안전을 위해 교량의 구조적 무결성을 실시간으로 측정 할 수 있습니까?


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이 질문에 대한 후속 조치로서, 구조적 무결성 모니터링 정보가 실시간으로 제공 될 수 있는지, 그리고 정보로부터 안전 결정이 현실적으로 이루어질 수있을 정도로 충분히 궁금합니다.

상황을 설명하기 위해 미국과 세계의 다른 지역에서 연방, 주 및 지방 정부는 교량을 포함한 인프라에 대한 구조적 무결성 보고서를 정기적으로받습니다. 이 보고서는 예약 된 평가를 수행 한 결과이며 평가 사이에 몇 개월 또는 몇 년이 걸릴 수 있습니다.

교량은 중요한 인프라를 제공하기 때문에 연방, 주 및 지방 정부 경제의 중요한 부분입니다. 금문교와 같은 역사적인 토지 마크를 보호하는 것도 중요합니다.

금문교 그림 1
골든 게이트 브릿지, 미국의 상징적 인 다리

불충분 한 정보의 결과는 매우 심각 할 수 있습니다. 예를 들어 2007 년 8 월에 I-35W 미시시피 강 다리가 무너져 많은 인명을 잃었습니다.

교량 붕괴 2007
붕괴 후 I-35W


질문:

  • 연방, 주 및 지방 정부에 임박한 교량 고장을 미리 경고 할 수 있도록 실시간 상태를 제공 할 수있는 기술이 있습니까? 예를 들어, I-35 붕괴를 예측하고 인명 손실을 피하기 위해 대중에게 통보 할 수있는 것이 있습니까? 이 무선 센서가 브리지의 구조적 무결성을 모니터링하는 것처럼 보이지만 도메인이 내 경험을 벗어 났기 때문에 확실하지 않습니다.

관련된 센서뿐만 아니라 구조물 전체에 센서를 분배하는 방법을 아는 것이 흥미로울 것입니다. 실패는 여러 가지 이유로 여러 곳에서 발생할 수 있습니다. 아는 측정하는 것은 마찬가지로 중요 할 수 있습니다 무엇을 측정합니다.
Paul

답변:


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브리지에 배치 하여 상태를 모니터링 할 수있는 여러 가지 센서가 있습니다 . I-35 교량이 무너진 후이 지역많은 홍보를 보았습니다 . 이러한 센서의 대부분 은 이전에 사용할 수 있었지만 그 필요성은 대중에게 분명하지 않았습니다.

센서

  • 가속도계
  • 스트레인 게이지
  • 변위 트랜스 듀서
  • 레벨 감지 스테이션 (기울기 모니터)
  • 풍속계
  • 온도 센서
  • 다이나믹 웨이트 인 모션 센서
  • 부식 모니터
  • 음향 균열 모니터
  • 어쿠스틱 케이블 모니터

이 센서는 유선 또는 무선 일 수 있습니다. 일부는 지나가는 차량 의 진동에 의해 구동되기도합니다 .

비용

교량 모니터링 시스템을 고려할 때 비용은 중요한 요소입니다. 초기 비용이 합리적으로 보일지라도 :

센서는 작고 무선이며 견고하며 유지 보수가 거의 필요 없다고 그는 말했다. 그들은에 대한 각각의 원가 계산으로, 10 년 이상 지속 할 것으로 예상된다 $ 평균 크기의 고속도로 다리에 대한 총 비용 500 개 센서에 대한 필요 (20) $ 10,000.

이는 센서의 지속적인 모니터링 비용을 설명하지 않습니다. 실시간 모니터링은 비싸고 실시간 모니터링보다 훨씬 적기 때문에 이미 너무 얇게 늘어난 교통부 예산을 지속적으로 소진합니다. 예산에 더 많은 돈이 있다면 교량의 상태가 더 좋을 것입니다.

이 교량은 이미 건물 전체를 등반하는 숙련 된 검사관이 정기적으로 검사하고 있습니다. 이것은 I-35 다리에서 이루어졌으며 여전히 붕괴되었습니다.

시스템의 비용과 복잡성으로 인해 매우 큰 구조 중 일부만 완전히 모니터링 할 수 있습니다. 이러한 시스템의 비용은 위에 나열된 금액보다 많을 수 있습니다. 위의 값은 개별 센서의 비용입니다. 센서가 가장 유용한 위치에 배치되도록 브리지에 대한 전체 연구를 수행해야합니다.

위치

각 센서는 단일 데이터 포인트 만 측정합니다. 어떤 센서가 가장 유리한지를 결정하기 위해서는 많은 생각과 연구가 필요할 것입니다.

센서를 배치 한 후에도 센서 결과를 모니터링하는 사람들이 경고를 구성하는 요소를 알 수 있도록 포괄적 인 기준을 마련해야 합니다. 오 탐지가 많을 수도 있고 오 탐지가있을 수도 있습니다.

기사에서 지적한 바와 같이 :

궁극적으로 Fu를 추가하면 실시간 원격 감지 기능이 귀중한 보완 물이되지만 사람의 검사를 완전히 대체하지는 않습니다. “센서를 어디에나 둘 수는 없습니다.”라고 그는 말합니다.

최종 결과

이러한 모든 센서가 I-35 브리지에 설치되어 실시간으로 모니터링 되더라도 실제 붕괴는 너무 빨리 발생하여 트래픽을 제 시간에 막을 수 없었습니다. 유일한 차이점은 조사관이 조사해야 할 정보가 훨씬 많았을 것입니다.

비행기의 블랙 박스를 생각 하지만 다리를 생각해보십시오 .


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실시간 모니터링이 가능하고 이미 완료되었습니다. 기술은 존재하고, hazzey가 지적한 바와 같이, 비용 대 위험의 문제입니다.

실무 엔지니어로서 주요 고속도로 교량 바로 아래에 컷앤 커버 터널이 건설 된 두 개의 다른 국가에서 두 개의 깊은 발굴 프로젝트에 참여하고있었습니다. 두 경우 모두 트래픽 폐쇄 또는 전환은 옵션이 아닙니다. 사고로 인한 결과는 치명적일 수 있으므로 두 프로젝트의 건축 당국은 실시간 구조 상태 모니터링을 요청했습니다.

두 프로젝트 모두 로봇 식 총 스테이션과 함께 광학 프리즘 배열이 교각 교각 이동을 모니터링하기 위해 배치됩니다. 총 스테이션은 데이터가 지속적으로 업로드되는 서버에 네트워크로 연결됩니다. 서버 자체는 인터넷에 연결되어 있으며 관련 당사자가 데이터를 다운로드하고 정보를 처리 할 수 ​​있습니다. 또한 일부 시스템은 미리 결정된 수준을 위반 한 경우 SMS 경고를 생성 할 수 있습니다.

모니터링을 수행하기 전에 다음을 결정하기 위해 영향 / 손상 평가를 수행해야합니다.

  • 시공 방법에 따른 교량 기초에서의 예상 토양 이동 (수평 및 수직)
  • 말뚝에 가해지는 힘의 종류
  • 시공 도면에서 결정된 기존 파일의 구조적 용량
  • 서비스 중 더미의 기존 하중
  • 더미의 예비 용량
  • 교량 기초의 허용 측면 이동 및 정착

그 후 교량의 현재 건강 상태를 평가하기위한 상태 조사가 이어집니다. 일반적으로 균열에 대한 육안 검사와 브릿지 베어링 이동 측정이 포함됩니다.

일반적인 상황에서 철근 콘크리트 및 강철 교량은 갑자기 실패하지 않으므로 실시간 모니터링이 필요하지 않습니다. 올바르게 설계된 교량은 구조적으로 고장 나기 전에 서비스 가능성이 떨어지고 붕괴되기 전에 충분한 경고를주는 경향이 있습니다. 또한 교량의 정기 점검 및 유지 보수를 통해 교량을 계속 사용할 수 있습니다.

충분한 데이터가 있으면 실시간 모니터링으로 장기적인 움직임 추세를 포착하고 판독 오류를 완화 할 수 있습니다. 치명적인 설계, 측량 기록 해석의 인적 오류 또는 교량 구조 용량 평가의 인적 오류의 경우 실시간 모니터링은 재난을 피하는 데 큰 도움이되지 않습니다.


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센서를 사용한 구조 모니터링이 가능합니다. 문제는 모니터링 비용과 실제로 모니터링 할 수있는 부품입니다.

교량이 더 중요할수록 모니터링 비용을 지불 할 가치가 있습니다 (중요도는 주로 하루에 교차하는 차량 수뿐 아니라 대체 경로의 가용성 및 길이 (예 : 차량 수) 때문 임) 붕괴 중에있을 수 있습니다) 부분을 재생). 요즘 건설 한 주요 교량에는 링크 된 기사에서 언급 한 것처럼 일종의 모니터링 기능이 내장되어 있으며 그 예로는 Forth Replacement Crossing (현재 Queensferry Crossing)이 있습니다. 기존의 Forth Road Bridge 와 같은 일부 교량에는 케이블 스냅을 청취하는 음향 모니터링 기능 이있는 시스템이 개조되었습니다 .

평가에 우려 할만한 원인이 있다고 판단되면 기존 교량에 모니터링 기능이 장착 될 가능성이 높습니다. 교량 평가에서 교량의 일부가 악화 된 것으로 확인되면보다 빈번한 검사 또는 모니터링 설치를 권장 할 수 있습니다. 모니터링 비용으로 인해 이는 주요 교량에서만 발생할 수 있습니다.

모니터링을 통해 I35-W 붕괴를 막을 수 있었습니까?

첫째 : I35-W는 비록 작은 다리는 아니지만 금문교 또는 Forth 다리와 같은 규모가 아닙니다. 따라서 브리지가 결함이있는 것으로 확인 된 경우에만 모니터링이 설치 될 가능성이있었습니다. 일상적인 교량 검사 및 평가에서 작은 연결 판의 크기가 작다는 사실을 알지 못했기 때문에 이런 일이 발생하지 않았습니다. 센서에 대한 귀하의 링크는 이제 더 저렴한 새 센서를 사용할 수 있다고 제안합니다. 나는 각 당국이 통제하는 교량의 전단 수를 고려할 때 비용이 여전히 저렴한 것으로 볼 수는 없지만 장기간에 걸쳐 (예를 들어 예산이 매년 당국의 교량의 2 %로 늘어날 수있는 50 년-숫자) 나에 의해 완전히 공중에서 뜯어 냈습니다) 일어날 수 있습니다.

둘째 : 대부분의 모니터링이 실시간이라고 믿지 않습니다. 모니터링 시스템에 중대한 움직임이 발생하면 자동 알람이 울리더라도 확실하지만 누군가가 특히 빠른 응답을한다고 믿기 어려워합니다. 아마도 시스템 경보로 인해 누군가가 같은 날을 보지 못할 수도 있습니다. 주로 시스템은 장기적인 문제를 조사하기 위해 존재합니다. Forth Road Bridge를 예로 들어-케이블 모니터링에서 "핑"을 기록하기 위해 음향 모니터링이 있습니다. 서스펜션 케이블을 구성하는 수천 개의 개별 스트랜드가 있습니다. 음향 모니터링 기능을 통해 누군가가 결과를보고 "지난 6 개월 동안 63 번이 스냅 된 것처럼 보일 것입니다. 나는 t 실제로 하루에 100 번의 스냅이 기록 될 것으로 예상되어 다리가 즉시 닫힐 것으로 예상됩니다. (Forth Road Bridge는 연중 몇 차례의 강풍으로 인해 문을 닫습니다. 문을 닫을 수있는 적절한 시스템이 있습니다).

셋째 로, 붕괴에 대한 공식 보고서 는 실패가 매우 갑작 스럽다는 것을 시사한다. 아마도 10 초의 경고가 있었다. 실시간 모니터링을 사용하더라도 a) 결과를 수신해야합니다. b) 결과가 심각하지 않은지 확인하십시오 (Forth 예제에서 100 개의 핑을 사용하는 경우 쉬움, 링크별로 가속도계를 사용하는 경우 어려움). 다리가 0.05도 움직였다) 그리고 c) 다리를 닫으려고 경찰을 데리고 나가십시오. 총 시간 추정 : 운이 좋으면 10 분. 10 초가 아닙니다. (장기 효과에 대한 모니터링을 설정하고 시스템이 설정되지 않았기 때문에 0.05 도가 유의한지 여부를 확실하지 않은 경우 3 개월 정도 더 걸릴 수 있습니다.)

면책 조항-가능한 한 사실과 참고 문헌을 작성하려고했지만 실제 결론은 내 의견에 크게 근거하고 있으며 사실이 아닙니다.


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Wikipedia의 교량 고장 목록을 간단히 살펴보면 대부분의 경우 교량은 고장이 발생하기 몇 분 전까지는 그대로 유지됩니다. 모니터링 센서는 "다리가 무너졌다"는 것만 효과적으로 알려줍니다. 교통이 거의없고 자동화 된 대응이 가능한 철도 노선과 같은 경우에 유용하지만 도로 교량에는 그다지 유용하지 않습니다.
Mark
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