RU2698419C1 - System for monitoring high-speed highway artificial structures - Google Patents
System for monitoring high-speed highway artificial structures Download PDFInfo
- Publication number
- RU2698419C1 RU2698419C1 RU2018119990A RU2018119990A RU2698419C1 RU 2698419 C1 RU2698419 C1 RU 2698419C1 RU 2018119990 A RU2018119990 A RU 2018119990A RU 2018119990 A RU2018119990 A RU 2018119990A RU 2698419 C1 RU2698419 C1 RU 2698419C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensors
- monitoring
- unit
- data
- monitoring unit
- Prior art date
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 89
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000013480 data collection Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 25
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 5
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000001931 thermography Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RUDATBOHQWOJDD-UHFFFAOYSA-N (3beta,5beta,7alpha)-3,7-Dihydroxycholan-24-oic acid Natural products OC1CC2CC(O)CCC2(C)C2C1C1CCC(C(CCC(O)=O)C)C1(C)CC2 RUDATBOHQWOJDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OUXCBPLFCPMLQZ-WOPPDYDQSA-N 4-amino-1-[(2r,3s,4s,5r)-4-hydroxy-5-(hydroxymethyl)-3-methyloxolan-2-yl]-5-iodopyrimidin-2-one Chemical compound C[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1N1C(=O)N=C(N)C(I)=C1 OUXCBPLFCPMLQZ-WOPPDYDQSA-N 0.000 description 1
- 101100073493 Rattus norvegicus Kcnn4 gene Proteins 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- RUDATBOHQWOJDD-UZVSRGJWSA-N ursodeoxycholic acid Chemical compound C([C@H]1C[C@@H]2O)[C@H](O)CC[C@]1(C)[C@@H]1[C@@H]2[C@@H]2CC[C@H]([C@@H](CCC(O)=O)C)[C@@]2(C)CC1 RUDATBOHQWOJDD-UZVSRGJWSA-N 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
- G01M5/0008—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings of bridges
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
- G01M5/0066—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by exciting or detecting vibration or acceleration
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01W—METEOROLOGY
- G01W1/00—Meteorology
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Atmospheric Sciences (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Ecology (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Bridges Or Land Bridges (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области обеспечения безопасности функционирования железнодорожного транспорта, и может быть использовано для мониторинга на искусственных сооружениях высокоскоростного магистралей.The invention relates to the field of ensuring the safe functioning of railway transport, and can be used for monitoring on artificial structures of high-speed railways.
Известно способ неразрушающего контроля поверхности туннеля, содержащее тепловизионную систему, перемещающуюся относительно контролируемой поверхности (RU 2263903, G01N 25/72, 10.11.2005). Тепловизионная система осуществляет контроль посредством проведения бесконтактной диагностики технического состояния тепловыделяющих объектов в туннелях. Дефекты объектов контроля выявляются средствами теплового контроля и характеризуются наличием локальных участков температурных аномалий.There is a method of non-destructive testing of the surface of a tunnel, comprising a thermal imaging system moving relative to a controlled surface (RU 2263903, G01N 25/72, 10.11.2005). The thermal imaging system monitors through non-contact diagnostics of the technical condition of heat-generating objects in tunnels. Defects of the objects of control are detected by means of thermal control and are characterized by the presence of local sections of temperature anomalies.
Однако известное решение не позволяет осуществить мониторинг напряженно-деформируемых состояний, линейных перемещений, углов наклона пролетных строений и других статических и динамических характеристик конструкций искусственных сооружений.However, the known solution does not allow monitoring of stress-strain states, linear displacements, tilt angles of spans and other static and dynamic characteristics of structures of artificial structures.
Известно техническое решение, предназначенное для оценки технического состояния конусов и устоев железнодорожных мостов в сложных гидрологических условиях (RU 2490612, G01M 5/00, E04G 23/00, 20.08.2013), которое осуществляет моделирование с последующим расчетом технического состояния конусов, устоев и опирающихся на них пролетных строений железнодорожных мостов, при этом фактические значения параметров и характеристик состояния, повреждений и дефектов определяют с помощью приборных средств. Оценка технического состояния применима для конкретных элементов железнодорожного моста и не может использоваться для комплексного мониторинга при строительстве и эксплуатации искусственного сооружения.A technical solution is known for assessing the technical condition of cones and abutments of railway bridges in difficult hydrological conditions (RU 2490612,
Известны способ и устройство обеспечения безопасности моста (RU 2598803, G08B 21/00, E01D 12/00, G01S 15/00, G01S 13/00, 27.09.2016).A known method and device for ensuring the security of the bridge (RU 2598803, G08B 21/00, E01D 12/00,
Устройство обеспечения безопасности моста содержит рабочее место оператора, модуль охранной сигнализации с охранным пультом, выход которого соединен с системным блоком, а входы соединены с датчиками контроля безопасности, а также модуль управления радиолокатором, содержащим по меньшей мере два радиолокатора, установленных на мостовых подходах и модуль гидролокации, содержащий контроллер гидролокации, соединенный с гидролокаторами, выполненными в выносной (подводной) части, состоящей из активных приемно-излучающих модулей, объединенных в секции длиной от 100 до 1000 м каждая и связанных магистральным кабелем с источниками энергоснабжения, обеспечивающей излучение и прием зондирующего сигнала, обработку сигнальной информации, передачу информации на стационарный надводный пункт наблюдения.The bridge safety device contains an operator’s workstation, a security alarm module with a security control panel, the output of which is connected to the system unit, and the inputs are connected to security monitoring sensors, as well as a radar control module containing at least two radars installed on the bridge approaches and a module sonar, containing a sonar controller connected to sonars made in the remote (underwater) part, consisting of active receiving-emitting modules, combined th section length from 100 to 1000 m, each trunk cable and connected with power sources providing radiation and reception of a sounding signal, processing signal information transmission of information on a stationary surface observation point.
Известное техническое решение обеспечивает:Known technical solution provides:
- сбор и обработку информации;- collection and processing of information;
- видеонаблюдение;- CCTV;
- пожарная сигнализация;- fire alarm;
- контроль акватории;- control of the water area;
- мониторинг состояния строительных конструкций, включая контроль:- monitoring the state of building structures, including monitoring:
углов наклона пилонов, колебательных процессов и вибрации вант, натяжения вант, вертикальных перемещений;angles of inclination of pylons, oscillatory processes and vibration of cables, cable tension, vertical movements;
- контроль транспортного потока;- traffic control;
- защита от несанкционированного проникновения лица (группы лиц) в зону транспортной безопасности.- protection against unauthorized entry of a person (group of persons) into the transport security zone.
Известное изобретение обеспечивает защиту моста со стороны акватории и контроль ситуации на мостах большой протяженности, однако оно не обеспечивает мониторинг динамических характеристик и комплексный мониторинг искусственного сооружения.The known invention provides protection of the bridge from the water area and control of the situation on long bridges, but it does not provide monitoring of dynamic characteristics and comprehensive monitoring of the artificial structure.
Наиболее близким техническим решением является устройство для контроля и управления состоянием искусственных сооружений (RU 2434300, G08C 17/00, 20.11.2011), содержащее систему датчиков, локально расположенных на объекте и связанных с микроконтроллером, приемопередатчик сенсорного узла, связанный с микроконтроллером и обменивающийся информацией через радиоканал с приемопередатчиком координатора сети, аккумулятор, генератор, способный преобразовывать энергию среды в электрическую и связанный с аккумулятором, базу данных, блок анализа состояния конструкции, связанный с базой данных и управляющим компьютером.The closest technical solution is a device for monitoring and controlling the state of artificial structures (RU 2434300, G08C 17/00, 11/20/2011), containing a system of sensors locally located on the object and connected to the microcontroller, a sensor node transceiver connected to the microcontroller and exchanging information through a radio channel with a network coordinator transceiver, a battery, a generator capable of converting medium energy into electrical energy and connected to the battery, a database, a unit for analyzing the state of instructions associated with the database and the host computer.
Изобретение используется для мониторинга состояния конструкции искусственного сооружения в процессе его эксплуатации на железнодорожном транспорте.The invention is used to monitor the state of the structure of an artificial structure during its operation in railway transport.
Недостатком данного изобретения является невозможность оперативного принятия решения по обеспечению безопасности искусственных сооружений при появлении смещений объектов верхнего строения пути, отклонению конструкций от вертикали и колебаний конструкций.The disadvantage of this invention is the impossibility of an operative decision to ensure the safety of artificial structures when there are displacements of objects of the upper structure of the track, deviation of structures from vertical and structural vibrations.
Задачей изобретения является разработка системы обеспечения безопасности путем автоматического, в режиме реального времени информирования о критическом изменении состояния конструкций искусственных сооружений, контроля интегральных характеристик конструкций, снижения риска утраты конструкциями свойств, определяющих их надежность, снижения риска разрушения конструкций, перехода в ограниченно работоспособное состояние, аварийное состояние, обеспечение проведения работ периодического мониторинга.The objective of the invention is to develop a safety system by automatically, in real time, informing about a critical change in the state of structures of artificial structures, monitoring the integral characteristics of structures, reducing the risk of structures losing properties that determine their reliability, reducing the risk of structural failure, transitioning to a partially operable state, emergency condition, maintenance of periodic monitoring.
Технический результат заключается в повышении достоверности оценки состояния искусственных сооружений высокоскоростной магистрали.The technical result consists in increasing the reliability of assessing the state of artificial structures of a high-speed highway.
Технический результат достигается тем, что система мониторинга искусственных сооружений высокоскоростной магистрали содержит блок мониторинга опор, включающий включающий двухосевые датчики наклона опор, установленные на внешних углах стоек по диагонали, и трехосевые датчики вибрации, размещенные в середине внутренних сторон опор, блок мониторинга пролетных строений, включающий двухосевые датчики наклона пролетных строений, установленные в местах опирания пролетных строений, и трехосевые датчики вибрации, установленные попарно в середине каждого второго пролетного строения, блок мониторинга верхнего строения пути, включающий датчики линейного перемещения рельсов, рельсовых плит и балок, блок мониторинга внешних климатических воздействий в виде метеостанции, установленной на искусственном сооружении и включающей датчики контроля скорости и направления ветра, влажности, температуры окружающей среды и узлов конструкции искусственного сооружения, давления, интенсивности и количества осадков, блоки сбора и преобразования данных, блоки сравнения измеряемых датчиками сигналов их критическими данными, блок обработки и анализа данных мониторинга искусственного сооружения, к соответствующим входам которого через информационную шину подключены выходы блоков сбора и преобразования данных, блок диагностики датчиков по уровню их технической надежности, входы которого через диагностическую шину подключены к выходам блоков сравнения измеряемых датчиками сигналов их критическими данными, и сервер обработки и анализа данных мониторинга, входы которого соединены с выходами блока обработки и анализа данных и блок диагностики датчиков по уровню их технической надежности, при этом информационные выходы датчиков блока мониторинга опор, блока мониторинга пролетных строений, блока мониторинга верхнего строения пути и блока мониторинга внешних климатических воздействий подключены к входам соответствующего блока сбора и преобразования данных, а их диагностические выходы - к входам соответствующего блока сравнения измеряемых датчиками сигналов с их критическими данными.The technical result is achieved by the fact that the monitoring system of artificial structures of the high-speed highway contains a support monitoring unit, including two-axis support tilt sensors installed on the outer corners of the uprights diagonally, and three-axis vibration sensors located in the middle of the inside of the supports, a span monitoring unit, including two-axis span tilt sensors installed in the points of support of the span, and three-axis vibration sensors installed in pairs with the middle of every second span, a track monitoring unit, including linear sensors for rails, rail plates and beams, an external climate monitoring unit in the form of a weather station installed on an artificial structure and including sensors for monitoring wind speed and direction, humidity, and ambient temperature and structural units of the artificial structure, pressure, intensity and amount of precipitation, data collection and conversion blocks, measured sensors comparison blocks the signals with their critical data, a processing and analysis unit for monitoring the artificial structure, to the corresponding inputs of which the outputs of the data collection and conversion units are connected via an information bus, a sensor diagnostics unit according to their technical reliability level, the inputs of which are connected through the diagnostic bus to the outputs of the measured units signal sensors with their critical data, and a monitoring data processing and analysis server, the inputs of which are connected to the outputs of the processing and analysis unit yes the data and the sensor diagnostics unit according to their technical reliability level, while the information outputs of the sensors of the support monitoring unit, the span monitoring unit, the track superstructure monitoring unit and the external climatic impact monitoring unit are connected to the inputs of the corresponding data acquisition and conversion unit, and their diagnostic outputs - to the inputs of the corresponding unit for comparing signals measured by sensors with their critical data.
Для металлических пролетов искусственных сооружений в блок мониторинга пролетных строений введены датчики для измерения деформации, установленные в углах коробчатого пролетного строения в середине пролета.For metal spans of man-made structures, sensors for measuring deformation, installed in the corners of the box-shaped span in the middle of the span, are introduced into the span monitoring unit.
В системе для мониторинга искусственных сооружений на основании данных железнодорожного моста рассматриваются:The system for monitoring artificial structures based on data from a railway bridge considers:
- безопасность - путем автоматического, в режиме реального времени информирования о критическом изменении состояния конструкций;- safety - by automatically, in real time, informing about a critical change in the state of structures;
- автоматический контроль интегральных характеристик конструкций;- automatic control of the integral characteristics of structures;
- снижение риска утраты конструкциями свойств, определяющих их надежность, посредством своевременного обнаружения на ранней стадии:- reducing the risk of structures losing the properties that determine their reliability, through timely detection at an early stage:
- негативное изменение состояния, которое может привести к разрушению и повлечь людские потери;- a negative change in condition that can lead to destruction and result in loss of life;
- переход объектов в ограниченно работоспособное состояние;- the transition of objects to a limited operational state;
- переход объектов в аварийное состояние, с полной или частичной потерей несущей способности;- the transition of objects in emergency condition, with full or partial loss of bearing capacity;
- обеспечение проведения работ периодического мониторинга.- ensuring the implementation of periodic monitoring.
При проведении мониторинга строительных конструкций мостов для пропуска скоростных поездов предусматривается определение необходимых параметров различных частей сооружения. Мониторингу подлежат элементы сооружения, подверженные наибольшим нагрузкам и наибольшим изменениям состояния в процессе строительства и эксплуатации: опоры и пролетные строения.When conducting monitoring of building structures of bridges for passing high-speed trains, it is envisaged to determine the necessary parameters of various parts of the structure. Monitoring is subject to structural elements that are subject to the greatest loads and the greatest changes in the state during construction and operation: supports and spans.
Основными параметрами, подлежащими мониторингу, являются:The main parameters to be monitored are:
- абсолютное и относительное смещение конструкций;- absolute and relative displacement of structures;
- динамические параметры (динамический коэффициент), влияющие на износ конструкций;- dynamic parameters (dynamic coefficient) affecting the wear of structures;
- напряженно-деформированное состояние пролетного строения;- stress-strain state of the span;
- напряженно-деформированное состояние свай;- stress-strain state of piles;
- напряженно-деформированное состояние рельсов;- stress-strain state of the rails;
- температура рельсов;- rail temperature;
- смещение рельсов, рельсовой плиты и балок.- displacement of rails, rail plate and beams.
Мониторинг проводится для выполнения следующих задач:Monitoring is carried out to perform the following tasks:
- непрерывный мониторинг деформации (напряжения) в местах, определенных архитектурными решениями и расчетами несущих конструкций;- continuous monitoring of deformation (stress) in places determined by architectural decisions and calculations of load-bearing structures;
- непрерывный мониторинг колебаний конструкций;- continuous monitoring of structural vibrations;
- непрерывный мониторинг отклонения конструкций от вертикали;- continuous monitoring of the deviation of structures from the vertical;
- постоянный вывод и контроль результатов мониторинга;- constant output and monitoring of monitoring results;
- выдачу тревожного сигнала в случае превышения значения сигналов датчиков величин, определяемых заказчиком;- issuing an alarm signal in case of exceeding the value of the sensor signals of the quantities determined by the customer;
- хранение полученных данных.- storage of received data.
Для решения данных задач в составе системы мониторинга искусственных сооружений ВСМ используются следующие функциональные подсистемы:To solve these problems, the following functional subsystems are used as part of the monitoring system for artificial structures of the HSR:
- подсистема мониторинга напряженно-деформированного состояния (НДС);- subsystem for monitoring stress-strain state (VAT);
- подсистема мониторинга изменения конфигурации конструкции;- a subsystem for monitoring design configuration changes;
- подсистема измерения динамических характеристик конструкции;- a subsystem for measuring the dynamic characteristics of a structure;
- подсистема измерения смещений рельсов, рельсовой плиты и балок;- subsystem for measuring displacements of rails, rail plate and beams;
- подсистема мониторинга оценки внешних климатических воздействий.- a subsystem for monitoring the assessment of external climatic effects.
Рабочим элементом подсистемы НДС являются тензометрические датчики (тензометры). Могут устанавливаться на любом этапе строительства (эксплуатации). Начальной точкой считается начало работы СМИК, при которой показания тензометров считаются нулевыми. Контрольные точки установки тензометров определяются расчетом несущих конструкций.The working element of the VAT subsystem are strain gauge sensors (strain gauges). They can be installed at any stage of construction (operation). The starting point is considered to be the start of the SMIC, at which the readings of the strain gauges are considered zero. Control points for installing strain gauges are determined by the calculation of load-bearing structures.
Подсистема мониторинга изменения конфигурации конструкции состоит из двухосевых датчиков угла наклона - инклинометров. Кроме непосредственного измерения отклонения конструкции от вертикали данная подсистема определяет положение (смещение) в точках установки через уклоны. Величины уклонов, полученные при измерениях в продольной и поперечной осях сооружений, дают возможность получить наклон в любом направлении. Накопленная статистика позволяет делать вывод об изменении вертикальной и горизонтальной жесткости опор.The subsystem for monitoring changes in the configuration of the structure consists of biaxial angle sensors - inclinometers. In addition to the direct measurement of the deviation of the structure from the vertical, this subsystem determines the position (displacement) at the installation points through slopes. The slope values obtained during measurements in the longitudinal and transverse axes of the structures make it possible to obtain a slope in any direction. The accumulated statistics allow us to conclude that the vertical and horizontal stiffness of the supports change.
Подсистема измерения динамических характеристик конструкции определяет вибрационный и колебательный отклик элементов конструкции на внешние воздействия. В точках установки с помощью акселерометров измеряют ускорение, которое пересчитывается в характеристики вибрации, собственные частоты, перемещения. Для применения в составе оборудования мониторинга мостовых сооружений используются акселерометры с нижней частотой от 0 Герц, которые устанавливаются на конструкциях для регистрации возникающих в них колебаний под воздействием различных видов нагрузок.The subsystem for measuring the dynamic characteristics of a structure determines the vibrational and vibrational response of structural elements to external influences. At the installation points, with the help of accelerometers, acceleration is measured, which is converted into vibration characteristics, natural frequencies, and displacements. For use as part of monitoring equipment for bridge structures, accelerometers with a lower frequency of 0 Hertz are used, which are installed on structures to register vibrations arising in them under the influence of various types of loads.
Подсистема измерения смещений рельсов, рельсовой плиты и балок определяет смещение рельсов по отношению к рельсовой плите, смещение рельсовой плиты по отношению к балкам и взаимное смещение балок в районе деформационных швов. В качестве источника данных применяются датчики линейных перемещений, которые устанавливаются в концах сооружений в районе деформационных швов.The subsystem for measuring the displacements of rails, rail plate and beams determines the displacement of the rails with respect to the rail plate, the displacement of the rail plate with respect to the beams and the mutual displacement of the beams in the region of the expansion joints. As a data source, linear displacement sensors are used, which are installed at the ends of structures in the area of expansion joints.
Подсистема мониторинга оценки внешних климатических воздействий выполнена в виде метеостанции, представляющей собой комплекс датчиков контроля скорости и направления ветра, влажности, температуры окружающей среды, давления и интенсивности и количества осадков. Размещение метеостанций предусмотрено на сооружениях с устанавливаемой СМИК.The monitoring subsystem for assessing external climatic influences is made in the form of a weather station, which is a set of sensors for monitoring wind speed and direction, humidity, ambient temperature, pressure and intensity and amount of precipitation. Placement of weather stations is provided for at facilities with an installed SMIK.
На чертеже представлена структурная схема варианта выполнения предлагаемого технического решения система мониторинга железнодорожного моста высокоскоростной магистрали.The drawing shows a structural diagram of an embodiment of the proposed technical solution monitoring system of the railway bridge of the high-speed highway.
Система мониторинга железнодорожного моста высокоскоростной магистрали содержит блок 1 мониторинга опор, включающий двухосевые датчики 2 наклона опор, установленные на внешних углах стоек по диагонали, и трехосевые датчики 3 вибрации, размещенные в середине внутренних сторон опор, блок 4 мониторинга пролетных строений, включающий двухосевые датчики 5 наклона пролетных строений, установленные в местах опирания пролетных строений на опоры, и трехосевые датчики 6 вибрации, установленные попарно в середине каждого второго пролетного строения, блок 7 мониторинга верхнего строения пути, включающий соответственно датчики 8-10 линейного перемещения рельсов, рельсовых плит и балок, блок 11 мониторинга внешних климатических воздействий в виде метеостанции, установленной на искусственном сооружении и включающей соответственно датчики 12-16 контроля скорости и направления ветра, влажности, температуры окружающей среды и узлов конструкции искусственного сооружения, давления, интенсивности и количества осадков, блоки 17-20 сбора и преобразования данных, блоки 21-24 сравнения измеряемых датчиками сигналов их критическими данными, блок 25 обработки и анализа данных мониторинга искусственного сооружения, к соответствующим входам которого через информационную шину 26 подключены выходы блоков 12-16 сбора и преобразования данных, блок 27 диагностики датчиков по уровню их технической надежности, входы которого через диагностическую шину 28 подключены к выходам блоки 21-24 сравнения измеряемых датчиками сигналов с их критическими данными, и сервер 29 обработки и анализа данных мониторинга, входы которого соединены с выходами блока 25 обработки и анализа данных и блок 27 диагностики датчиков по уровню их технической надежности.The monitoring system of the railway bridge of the high-speed highway contains a support monitoring unit 1, including biaxial sensors 2 of the tilt of the supports mounted diagonally on the outer corners of the uprights, and three-axis vibration sensors 3 located in the middle of the inner sides of the supports, a span monitoring unit 4 including two-axis sensors 5 tilt spans installed in the places of support of the spans on supports, and three-axis vibration sensors 6 installed in pairs in the middle of every second span ia, block 7 for monitoring the upper structure of the track, respectively including sensors 8-10 for linear movement of rails, rail plates and beams, block 11 for monitoring external climatic effects in the form of a weather station installed on an artificial structure and including sensors 12-16 for monitoring wind speed and direction, respectively , humidity, ambient temperature and structural units of the artificial structure, pressure, intensity and amount of precipitation, data collection and conversion blocks 17-20, measured data comparison blocks 21-24 signal sensors with their critical data, a processing unit 25 for processing and analyzing monitoring data of an artificial structure, to the corresponding inputs of which through the information bus 26 are connected the outputs of data collection and conversion units 12-16, a sensor diagnostics unit 27 according to their technical reliability level, the inputs of which are through the diagnostic bus 28, the blocks 21-24 comparing the signals measured by the sensors with their critical data are connected to the outputs, and the monitoring data processing and analysis server 29, the inputs of which are connected to the outputs of the block 25 brabotki and analyzing data and sensor diagnosis unit 27 on the level of technical reliability.
При этом информационные выходы датчиков 2 и 3 блока 1 мониторинга опор подключены к входам блока 17, а их диагностические выходы - к входам блока 21. Информационные выходы датчиков 5-6 блока 4 мониторинга пролетных строений подключены к входам блока 18, а их диагностические выходы - к входам блока 22. Информационные выходы датчиков 8-10 блока 7 мониторинга верхнего строения пути подключены к входам блока 19, а их диагностические выходы - к водам блока 23. Информационные выходы датчиков 12-16 блока 11 мониторинга внешних климатических воздействий подключены к входам блока 20, а их диагностические выходы - к входам блока 24.In this case, the information outputs of the
Выход сервера 29 обработки и анализа данных мониторинга через блоки 30 и 31 подключен к единому диспетчерскому центру 32 управления (ЕДЦУ).The output of the server 29 for processing and analysis of monitoring data through blocks 30 and 31 is connected to a single control center 32 control (UDCA).
Система для мониторинга искусственных сооружений высокоскоростной магистрали, в качестве которого представлено описание железнодорожного моста для высокоскоростной магистрали, функционирует следующим образом.The system for monitoring the artificial structures of the high-speed highway, in which the description of the railway bridge for the high-speed highway is presented, operates as follows.
Блок 1 мониторинга осуществляет мониторинг изменения конфигурации опор железнодорожного моста.
На каждой стойке опоры моста устанавливают двухосевые датчики 2 наклона - инклинометры, которые обеспечивают статическую диагностику опор, определяя их угол наклоны. Датчики 2 наклона - инклинометры устанавливают на внешних углах стоек по диагонали, что позволяет с максимальной точностью проводить измерения.On each rack of the bridge support, two-
В середине внутренних сторон опор устанавливаются трехосевые датчики 3 вибрации - трехосевые акселерометры, которые позволяют определить вибрационный и колебательный отклик опор на воздействие высокоскоростного поезда. Трехосевые акселерометры в точках установки измеряют ускорение, которое пересчитывается в характеристики вибрации, собственные частоты, перемещения.In the middle of the inner sides of the supports, three-
Блок 4 осуществляет мониторинг изменения конфигурации пролетных строений железнодорожного моста.Block 4 monitors changes in the configuration of the spans of the railway bridge.
Для осуществления статической диагностики в местах опирания пролетных строений на опоры устанавливают датчики 5 наклона пролетных строений (двухосевые инклинометры). По изменению углов наклонов определяют величину изгибной деформации пролетов. Места опирания выбираются в точках с максимальным углом отклонения по горизонтали. Две рабочие координаты установки инклинометров по продольной оси пролетов дают возможность получить величину угла наклона в двух направлениях.For the implementation of static diagnostics in the places of support of the spans, supports 5 of the inclination of the spans (biaxial inclinometers) are installed on the supports. By changing the angles of inclination, the magnitude of the bending deformation of the spans is determined. Places of support are selected at points with a maximum horizontal angle of deviation. Two working coordinates of the installation of inclinometers along the longitudinal axis of the spans make it possible to obtain the value of the angle of inclination in two directions.
Для измерения динамических характеристик пролетных строений служат трехосевые датчики 6 вибрации - акселерометры, измеряющие ускорение в точках установки. Ускорение пересчитывается в другие динамические и статические характеристики, в частности, вибрации, собственные частоты, перемещения. Трехосевые акселерометры устанавливаются попарно в середине пролетов, определяя реакцию на движущиеся высокоскоростные поезда. На мостах акселерометры устанавливаются на каждом втором пролетном строении.To measure the dynamic characteristics of spans, three-axis vibration sensors 6 — accelerometers that measure acceleration at installation points — are used. Acceleration is converted into other dynamic and static characteristics, in particular, vibration, natural frequencies, displacements. Three-axis accelerometers are installed in pairs in the middle of spans, determining the response to moving high-speed trains. On bridges, accelerometers are installed on every second span.
На металлических пролетных строениях устанавливаются тензометрические датчики - тензометры (на чертеже не показаны), преобразующие величину деформации в удобный для измерения сигнал. Для диагностики напряженно-деформируемого состояния между опорами тензометры устанавливают в углах коробчатого пролетного строения в середине пролета.Strain gauges — strain gauges (not shown in the drawing) are installed on metal spans, which convert the strain to a convenient signal for measurement. To diagnose the stress-strain state between the supports, strain gauges are installed in the corners of the box-shaped span in the middle of the span.
При высокоскоростном движении элементы верхнего строения пути испытывают повышенные динамические нагрузки, при которых возникают взаимные смещения его элементов относительно друг друга.During high-speed movement, the elements of the upper track structure experience increased dynamic loads, at which mutual displacements of its elements relative to each other occur.
Блок 7 мониторинга верхнего строения пути определяет смещение рельсов по отношению к рельсовой плите с помощью датчиков 8 линейных перемещений рельсов, смещение рельсовой плиты по отношению к балкам с помощью датчиков 9 линейного перемещения плит, взаимное смещение балок в районе деформационных швов с помощью датчиков 10 линейного перемещения балок.The unit 7 monitoring the upper structure of the track determines the displacement of the rails with respect to the rail
В качестве источника данных используют показания датчиков 10, установленных на концах сооружения в районе деформационных швов. На сооружении устанавливаются восемнадцать датчиков перемещений, по девять с каждого конца. Из них четыре датчика определяют смещения рельсов по отношению к рельсовой плите, четыре датчика определяют смещения рельсовой плиты по отношению к балкам, а один - взаимное смещение балок в районе деформационного шва.As a data source use the readings of
Для учета влияния внешней среды на состояние искусственного сооружения служит информация метеостанции. Метеостанции являются неотъемлемой частью системы определения состояния конструкций и размещается на сооружениях с устанавливаемой системой мониторинга.To take into account the influence of the environment on the state of the artificial structure, information from the weather station is used. Weather stations are an integral part of the system for determining the state of structures and are located on structures with an installed monitoring system.
Результаты измерения характеристик опор с информационных выходов датчиков 2 и 3 блока 1 диагностики опор передаются по каналам проводной связи в блок 17 сбора и преобразования данных, а результаты контроля их состояния - в блок 21.The results of measuring the characteristics of the supports from the information outputs of the
Результаты измерения датчиков 5 и 6 блока 4 диагностики пролетных строений передаются в блок 18, а результаты их контроля их состояния - в блок 22.The measurement results of the
Результаты диагностики датчиков 8-10 блока 7 мониторинга верхнего строения пути передаются в блок 19, а результаты их контроля их состояния - в блок 23.The diagnostic results of the sensors 8-10 of the block 7 monitoring the upper structure of the track are transmitted to block 19, and the results of their monitoring of their condition - to block 23.
Результаты измерений датчиков 12-16 метеостанции передаются в блок 20, а результат их контроля - в блок 24.The measurement results of the sensors 12-16 of the weather station are transmitted to block 20, and the result of their monitoring to block 24.
В блоках 17, 18, 19 и 20 результаты измерения датчиков 2-3, 5-6, 8-10 и 12-16 преобразуются в информационные данные соответственно углов наклона и вибрации опор, углов наклона и вибрации пролетных строений, относительных линейных перемещений рельсов, балок и рельсовых плит, внешних климатических воздействий (температуры окружающей среды и узлов конструкции, влажности, скорости и направления ветра).In blocks 17, 18, 19 and 20, the measurement results of sensors 2-3, 5-6, 8-10 and 12-16 are converted into information data, respectively, of the angles of inclination and vibration of the supports, the angles of inclination and vibration of the spans, the relative linear movements of the rails, beams and rail plates, external climatic influences (ambient temperature and structural units, humidity, wind speed and direction).
В блоках 21, 22, 23 и 24 электрические сигналы соответственно от датчиков 2-3, 5-6, 8-10 и 12-16 преобразуются в информационные данные сравнения с критическими данными датчиков по характеристикам измеряемых величин.In blocks 21, 22, 23 and 24, electrical signals from sensors 2-3, 5-6, 8-10 and 12-16, respectively, are converted into information data for comparison with critical sensor data according to the characteristics of the measured values.
Информация блоков 17, 18, 19 и 20 по общей проводной шине 26 передается в блок 25 обработки и анализа данных мониторинга искусственного сооружения, где осуществляется ранжирование состояния элементов конструкций в зависимости от предыдущего состояния и важности функционирования в объекте моста.The information of blocks 17, 18, 19 and 20 via a
Информация блоков 21, 22, 23 и 24 по общей проводной шине 28 передается в блок 27, осуществляется ранжирование их состояния по уровню их технической надежности и времени замены или ремонта.Information of the blocks 21, 22, 23 and 24 via a
Данные с выходов блоков 25 и 27 передаются в сервер 29, где записываются в блок 30 памяти режима работы реального времени и в блок памяти 31 данных эксплуатационного режима работы. Данные блока 30 памяти используются работниками оперативного контроля и управления движением высокоскоростных поездов в едином диспетчерском центре управления (ЕДЦУ) для принятия оперативных мер по безопасному функционированию элементов конструкции моста. Данные блока 31 памяти используются в центре управления безопасностью (ЦУБ) для контроля безопасности элементов конструкций искусственного сооружения и своевременной замены диагностических датчиков.Data from the outputs of blocks 25 and 27 are transmitted to the server 29, where they are recorded in the real-time operating mode memory unit 30 and in the operational operating mode data memory unit 31. The data of the memory unit 30 is used by employees of operational control and control of the movement of high-speed trains in a unified control center (UDCU) to take operational measures for the safe functioning of the structural elements of the bridge. The data of the memory unit 31 is used in the safety control center (CSC) to monitor the safety of structural elements of the artificial structure and timely replacement of diagnostic sensors.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018119990A RU2698419C1 (en) | 2018-05-30 | 2018-05-30 | System for monitoring high-speed highway artificial structures |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018119990A RU2698419C1 (en) | 2018-05-30 | 2018-05-30 | System for monitoring high-speed highway artificial structures |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2698419C1 true RU2698419C1 (en) | 2019-08-26 |
Family
ID=67733758
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018119990A RU2698419C1 (en) | 2018-05-30 | 2018-05-30 | System for monitoring high-speed highway artificial structures |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2698419C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115541213A (en) * | 2022-09-13 | 2022-12-30 | 交通运输部水运科学研究所 | Grain steel plate silo structure safety monitoring device |
| CN115808324A (en) * | 2023-01-30 | 2023-03-17 | 湖南东数交通科技有限公司 | Lightweight safety management monitoring method and system for small and medium-span bridges |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2308692C1 (en) * | 2006-02-26 | 2007-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ) | Method and device for monitoring bridge |
| RU103372U1 (en) * | 2010-11-13 | 2011-04-10 | Николай Вадимович Гулин | BUILDING PANEL |
| RU2434300C1 (en) * | 2010-06-11 | 2011-11-20 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Информатизации, Автоматизации И Связи На Железнодорожном Транспорте" | Method and apparatus for monitoring and controlling state of manmade structures |
| RU123187U1 (en) * | 2012-08-15 | 2012-12-20 | Открытое акционерное общество "Авангард" | SYSTEM OF AUTOMATED FUNCTIONAL-TECHNICAL MANAGEMENT IN REAL TIME BY THE INFRASTRUCTURE OF ENGINEERING SAFETY OF UNDERLOADING CONSTRUCTIONS OF UNIQUE RESIDENTIAL AND PUBLIC BUILDINGS |
| US9593927B2 (en) * | 2013-02-05 | 2017-03-14 | Hexagon Technology Center Gmbh | Dynamical monitoring and modelling of a coordinate measuring machine |
-
2018
- 2018-05-30 RU RU2018119990A patent/RU2698419C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2308692C1 (en) * | 2006-02-26 | 2007-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ) | Method and device for monitoring bridge |
| RU2434300C1 (en) * | 2010-06-11 | 2011-11-20 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Информатизации, Автоматизации И Связи На Железнодорожном Транспорте" | Method and apparatus for monitoring and controlling state of manmade structures |
| RU103372U1 (en) * | 2010-11-13 | 2011-04-10 | Николай Вадимович Гулин | BUILDING PANEL |
| RU123187U1 (en) * | 2012-08-15 | 2012-12-20 | Открытое акционерное общество "Авангард" | SYSTEM OF AUTOMATED FUNCTIONAL-TECHNICAL MANAGEMENT IN REAL TIME BY THE INFRASTRUCTURE OF ENGINEERING SAFETY OF UNDERLOADING CONSTRUCTIONS OF UNIQUE RESIDENTIAL AND PUBLIC BUILDINGS |
| US9593927B2 (en) * | 2013-02-05 | 2017-03-14 | Hexagon Technology Center Gmbh | Dynamical monitoring and modelling of a coordinate measuring machine |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115541213A (en) * | 2022-09-13 | 2022-12-30 | 交通运输部水运科学研究所 | Grain steel plate silo structure safety monitoring device |
| CN115808324A (en) * | 2023-01-30 | 2023-03-17 | 湖南东数交通科技有限公司 | Lightweight safety management monitoring method and system for small and medium-span bridges |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wong | Instrumentation and health monitoring of cable‐supported bridges | |
| US11181445B2 (en) | Devices, systems and methods, and sensor modules for use in monitoring the structural health of structures | |
| Chen | Structural health monitoring of large civil engineering structures | |
| CN107858883B (en) | Comprehensive monitoring and intelligent analysis method for safety state of track system | |
| CN107609304B (en) | PHM-based fault diagnosis and prediction system and method for long-span railway bridges | |
| Brown et al. | Monitoring of structures using the global positioning system. | |
| CN110926523A (en) | High-speed railway bridge safety perception and early warning system under complicated abominable condition | |
| Yun et al. | Recent R&D activities on structural health monitoring for civil infra-structures in Korea | |
| JP2012168152A (en) | Analytic method for structure safety | |
| CN211085336U (en) | A bridge remote monitoring system suitable for suspension bridges | |
| Hoag et al. | Measuring displacements of a railroad bridge using DIC and accelerometers | |
| RU2413193C2 (en) | Method to monitor safety of bearing structures, structural elements of buildings and structures and system for its realisation | |
| Lau et al. | Structural health monitoring of three cable-supported bridges in Hong Kong | |
| RU2698419C1 (en) | System for monitoring high-speed highway artificial structures | |
| RU2250444C2 (en) | Method of monitoring bridge during use | |
| CN119043415A (en) | Road and bridge on-line health monitoring system | |
| Nadi et al. | Behavior of a steel structure railway bridge under dynamic loadings | |
| Venglár et al. | Performance assessment of steel truss railway bridge with curved track | |
| Cartiaux et al. | Traffic and temperature effects monitoring on bridges by optical strands strain sensors | |
| ES2653651B2 (en) | Method for determining real modal parameters of a structure | |
| CN112525140B (en) | Beidou deformation inspection system | |
| Morais et al. | Continuous monitoring and evaluation of railway tracks: system description and assessment | |
| RU2751053C1 (en) | Information and analytical system for monitoring mechanical safety of constructions of complex engineering structures | |
| Smarsly et al. | Validation of an ultra-low-cost wireless structural health monitoring system for civil infrastructure | |
| CN115900918A (en) | Machine vision used in monitoring system and method of vortex induced resonance in main span of long-span cable bridge bridge |