PROCENA INTEGRITETAMOSTOVSKE KONSTRUKCIJE

BAZIRANA NA RIZIKU

Miodrag Pavii, gra. in.Nezavisni konsultant

PROCES /FUNKCIJA/ OTEENJAD

Du

D1

D0

t0 t1

[Ot

een

je]

[Vreme] tu text.

Granino stanje nosivosti

Oteenje koje se tolerie

Granino stanje upotrebljivosti

Inicijacija oteenja

Sanacija konstrukcije

Granino stanje velikih oteenja

GRANINO STANJE:R S 0

R,R,S S R- otpornostS- optereenje

R(t)

S(t)

t cr Vreme

PROCENA INTEGRITETA pitanja koja se otvaraju

Koji su faktori od najveeg znaaja tokom starenja konstrukcije?

Kako degradira inicijalna otpornost konstrukcije, R = R[D(t)]?

Kakav je gradijent prirasta optereenja i koji su ekstremni efekti?

Koji su kritini elementi sistema?

Koji i kakav postupak inspekcije treba planirati i organizovati?

Koja merenja, uzorkovanja, NDT i druga ispitivanja treba primeniti?

Koji je oekivani preostali ivotni vek konstrukcije?

POSTUPAK PROCENE INTEGRITETA

1. Inspekcija konstrukcije Bazirana na riziku

2. Identifikacija oteenja Opis, skice i fotografije

3. Ispitivanja Materijal i konstrukcija

4. Rejting stanja Kvantifikacija oteenja

5. Procena integriteta Bazirana na riziku

1. INSPEKCIJA KONSTRUKCIJE MOSTA

Deterministiki prilaz:

Prema unapred odreenom vremenskom planu, obino u jednakim intervalima, sprovodi se kompletan pregled konstrukcije/Skupo i dugotrajno/

Probabilistiki prilaz:

Pregledaju se samo elementi konstrukcije povienog rizika /verovatnoe loma/, prema vremenskom planu koji diktira stanje elemenata procenjeno prethodnim pregledom/Efikasno i optimalno/

2. IDENTIFIKACIJA OTEENJA

Kvalitativna, opisna karakterizacijaoteenje lokacija, razmera, izgled,uzrok, posebna zapaanja, klasifikacija..

Nedostatak: Subjektivno/Podlono slobo-dnoj proceni inenjera-inspektora

Fotografija preuzeta iz Izvetaja o pregledu mosta (2006 g.) izvrenog od strane strune ekipe Mostprojekt-a

3. ISPITIVANJA /opciono/

1. ISPITIVANJE MATERIJALA

- kontrola vrstoe betona- dubina prodora hlornih jona- zamor materijala- kontrola zavarenih spojeva- ...

2. ISPITIVANJE KONSTRUKCIJE

- ispitivanje pod probnim optereenjem- identifikacija sistema- monitoring

4. REJTING STANJA*

Mogua oteenja se evidentiraju/tipiziraju (n=32)Sraunava se rejting prema formuli:

Gi - tip oteenja (ocena 1- 5 zavisno od ozbiljnosti ot.)k1i - izraenost oteenja (0-1)k2i - intezitet oteenja (0-1)k3i - znaaj konstruktivnog elementa (0-1)k4i - zahtevana urgentnost intervencije (0-10)

*) Austrijski model, Projekt BRIME PL97-2220 (Del. D-2, 1999)

=n

iiiii kkkkGS1

4321

Table 1.3 Condition rating value S

Damage class Definition S

1 No or very little deterioration 0-3 2 Little deterioration 2-8 3 Medium to severe deterioration 6-13 4 Severe deterioration 10-25 5 Very severe deterioration 20-70 (k4=10) 6 Very severe or total deterioration >50 (k4=10)

*) Austrijski model, Projekt BRIME PL97-2220 (Del. D-2, 1999)

5. PROCENA INTEGRITETA

ANALIZA RIZIKA

R, S Sluajne veliine

Granino stanje: R S ili R S = m 0

R, S, m opisane normalnom funkcijom raspodele verovatnoe

Rsr , Ssr , msr srednje vrednosti

R , S , m standardna odstupanja

msr = Rsr - Ssr

m = 2R + 2S

R = R / R , S = S / S koeficijenti varijacije

R I Z I K

VEROVATNOA DOSTIZANJA GRANINOG STANJA :

Vremenski zavisna funkcuja

funkcija gustine verovatnoe otpornosti

funkcija gustine verovatnoe optereenja

[ ] [ ] dttftfSRPSRPtP SRrrf )()(0)(0

=

IZBOR MERODAVNOG GRANINOG STANJA

1. Napon: T( D)

2. Uslov stabilnosti P Pcr

3. Faktor inteziteta napona: KI KIc

4. Deformacija: cr = L/N(konst.)

5. Kritina duina prsline: da/dN = C (K)n

(ac aN 0)

MOST GAZELADali e se sruiti?

ANALIZA MOGUEG MEHANIZMA LOMA

Statiki sistem/prostorni model konstrukcije mosta:

Skica preuzeta iz glavnog projekta sanacije

Sa aspekta pouzdanosti konstrukcija statiki sistem mostaGazela se moe svrstati u grupu paralelnih sistema:

Oteenje/lom jednog elementa sistema vodi do redistribucije uticaja

N1pf1

N2pf2

N1 N2

=

==n

1if pf2pf1pfiP

p= saobraajno (pre)opetereenje

Inicijacija oteenja tipa poprene prsline na gornjem pojasu sanduka

Formiranje parcijalnog zgloba na glavnom nosau i redistribucija momenata

MOGUI MEHANIZAM LOMA

a.

b.

Hazardi: k= izraena korozija

Formiranje drugog parcijalnog zgloba na glavnom nosau i nova redistribucija momenatac.

Formiranje treeg parcijalnog zgloba i progresivni lom konstrukcijed.

2. Pravo pitanje: koja je brzina odvijanja procesa prema navedenom mehanizmu od a. d. i pod kojim okolnostima?

1. Pitanje: dali je navedeni mehanizam najverovatniji od moguih?

DIGRESIJAO UZROKU POJAVE UOENE PRSLINE

- Globalni lom sistema- Lokalni lom (elementa) sistema

Kolovozna tabla projektovana je i izvedena debljine 10 do 20 mm i kao takva ima veoma malu fleksionu krutostPoduni nosai /ukruenja kolovozne table/ su torziono mekani elementi to dodatno doprinosi poveanoj savitljivosti kol. tableStatiki sistem kolovozne table je beskonana traka sa graninim uslovom koji predpostavlja ukljutenje na podunim krajevimaUgaoni zavari za vezu kol. table sa vertikalnim limom sanduka supod veoma sloenim, vieosnim naponskim stanjem koje rezultira usled delovanja momenata savijanja i transverzalnih sila od globalnog, lokalnog i sub-lokalnog dejstva optereenja.

Sva ova dejstva imaju zamorne karakteristeke

PROBLEM ZAMORA ... 1963 g.

Koncept prorauna konstrukcije mosta na zamor bazno je pretstavljao odnos: r = min/max.... koefic. Z (za N25 i N35)

Ddoz= Z x doz

D dinamika jaina materijala (N=2x106 ciklusa)doz dozvoljeni napon za statiko naprezanje

Kod drumskih mostova efekat zamora je zanemarljiv (Z=1)

PROBLEM ZAMORA... 2007 g.

ENV 1993-1-1: 1992Koncept prorauna konstrukcije mosta na zamor bazno pretstavlja odnos: = max min

Ff parcijalni faktor sigurnosti za zamorno optereenjeE2 naponska razlika pri ekvivalentnoj konst. ampl. za 2x106 ciklusaE2= x p , faktor ekvivalentnog oteenja p referencni naponski opsegp = |max-min|/2c otpornost na zamor odgovarajue kategorije detalja pri 2x106 ciklusaMf parcijalni faktor sigurnosti za vrstou na zamor

Mf

cE2Ff

Karakteristika optereenja:

Dinamiko optereenje ciklinog karaktera sa neujednaeno promenljivom amplitudom

Karakteristika oteenja:

Kumulativni karakter (sa ciklusima ili blokovima optereenja)

Razvoj oteenja odvija sa u 2 faze:

1. Inicijacija prsline

2. Propagacija prsline

Inicijacija prsline na slabom mestu (greka u materijalu, dejstvo korozije...)

Propagacija prsline (u subkritinom) reimu rezultat razvoja lokalne plastifikacije

RIZIK OD ZAMORA

Zamorni karakter propagiranja prsline

da/dN = C (KI)n Paris-Erdogan (1963 g)

C, n const. (karakteristike materijala)da/dN prirataj rasta prslineKI = a - prirataj factora inteziteta napona

Inicijacija i propagacija prsline fenomeni sluajnog karaktera, te se mogurazmatrati sa aspekta verovatnoe pojave

Rizik verovatnoa dostizanja uslova nestabilnosti prsline:

Granino stanje: KI KIc ili a acr ili N Ncr

Problemi i nesigurnosti:

Neujednaena promena amplitude optereenja

- Nepoznata istorija optereenja

-C, n sluajne veliiine

Mugu put ka pravom reenju

Metodologija analize zamora koja se primenjuje u avionskoj industriji bazirana na fundamentalnom radu:

Freudenthal and Gumbel, Physicala and Statistical Aspects of Fatigue (1956)

ZAKLJUZAKLJUAKAK1. Procenu integritata mostovske konstrukcije treba obavljati na osnovu probabilistikog prilaza analize i procene rizika

2. Inspekciju konstrukcije mosta treba planirati i organizovati na osnovu procene rizika verovatnoe dostizanja graninog stanja pojedinih kritinih elemanata sistema

3. Kritine elemente sistema treba odabrati na osnovu prethodne analize najznaajnijih hazarda koji mogu da ugroze integritet konstrukcije tokom vremena

4. Prethodnom analizom identifikovati najverovatnije mehanizme loma /scenarijo i karakteristike nastupanja loma konstrukcije/

5. Prethodnom analizom utvrditi merodavno granino stanje i konsekvence

6. Sraunati rizik nastupanja ovog graninog stanja

7. Kodirati skalu rizika zanemarljiv, prihvaen, neprihvaen

8. Na osnovu skale doneti odluku o merama