghatároztam a tipikus forgalmi jelenségeket, majd statisztikai elemzések segítségével becsléseket hajtottam végre a jövőben várható forgalmi viszonyokra. A mért feszültségtörténetek alapján előállítottam a tipikus forgalmi helyzetekre vonatkozó feszültségspektrumokat, majd a lineáris károsodási hipotézis alkalmazásával kiszámítottam a fáradási károsodás mértékét. A híd előzetes és aktuális forgalmi viszonyainak feltételezésével becslést adtam a híd fáradási élettartamára.

Irodalom:

[1] Szittner, A., Kálló, M., Köröndi, L., Kristóf, L. „Kiértékelő tanulmány a Szabadság hídon megerősítésre kijelölt rudakon végzett mérésekről és az ennek alapján levonható következtetésekről”, Budapesti Műszaki Egyetem, Acélszerkezetek Tanszék, 1997. június

[2] Dunai, L., Kálló, M., Kovács, N., Jakab, G. „Szakértői jelentés a Szabadság-híd 0-1' és 9-10' rúdjain végrehajtott mérésekről”, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Hidak és Szerkezetek Tanszéke, 2006. szeptember

[3] F. Necati Catbas, Melih Susoy, Dan M. Frangopol „Structural health monitoring and reliability estimation: Long span truss bridge application with environmental monitoring data”, Engineering Structures, Vol. 30, 2008, pp. 2347-2359.

[4] Z.X. Li, T.H.T. Chan, J.M. Ko „Fatigue analysis and life prediction of bridges with structural health monitoring data – Part I: methodology and strategy”, International Journal of Fatigue, Vol. 23, 2001, pp. 45-53.

[5] T.H.T. Chan, Z.X. Li, J.M. Ko „Fatigue analysis and life prediction of bridges with structural health monitoring data – Part II: application”, International Journal of Fatigue, Vol. 23, 2001, pp. 55-64.

szerző

• 
  Dudás Klára
  szerkezet-építőmérnök
  nappali

konzulens

• 
  Dr. Dunai László
  egyetemi tanár, Hidak és Szerkezetek Tanszék

helyezés