18.10.2007 | Ing. Petr Rudolf
Zásady hybridní metody hodnocení stavu mostních objektů s použitím metod umělé výpočetní inteligence pro systémy pro správu železničních mostů
1 Úvod do hodnocení stávajících konstrukcí dle mezinárodních norem Hodnocení stávajících konstrukcí (i mostních objektů) je nyní významným technickým úkolem [6]. Stavební (i mostní) inženýři jsou stále častěji vyzýváni k tomu, aby s přihlédnutím k omezeným nákladům navrhli způsoby, jak prodloužit životnost konstrukcí. Stanovení zásad hodnocení stávajících konstrukcí (i mostních objektů) je nezbytné, protože vychází z podstatně odlišného pojetí, než je navrhování nových konstrukcí (mostních objektů), a vyžaduje znalosti překračující rozsah návrhových norem. Zásady hodnocení spolehlivosti jsou obsaženy v požadavcích na bezpečnost a použitelnost uvedené v mezinárodní normě ČSN ISO 2394 Obecné zásady spolehlivosti konstrukcí. Mezinárodní norma ČSN ISO 13822 Zásady navrhování konstrukcí – Hodnocení existujících konstrukcí uvádí mezinárodně platné postupy hodnocení spolehlivosti stávajících konstrukcí (i mostních objektů). Vychází z ČSN ISO 2394 a poskytuje obecné požadavky a postupy pro hodnocení stávajících konstrukcí (budov, mostů, průmyslových staveb, atd.), které vycházejí ze zásad spolehlivosti konstrukcí a z následků jejich poruchy. Součástí ČSN ISO 13822 je osm informativních příloh A až H, které uvádějí přehled termínů, vývojový diagram postupu hodnocení stávajících konstrukcí, vysvětlují způsob aktualizace měřených veličin, použití statických nebo dynamických zkoušek, postupy pro stanovení časově závislé spolehlivosti. Tuto normu lze použít pro hodnocení libovolného druhu stávající konstrukce (mostního objektu) z libovolného materiálu. 2 Terminologie hodnocení stávajících konstrukcí dle ČSN ISO 13822 Pro účely této mezinárodní normy ČSN ISO 13822 platí termíny a definice uvedené v ČSN ISO 2394 a následující (viz také příloha A a národní příloha NA) [6]. Hodnocení konstrukce (i mostního objektu) je soubor (souhrn) všech činností (potřebných) prováděných za účelem ověření (posouzení) spolehlivosti stávající konstrukce z hlediska jejího budoucího použití. Průzkum je shromažďování a hodnocení informací na základě prohlídky, přezkoumání dokumentace, zatěžovací zkoušky a jiných zkoušek. Prohlídka je nedestruktivní šetření v místě stavby umožňující stanovit současný stav konstrukce (mostního objektu). Funkční (nosná) způsobilost konstrukce (mostního objektu) je kvalitativní nebo kvantitativní vyjádření chování konstrukce (např. únosnost, tuhost) ve smyslu její bezpečnosti a použitelnosti i trvanlivosti. Vada konstrukce (mostního objektu) je nedostatek konstrukce, který může ovlivnit funkční způsobilost konstrukce. Poškození je nepříznivá změna stavu konstrukce (mostního objektu), která může ovlivnit její funkční způsobilost. Porucha je pak nepříznivý stav konstrukce (mostního objektu), který nesplňuje požadavky na její funkční způsobilost. Degradace (zhoršení) konstrukce (i mostního objektu) je proces, který nepříznivě ovlivňuje funkční způsobilost, včetně spolehlivosti v čase vlivem: přirozeně se vyskytujících chemických, fyzikálních nebo biologických účinků; opakovaných zatížení, která mohou vyvolat únavu; obvyklých či nepříznivých vlivů prostředí; opotřebovanosti v důsledku způsobu využívání nebo nesprávného provozu nebo údržby konstrukce. Údržba konstrukce (mostního objektu) jsou obvyklá opatření pro zachování odpovídající funkční způsobilosti konstrukce. Obnova jsou pak práce potřebné k opravě, popř. k modernizaci stávající konstrukce (mostního objektu), tedy zahrnuje opravu a modernizaci. Oprava je zlepšení stavu konstrukce (mostního objektu) obnovením či nahrazením stávajících prvků, které byly poškozeny. Modernizace (tj. rekonstrukce, přestavba) jsou pak úpravy stávající konstrukce (mostního objektu) za účelem zlepšení její funkční způsobilosti. Zbytková životnost je období, po které se za předpokladu plánované údržby uvažuje či očekává, že stávající konstrukce (mostní objekt) je provozuschopná. Zatížitelnost konstrukce (mostního objektu) označuje největší charakteristické hodnoty užitných zatížení, pro které je konstrukce dostatečně spolehlivá. 3 Systém hodnocení stávajících konstrukcí dle ČSN ISO 13822 Dle této mezinárodní normy ČSN ISO 13822 postup hodnocení stávající konstrukce se obecně sestává z následujících kroků (viz vývojový diagram v příloze B), umožňujících provádět hodnocení s ohledem na současný stav konstrukce [6]. Jedná se především o: stanovení účelu hodnocení a scénářů působení konstrukce, provedení předběžného hodnocení a podrobného hodnocení a zpracování výsledků hodnocení konstrukce. Postupy hodnocení a provádění prohlídek mostních objektů drážních komunikací jsou uvedeny v předpisech Českých drah, především v ČD S 5 Správa mostních objektů [5]. 3.1 Předběžné hodnocení a předběžná prohlídka Podle čl. 4.5 ČSN ISO 13822 předběžné hodnocení stávající konstrukce zahrnuje toto: studium dokumentace a dalších údajů, předběžnou prohlídku, předběžné ověření, rozhodnutí o okamžitých opatřeních a doporučení pro podrobné hodnocení. Účelem předběžné prohlídky stávající konstrukce je identifikace konstrukčního systému, vad, možného poškození a poruch konstrukce pomocí vizuální prohlídky a jednoduchých nástrojů, a předběžně se stanoví jejich pravděpodobné příčiny. Shromážděné informace se vztahují např. k vlastnostem povrchu, viditelným deformacím, trhlinám, odprýskávání, korozi. Konkrétní vady a poruchy (deformace, trhliny, koroze, porušené prvky) se doporučuje popsat co nejpřesněji. Výsledky předběžné prohlídky se vyjadřují kvalitativním zatříděním stavu konstrukce podle jejího možného poškození (např. žádné, menší, mírné, závažné, destrukční, neznámé). Pokud se při předběžné prohlídce zjistí, že během požadované zbytkové životnosti je konstrukce spolehlivá, podrobné hodnocení se nevyžaduje. Jestliže se vyskytnou nejistoty v zatíženích, v účincích zatížení nebo ve vlastnostech konstrukce, doporučuje se provést podrobné hodnocení. 3.2 Podrobné hodnocení a podrobná prohlídka Podle čl. 4.6 ČSN ISO 13822 podrobné hodnocení stávající konstrukce zahrnuje toto: podrobné vyhledání a prověření dokumentace, podrobnou prohlídku a zkoušky materiálů, stanovení zatížení, stanovení vlastností konstrukce, analýzu konstrukce a ověření. Konstrukční detaily, rozměry konstrukce a jejích prvků a také charakteristické hodnoty materiálových vlastností lze zjistit z projektové dokumentace, pokud je tato k dispozici a nejsou důvody k pochybnostem. V případě jakékoliv pochybnosti se výše uvedené detaily, rozměry a vlastnosti, uvažované v analýze, musí stanovit z podrobné prohlídky a ze zkoušek materiálů. Tato prohlídka se plánuje na základě již dostupných informací. Výsledkem podrobné kvantitativní prohlídky je soubor aktualizovaných hodnot nebo rozdělení pro příslušné parametry, které ovlivňují vlastnosti konstrukce (viz příloha C). 4 Informace a údaje pro hodnocení stávajících mostních objektů V tradičních systémech pro správu mostů pomocí počítače jsou informace uloženy jako údaje ve tvaru databáze [4]. Tyto informace, zakódované ve tvaru údajů, jsou uloženy a zpracovány ve výpočetním systému a po výkladu v přesné souvislosti jsou použity při rozhodovacích procesech. Rozbor informací, použitých při hodnocení stávajících mostních objektů, potvrzuje, že rozhodnutí jsou velmi často založena společně s přesnými informacemi na neostrých informacích a na informacích různého stupně neurčitosti [3]. V navrženém třídění jsou specifikovány tři typy definicí informací [4]: • přesné definice, např. geometrické charakteristiky, materiálové vlastnosti, které vycházejí z norem, příruček, atd.; • nepřesné, neostré (fuzzy) definice, např. technický stav, použitelnost, atd., které zčásti vycházejí ze subjektivního výkladu; • neurčité definice, např. estetika mostních objektů, které zcela vycházejí z individuálních subjektivních dojmů. Informace lze popsat s použitím dvou typů měr: • přesné míry vyjádřené obvykle pomocí čísel, např. délka rozpětí: 24 m, hodnocení stavu: 2, únosnost: 30 t; • neostré (fuzzy) míry vyjádřené pomocí neostrých (fuzzy) čísel (např. asi 20 m, mezi 20 t a 30 t) nebo pomocí neostrých (fuzzy) jazykových hodnot (např. velký, intenzivní, nevýznamný). Kombinace uvedených tří typů definic a dvou typů měr informací vytváří šest tříd informací. Všechny třídy informací se při správě mostních objektů obvykle používají.
|