Diagnostika jednoho z nejvytíženějších mostních objektů v Praze
Sledovaný mostní objekt se nachází na nejvytíženější komunikaci v České republice – Jižní spojce v Praze 10. Denně zde projede zhruba 100 tisíc vozidel, z toho přes 15 tisíc kamionů. Zavěšený most převádí Jižní spojku přes areál čerpací stanice, odtahové parkoviště, Žďánickou ulici, průmyslový areál – Benešov a Dolíneckou ulici.
Provedené průzkumné práce
Velmi podrobné geodetické zaměření proběhlo na mostě v druhé polovině roku 2019 metodou 3D skenování. V příslušném programu bylo vytvořeno finální mračno bodů, které bylo použito pro tvorbu výsledného modelu, z něhož byly následně vytvořeny stavební výkresy mostu.
Dle zásad příslušných norem a předpisů byla provedena mimořádná prohlídka mostu, tedy vizuální kontrola všech jeho součástí. Při kontrole mostních závěrů a ložisek bylo kromě obvyklé prohlídky a pořízení fotodokumentace provedeno měření hlavních parametrů.
Součástí celkové diagnostiky mostu bylo také ověření jeho stavu z hlediska ochrany před účinky bludných proudů. Byla provedena celková prohlídka z vnějšku i z vnitřní průchozí komory a také některá elektrická a geofyzikální měření.
Ověření stavu závěsného systému
Závěsy jsou tvořeny ocelovými lany Lp 15,5/1800 MPa o průřezu 141,5 mm2, uloženými v chráničce z tlustostěnné ocelové trubky o vnějším průměru 169 mm. Prvních pět závěsů na každé straně pylonu obsahuje 30 lan, ostatní závěsy obsahují 36 lan. Ocelová chránička a cementová výplň jsou v tlaku. Aby nedošlo k narušení tohoto systému, byla po dohodě s objednatelem provedena pouze nedestruktivní měření, a to ověření stavu závěsů systémem DYNAMAG a kontrola obou konců kotvení závěsů.
Měření systémem DYNAMAG se provádí pomocí trvale zabudovaných magnetoelastických snímačů, které jsou instalovány na chráničkách. Pro navíjení snímačů bylo použito speciálně vyvinuté navíjecí zařízení. Fyzikální princip měřicí metody je založen na magnetoelastickém jevu, tedy na měření změn magnetických vlastností feromagnetických materiálů, které jsou způsobeny mechanickým namáháním.
Při mechanickém namáhání – tlaku, tahu, torzi nebo ohybu – dochází ke změně tvaru hysterezní smyčky feromagnetického materiálu. Z toho je možno určit změnu permeability, která souvisí s působícím mechanickým napětím. Pro měření je nutný plynulý pohyb snímače podél celého závěsu. Vzhledem k délce jednotlivých závěsů byl pro tento účel použit vozík s protizávažím, který byl připevněn na každý snímač, s pojezdem na kabelové chráničce (obr. 4).
Monitoring závěsného systému
V rámci monitoringu sil v závěsech byla provedena frekvenční analýza závěsů a měření sil v závěsech systémem DYNAMAG.
Frekvenční analýza proběhla ve třech etapách – za omezeného provozu (reprezentuje podmínky běžného provozu), za vyloučeného provozu (reprezentuje vlastní zatížení konstrukce) a během statické zatěžovací zkoušky. Měření za provozu proběhla na všech 56 závěsech, měření při zatěžovací zkoušce na čtyřech reprezentantech.
Výstupem této části jsou hodnoty absolutní velikosti síly v mostních závěsech, které byly využity jako výchozí hodnota pro navazující magnetodynamické dlouhodobé měření systémem DYNAMAG, u kterého se z principu jedná pouze o relativní měření.
Měřicí systém DYNAMAG zahrnuje 56 snímačů, dvě měřicí jednotky a modemy pro přenos naměřených dat do informačního systému SAHURE. Bylo provedeno aktivační měření síly ve všech závěsech, kontinuální měření statických sil v průběhu statické zatěžovací zkoušky a kontrolní měření dynamických sil v průběhu dynamické zatěžovací zkoušky.
Zatěžovací zkoušky
Zatěžovací zkoušky proběhly ve dvou etapách. Vzhledem k tomu, že most má jednu nosnou konstrukci společnou pro oba směry dopravy, musely být zatěžovací zkoušky prováděny nepřetržitě ve vymezených termínech, a to střídavě. Statická zatěžovací zkouška byla provedena vždy v noci ze soboty na neděli, měření pro dynamickou zatěžovací zkoušku probíhala v sobotu a v neděli během dne.
Pro statickou zatěžovací zkoušku bylo při jednotlivých zatěžovacích stavech využito šest až šestnáct nákladních čtyřnápravových vozidel s hmotností 32 t (obr. 5). Vozidla byla umístěna vždy dle předem připravených schémat, ve všech případech však byla v příčném směru umístěna vedle sebe. Celkem bylo realizováno 27 zatěžovacích stavů.
Ve všech polích bylo zatěžování provedeno ve středu rozpětí, v nejdelším 7. poli i v ¼ a ¾ rozpětí. V příčném směru byla vozidla umístěna symetricky, poté pouze na levé polovině a následně pouze na pravé polovině.
Odezva mostu na vnesené zatížení byla sledována v podrobné síti měřicích bodů, celkem bylo v každé etapě sledováno cca 120 měřicích bodů.
V průběhu statické zatěžovací zkoušky byla věnována důsledná pozornost dodržení všech pravidel pro objektivní a přesná měření. Klimatické podmínky v době konání zatěžovací zkoušky byly příznivé a neovlivňovaly výsledky měření. Před statickou zatěžovací zkouškou a po ní proběhla vizuální prohlídka mostu.
Součástí měření byly i přejezdy po mostě pro získání příčinkových/deformačních čar. Po provedení výpočetní analýzy těchto pojezdů a porovnání mezi skutečným chováním konstrukce a výpočetní predikcí byla zjištěna výborná shoda (obr. 6).
Dynamické měření odezvy mostní konstrukce bylo realizováno pro celou nosnou konstrukci. Snímače byly osazeny na mostovce, v pylonu i v komoře mostu.
Snímače na mostovce byly pro měření polí 6 až 9 v první etapě měření osazeny do dvanáctin rozpětí všech polí a pro měření polí 1 až 6 v druhé etapě do čtvrtin rozpětí všech polí. V příčném směru bylo v každém řezu pět měřicích bodů.
V komoře mostu byly snímače osazeny ve shodných příčných řezech jako při měření na mostovce. Vždy byly umísťovány dva snímače do dolních vnitřních rohů komory. Dále byly snímače instalovány přibližně do čtvrtin výšky pylonu. Celkem tak bylo při první etapě sledováno 340 bodů, ve druhé pak 170 bodů.
Pro vybuzení vynuceného kmitání nosné konstrukce mostu ve tvarech blízkých příslušným teoretickým vlastním tvarům kmitání byl použit hydraulický budič kmitání typu INSET v režimu pro harmonické buzení.
Frekvence, při kterých konstrukce kmitá ve tvarech odpovídajících vlastním tvarům, byly vyhledány postupnou pomalou změnou kmitočtu instalovaného budiče v automatickém režimu – režim buzení sweep –, tj. laděním. Celkem bylo vybuzeno a proměřeno osm tvarů kmitání odpovídajících vlastním tvarům kmitání, z toho šest tvarů bylo měřeno při svislém buzení a dva tvary byly měřeny při vodorovném příčném buzení.
