P

IOTR

O

LASZEK

, [e-mail]

M

AREK

Ł

AGODA

, [e-mail]

Instytut Badawczy Dróg i Mostów
Politechnika Lubelska

UNIKNIĘCIE AWARII MOSTU

W WYNIKU BADAŃ POD PRÓBNYM OBCIĄśENIEM

AVOIDANCE OF A BRIDGE FAILURE

IN THE CONSEQUENCE OF THE LOAD TESTING

Streszczenie W referacie przedstawiono przebieg próbnego obciążenia konstrukcji mostowej, które
zostało przerwane ze względu na nieprawidłowe zachowanie się konstrukcji ustroju niosącego. W czasie
próbnego obciążenia statycznego, już po ustawieniu połowy obciążenia, zaobserwowano znaczne
przyrosty ugięć. Ze względu na znacznie mniejsze wartości ugięć zmierzonych w stosunku do wartości
obliczonych, wprowadzono pełny wariant obciążenia. Przy pełnym obciążeniu również zarejestrowano
znaczne przyrosty ugięć w czasie i z tego względu przerwano próbę. Wyniki badań zostały przedstawio-
ne wraz z ich analizą, określeniem przyczyn nieprawidłowego zachowania się konstrukcji I podaniem
propozycji naprawy. Zaprezentowano również drugie próbne obciążenie wykonane po naprawie, które
potwierdziło skuteczność naprawy i potwierdziło diagnozę postawioną po pierwszym badaniu.

Abstract The procedure of load testing is presented at the paper. Because of unusual bridge behaviour
the procedure was stopped. During static load testing at the moment of half load, considerable deflection
increments were observed. Because of fact that measured deflections were smaller than calculated
deflections, the process of loading was continued. The considerable deflection increments were observed
during complete load value, so the decision to stop load testing was made. The results of load testing,
bridge structure unusual behaviour and the suggestion for structure repair are described. The second load
testing, which was done after the repair, is also presented. The first load testing diagnosis was confirmed.

1. Wstęp

Próbne obciążenia są jedną z najskuteczniejszych metod oceny poziomu bezpieczeństwa

pracy konstrukcji pod obciążeniami zmiennymi. W różnych krajach stosowane są zarówno
do oceny nośności istniejących mostów jak i do odbioru nowych konstrukcji przed ich prze-
kazaniem do eksploatacji [1, 2, 3, 4]. Szeroko rozpowszechniony jest pogląd, że tylko
właściwie wykonane obciążenie konstrukcji jest w stanie pokazać, w jaki sposób konstrukcja
pracuje, jakimi parametrami dynamicznymi się charakteryzuje i w jakim stopniu poszcze-
gólne jej elementy przenoszą siły. śadne, nawet bardzo wyrafinowane metody teoretyczne,
nie są w stanie uwzględnić wszystkich czynników wpływających na pracę konstrukcji.
Przedstawiony w pracy przykład próbnego obciążenia, wykonywanego jako badanie odbior-
cze, pokazuje jak ważne jest właściwe przeprowadzenie badania ze szczególnym uwzglę-
dnieniem metod pomiarowych umożliwiających prowadzenie na bieżąco (podczas przyrostu,
w czasie trwania i po zakończeniu obciążenia) analizy zachowania się konstrukcji [5].

1220

Olaszek P. i inni: Uniknięcie awarii mostu w wyniku badań pod próbnym obciążeniem

2. Opis badanej konstrukcji

Badana konstrukcja jest mostem drogowym i składa się z trzech swobodnie podpartych

przęseł o rozpiętościach: 29,00 + 21,20 + 29,00 m. Most ze względu na zły stan techniczny,
zniszczony drewniany pomost oraz ograniczenie nośności do 3,5 tony, został poddany
remontowi. Konstrukcję mostu po remoncie pokazano na rys. 1.

Rys. 1. Widok ogólny konstrukcji mostu

Przęsła skrajne mostu złożone są z trzech stalowych dźwigarów dwuteowych o wyso-

kości 750 mm, do których dodano pasy dolne i krzyżulce tworzące kratownice. Rozstaw
osiowy dźwigarów wynosi 2,80 m. Dźwigary główne połączone są stężeniami wykonanymi
z dwuteowników o wysokości 400 mm. W trakcie remontu, na stalowych dźwigarach przęseł
skrajnych wykonano zespoloną płytę żelbetową o grubości 21 cm ze skosami nad dźwigara-
mi. Na rys. 2 pokazano szczegóły konstrukcji jednego z przęseł skrajnych. Przęsło środkowe
mostu złożone jest z pięciu stalowych dźwigarów dwuteowych o wysokości 750 mm
wzmocnionych przez dodanie od dołu dwóch nakładek stalowych o wymiarach 30

×

360 mm

i długości 16680 mm górna i 11640 mm dolna. Rozstaw osiowy wynosi 1,40 m. Dźwigary
przęsła połączone są stężeniami wykonanymi z dwuteowników o wysokości 400 mm.
W trakcie remontu na stalowych dźwigarach przęsła środkowego wykonano zespoloną płytę
ż

elbetową o grubości 21 cm ze skosami nad dźwigarami. Wszystkie połączenia stalowe

zaprojektowano, jako połączenia tarciowe na śruby sprężające.

Po remoncie uzyskano szerokość jezdni 6,60 m i obustronne chodniki po 1,25 m. Całko-

wita szerokość płyty pomostu wynosi 10,06 m. Po remoncie most miał przenosić obciążenie
klasy B wg PN-85/S-10030, co miało być potwierdzone przez opisywane próbne obciążenie.

Konstrukcje mostowe

1221

3. Przebieg pierwszego próbnego obciążenia

Podczas badań mierzono ugięcia mostu, przemieszczenia pionowe na łożyskach oraz

osiadanie podpór. Pomiar ugięć dla przęseł skrajnych oraz przemieszczeń pionowych na
łożyskach wykonano z zastosowaniem przetworników indukcyjnych przemieszczeń z reje-
stracją komputerową, przy pomocy systemu Spider8 firmy Hottinger Baldwin Messtechnik
z częstotliwością próbkowania równą 5 Hz. Pomiar ugięć dla przęsła środkowego planowano
wykonać z zastosowaniem automatycznego tachimetru elektronicznego firmy Leica z fun-
kcją automatycznego znajdowania celu, z wykorzystaniem rozmieszczonych na konstrukcji
reflektorów pryzmatycznych. Pomiar osiadania podpór wykonano z zastosowaniem niwelacji
geometrycznej, za pomocą cyfrowych niwelatorów precyzyjnych firmy Leica i firmy Topcon
oraz łat kodowych umieszczonych stacjonarnie na podporach. Rozmieszczenie punktów
pomiarowych pokazano na rys. 3.

Rys. 2. Szczegóły konstrukcji przęsła skrajnego

1222

Olaszek P. i inni: Uniknięcie awarii mostu w wyniku badań pod próbnym obciążeniem

Rys. 3. Rozmieszczenie punktów pomiarowych

Do obciążenia próbnego wykorzystano cztery samochody ciężarowe Tatra 815S, o średniej
masie całkowitej równej 26760 kg. Samochody były wprowadzane na przęsła skrajne
zgodnie z rys. 4.

Rys. 4. Rozmieszczenie i kolejność ustawiania samochodów na przęśle skrajnym

W czasie próbnego, statycznego obciążenia pierwszego obciążanego przęsła skrajnego (CD)
zaobserwowano, już po ustawieniu dwóch ciężarówek, znaczne przyrosty ugięć. Ze względu
jednak na znacznie mniejsze wartości ugięć zmierzonych w stosunku do wartości obliczo-
nych, wprowadzono kolejne dwie ciężarówki. Z uwagi na rejestrowane znaczne przyrosty
ugięć w czasie (rys. 5), nie czekano na ich stabilizację, tylko przerwano próbę.

Na drugim przęśle skrajnym (AB) zaobserwowano podobne zachowanie się konstrukcji

(rys. 6), tj. znaczne przyrosty ugięć, które wystąpiły dla 2, 3 i 4 ustawionych ciężarówek.
Z tego względu również nie czekano na stabilizację ugięć tylko przerwano próbę. Biorąc pod
uwagę ewentualne zagrożenie bezpieczeństwa konstrukcji nie obciążano przęsła środkowego.

Zaobserwowany w przypadku obu badanych przęseł brak tendencji do stabilizacji ugięć

w fazie pełnego obciążenia wynika wyłącznie z pracy ustroju nośnego. Mierzone osiadania
podpór przyjmowały wartości znacznie mniejsze od mierzonych wartości przyrostów ugięć
i szybko się stabilizowały. Również mierzone przemieszczenia pionowe na łożyskach
przyjmowały wartości znacznie mniejsze od mierzonych wartości przyrostów ugięć.

Wpływ innych czynników zewnętrznych (np. temperatury) na zaobserwowane zjawisko

braku stabilizacji ugięć został wykluczony. Ze względu na występowanie w czasie obciąże-
nia pierwszego przęsła skrajnego podobnych warunków temperaturowych dla drugiego
nieobciążonego w tym czasie przęsła skrajnego, zastosowano korekcję rejestrowanych ugięć
badanego przęsła skrajnego z wykorzystaniem rejestrowanych w tym samym czasie ugięć
nieobciążonego przęsła skrajnego.

Konstrukcje mostowe

1223

Rys. 5. Przebieg ugięć podczas próbnego obciążenia przęsła skrajnego CD

Rys. 6. Przebieg ugięć podczas próbnego obciążenia przęsła skrajnego AB

W tab. 1 przedstawiono zestawienie wartości ugięć zmierzonych i obliczonych dla obu przę-
seł skrajnych.

1224

Olaszek P. i inni: Uniknięcie awarii mostu w wyniku badań pod próbnym obciążeniem

Tablica 1. Zestawienie wartości ugięć zmierzonych i obliczonych dla obu przęseł skrajnych (wartości

zmierzone przedstawiono po zastosowaniu korekcji uwzględniającej osiadanie podpór)

Ugięcia [mm]

Relacje [%]

Zmierzone

Opis punktu

pomiarowego

Obliczone

Całkowite

Sprężyste Trwałe

Sprężyste

Obliczone

Trwałe

Całkowite

Obciążenie na przęśle CD

Dźwigar nr 1

-12,08

-12,30

-5,44

-6,87

45%

56%

Dźwigar nr 2

-12,06

-12,14

-6,16

-5,98

51%

49%

Dźwigar nr 3

-12,08

-10,97

-5,99

-4,97

50%

45%

Obciążenie na przęśle AB

Dźwigar nr 1

-12,08

-11,28

-6,38

-4,90

53%

43%

Dźwigar nr 2

-12,06

-10,95

-6,43

-4,52

53%

41%

Dźwigar nr 3

-12,08

-8,90

-5,34

-3,56

44%

40%

4. Analiza wyników badań i przyczyn nieprawidłowości

Na przedstawionych przebiegach ugięć bardzo wyraźnie widać znaczne gradienty przyro-

stów ugięć, świadczące o nieprawidłowej pracy konstrukcji. Gradienty te były tym większe,
im większe było obciążenie. Ich charakter nie miał cech związanych z uplastycznieniem
materiału elementów nośnych (stali), tym bardziej, że szacowany poziom naprężeń był dość
niski. Obraz przyrostów ugięć przemawiał raczej za tym, że w konstrukcji likwidowane są
podczas obciążenia niekontrolowane luzy. Można było postawić hipotezę, że źródło tych
luzów tkwi w nieprawidłowej pracy połączeń tarciowych.

Dobrze się stało, że przerwano badania pod próbnym obciążeniem i odciążono przęsła,

gdyż w przeciwnym razie mogłoby dojść do wyczerpania luzów między trzpieniami śrub
sprężających i otworami w elementach konstrukcyjnych. W konsekwencji tego trzpienie śrub
w sposób niekontrolowany, tj. nie jednocześnie, włączałyby się do przenoszenia obciążeń
ś

cinających, co mogłoby doprowadzić do poważnej w skutkach awarii.

W celu weryfikacji hipotezy o przyczynie nieprawidłowego zachowania się konstrukcji

przeprowadzono obliczenia ugięć przęsła skrajnego pod obciążeniem próbnym wywołują-
cym maksymalny moment zginający w konstrukcji przęsła dla dwóch schematów statycz-
nych: ramy o połączeniach sztywnych w węzłach pasa dolnego, słupków i krzyżulców, oraz
ramy o połączeniach podatnych, umożliwiających wzajemne przemieszczenia w węzłach
pasa dolnego, słupków i krzyżulców o wartości do ± 2 mm (losowe sumowanie się luzów
między trzpieniem śrub i otworami na śruby). Na podstawie przeprowadzonych obliczeń
stwierdzono, że wpływ wzajemnych przemieszczeń w połączeniach konstrukcji dźwigara na
wartość ugięcia obciążonego przęsła jest bardzo znaczący, w rozpatrywanym przypadku
ugięcia wzrastają ponad 2 razy w stosunku do ugięć obliczonych dla konstrukcji o węzłach
sztywnych, co jest zgodne z wynikami badań.

Z analizy dokumentacji technicznej (w projekcie wykonawczym) wynikało, że Projektant

założył współczynnik tarcia o wartości µ = 0,45, a nawet dla jednego węzła µ = 0,50. Są to
bardzo wysokie wartości współczynników, tymczasem w Szczegółowych Specyfikacjach
Technicznych brakowało opisu, w jakich warunkach i w jaki sposób należy przygotować
powierzchnie kontaktowe połączeń. Nie podano również sposobu określenia współczynnika
tarcia, wykonywania połączeń tarciowych ani warunków skręcania śrub i kontroli ich naciągu.

Konstrukcje mostowe

1225

Na podstawie analizy dokumentacji budowy i rozmów z Wykonawcą stwierdzono,

ż

e przygotowanie powierzchni kontaktowych było wykonywane za pomocą obróbki strumie-

niowo-ciernej (piaskowanie). Krawędzie styku połączeń, dla lepszego zabezpieczenia anty-
korozyjnego smarowano specyfikiem SikaFlex. Podczas wykonywania połączeń nie wyko-
nywano elementów próbnych w celu określenia współczynnika tarcia, który do tej pory
pozostał nieznany. Podsumowując można było stwierdzić, że Wykonawca z uwagi na braki
w dokumentacji opisane powyżej, wykonał połączenia sprężone o nie pełnej nośności.
Przygotowanie powierzchni kontaktowych połączeń były nieprawidłowe z uwagi na nieje-
dnokrotnie zbyt długi czas między piaskowaniem powierzchni a skręcaniem połączenia oraz
posmarowanie krawędzi SikaFlexem wprowadziło do powierzchni kontaktowych warstwę
poślizgową.
Na podstawie powyższej analizy, wykonano naprawę polegającą na wykonaniu niezależnych
połączeń spawanych (dających w efekcie równolegle działające połączenia) między elemen-
tami konstrukcji, które były dotychczas połączone tarciowo.

5. Przebieg drugiego próbnego obciążenia

Próbne obciążenie wykonano po naprawie połączeń, w sposób zgodny z pierwszą próbą.

Wyniki pomiarów wykazały, że po naprawie konstrukcja pracowała prawidłowo. Przykłado-
wy przebieg ugięć podczas próbnego obciążenia przęsła skrajnego przedstawiono na rys. 7.

Rys. 7. Przebieg ugięć podczas próbnego obciążenia przęsła skrajnego AB

6. Wnioski

Przedstawiony przykład próbnego obciążenia pokazuje, że właściwie wykonane badanie

jest w stanie prawidłowo zdiagnozować badaną konstrukcję. Zastosowanie metod pomiaro-
wych umożliwiających prowadzenie na bieżąco analizy zachowania się konstrukcji
w tym przypadku najprawdopodobniej zapobiegło awarii.

1226

Olaszek P. i inni: Uniknięcie awarii mostu w wyniku badań pod próbnym obciążeniem

Na rys. 8 przedstawiono jak by wyglądał zarejestrowany przebieg ugięć, gdyby stosowa-

no metody pomiarowe z długim czasem pomiędzy odczytami. Jak widać w takim przypadku
prawidłowe prowadzenie na bieżąco interpretacji wyników badań byłoby praktycznie niemo-
ż

liwe. W rezultacie mogłoby dojść do awarii podczas wykonywania próbnego obciążenia

lub niewłaściwej oceny konstrukcji i późniejszej awarii w czasie eksploatacji.

Rys. 8. Zarejestrowane przebiegi ugięć podczas próbnego obciążenia przęsła skrajnego

z częstotliwością odczytów raz na 15 minut i 5Hz

Literatura

1. Casas J. R.: Assessment and monitoring of existing bridges to avoid unnecessary strengthening

or replacement. Bridge Maintenance, Safety, Management and Life-Cycle Optimization, IABMAS
2010, Philadelphia 2010.

2. Nowak A.S., Rakoczy A. M.: Diagnostic Procedures for Assessment of Structures. 56 Konferencja

Naukowa Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN oraz Komitetu Nauki PZITB, Kielce-Krynica
2010.

3. Łagoda M.: Zagadnienia próbnych obciążeń w diagnostyce mostów, II Sympozjum „Diagnostyka

i badania mostów”, Politechnika Opolska, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Opole 2003.

4. The Institution of Civil Engineers National Steering Committee for the Load Testing of Bridges:

Guidelines for the supplementary load testing of bridges, T Telford Publications, London 1998.

5. Łagoda M., Mazanek M. Olaszek P.: Zalecenia dotyczące wykonywania badań pod próbnym

obciążeniem drogowych obiektów mostowych, GDDKiA Warszawa 2008.