P
IOTR
O
LASZEK
, polaszek@ibdim.edu.pl
M
AREK
Ł
AGODA
, mlagoda@ibdim.edu.pl
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 obciąŜenia konstrukcji mostowej, które
zostało przerwane ze względu na nieprawidłowe zachowanie się konstrukcji ustroju niosącego. W czasie
próbnego obciąŜenia statycznego, juŜ po ustawieniu połowy obciąŜenia, zaobserwowano znaczne
przyrosty ugięć. Ze względu na znacznie mniejsze wartości ugięć zmierzonych w stosunku do wartości
obliczonych, wprowadzono pełny wariant obciąŜenia. Przy pełnym obciąŜeniu równieŜ 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 równieŜ drugie próbne obciąŜenie 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 obciąŜenia są jedną z najskuteczniejszych metod oceny poziomu bezpieczeństwa
pracy konstrukcji pod obciąŜeniami zmiennymi. W róŜnych 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, Ŝe tylko
właściwie wykonane obciąŜenie 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 obciąŜenia, wykonywanego jako badanie odbior-
cze, pokazuje jak waŜne jest właściwe przeprowadzenie badania ze szczególnym uwzglę-
dnieniem metod pomiarowych umoŜliwiających prowadzenie na bieŜąco (podczas przyrostu,
w czasie trwania i po zakończeniu obciąŜenia) analizy zachowania się konstrukcji [5].
1220
Olaszek P. i inni: Uniknięcie awarii mostu w wyniku badań pod próbnym obciąŜeniem
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 złoŜone są z trzech stalowych dźwigarów dwuteowych o wyso-
kości 750 mm, do których dodano pasy dolne i krzyŜulce tworzące kratownice. Rozstaw
osiowy dźwigarów wynosi 2,80 m. Dźwigary główne połączone są stęŜeniami wykonanymi
z dwuteowników o wysokości 400 mm. W trakcie remontu, na stalowych dźwigarach przęseł
skrajnych wykonano zespoloną płytę Ŝelbetową o grubości 21 cm ze skosami nad dźwigara-
mi. Na rys. 2 pokazano szczegóły konstrukcji jednego z przęseł skrajnych. Przęsło środkowe
mostu złoŜone 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 stęŜeniami wykonanymi z dwuteowników o wysokości 400 mm.
W trakcie remontu na stalowych dźwigarach przęsła środkowego wykonano zespoloną płytę
Ŝ
elbetową o grubości 21 cm ze skosami nad dźwigarami. Wszystkie połączenia stalowe
zaprojektowano, jako połączenia tarciowe na śruby spręŜające.
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 obciąŜenie
klasy B wg PN-85/S-10030, co miało być potwierdzone przez opisywane próbne obciąŜenie.
Konstrukcje mostowe
1221
3. Przebieg pierwszego próbnego obciąŜenia
Podczas badań mierzono ugięcia mostu, przemieszczenia pionowe na łoŜyskach oraz
osiadanie podpór. Pomiar ugięć dla przęseł skrajnych oraz przemieszczeń pionowych na
łoŜyskach 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 obciąŜeniem
Rys. 3. Rozmieszczenie punktów pomiarowych
Do obciąŜenia próbnego wykorzystano cztery samochody cięŜarowe 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 obciąŜenia pierwszego obciąŜanego przęsła skrajnego (CD)
zaobserwowano, juŜ po ustawieniu dwóch cięŜarówek, znaczne przyrosty ugięć. Ze względu
jednak na znacznie mniejsze wartości ugięć zmierzonych w stosunku do wartości obliczo-
nych, wprowadzono kolejne dwie cięŜarówki. 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 cięŜarówek.
Z tego względu równieŜ nie czekano na stabilizację ugięć tylko przerwano próbę. Biorąc pod
uwagę ewentualne zagroŜenie bezpieczeństwa konstrukcji nie obciąŜano przęsła środkowego.
Zaobserwowany w przypadku obu badanych przęseł brak tendencji do stabilizacji ugięć
w fazie pełnego obciąŜenia wynika wyłącznie z pracy ustroju nośnego. Mierzone osiadania
podpór przyjmowały wartości znacznie mniejsze od mierzonych wartości przyrostów ugięć
i szybko się stabilizowały. RównieŜ mierzone przemieszczenia pionowe na łoŜyskach
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 obciąŜe-
nia pierwszego przęsła skrajnego podobnych warunków temperaturowych dla drugiego
nieobciąŜonego w tym czasie przęsła skrajnego, zastosowano korekcję rejestrowanych ugięć
badanego przęsła skrajnego z wykorzystaniem rejestrowanych w tym samym czasie ugięć
nieobciąŜonego przęsła skrajnego.
Konstrukcje mostowe
1223
Rys. 5. Przebieg ugięć podczas próbnego obciąŜenia przęsła skrajnego CD
Rys. 6. Przebieg ugięć podczas próbnego obciąŜenia 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 obciąŜeniem
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
SpręŜyste Trwałe
SpręŜyste
Obliczone
Trwałe
Całkowite
ObciąŜenie 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%
ObciąŜenie 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 obciąŜenie. Ich charakter nie miał cech związanych z uplastycznieniem
materiału elementów nośnych (stali), tym bardziej, Ŝe szacowany poziom napręŜeń był dość
niski. Obraz przyrostów ugięć przemawiał raczej za tym, Ŝe w konstrukcji likwidowane są
podczas obciąŜenia niekontrolowane luzy. MoŜna było postawić hipotezę, Ŝe źródło tych
luzów tkwi w nieprawidłowej pracy połączeń tarciowych.
Dobrze się stało, Ŝe przerwano badania pod próbnym obciąŜeniem i odciąŜono przęsła,
gdyŜ w przeciwnym razie mogłoby dojść do wyczerpania luzów między trzpieniami śrub
spręŜających i otworami w elementach konstrukcyjnych. W konsekwencji tego trzpienie śrub
w sposób niekontrolowany, tj. nie jednocześnie, włączałyby się do przenoszenia obciąŜeń
ś
cinających, co mogłoby doprowadzić do powaŜnej w skutkach awarii.
W celu weryfikacji hipotezy o przyczynie nieprawidłowego zachowania się konstrukcji
przeprowadzono obliczenia ugięć przęsła skrajnego pod obciąŜeniem próbnym wywołują-
cym maksymalny moment zginający w konstrukcji przęsła dla dwóch schematów statycz-
nych: ramy o połączeniach sztywnych w węzłach pasa dolnego, słupków i krzyŜulców, oraz
ramy o połączeniach podatnych, umoŜliwiających wzajemne przemieszczenia w węzłach
pasa dolnego, słupków i krzyŜulców o wartości do ± 2 mm (losowe sumowanie się luzów
między trzpieniem śrub i otworami na śruby). Na podstawie przeprowadzonych obliczeń
stwierdzono, Ŝe wpływ wzajemnych przemieszczeń w połączeniach konstrukcji dźwigara na
wartość ugięcia obciąŜonego 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, Ŝe Projektant
załoŜył 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 naleŜy przygotować
powierzchnie kontaktowe połączeń. Nie podano równieŜ 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,
Ŝ
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 moŜna było stwierdzić, Ŝe Wykonawca z uwagi na braki
w dokumentacji opisane powyŜej, wykonał połączenia spręŜone 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 powyŜszej analizy, wykonano naprawę polegającą na wykonaniu niezaleŜnych
połączeń spawanych (dających w efekcie równolegle działające połączenia) między elemen-
tami konstrukcji, które były dotychczas połączone tarciowo.
5. Przebieg drugiego próbnego obciąŜenia
Próbne obciąŜenie wykonano po naprawie połączeń, w sposób zgodny z pierwszą próbą.
Wyniki pomiarów wykazały, Ŝe po naprawie konstrukcja pracowała prawidłowo. Przykłado-
wy przebieg ugięć podczas próbnego obciąŜenia przęsła skrajnego przedstawiono na rys. 7.
Rys. 7. Przebieg ugięć podczas próbnego obciąŜenia przęsła skrajnego AB
6. Wnioski
Przedstawiony przykład próbnego obciąŜenia pokazuje, Ŝe właściwie wykonane badanie
jest w stanie prawidłowo zdiagnozować badaną konstrukcję. Zastosowanie metod pomiaro-
wych umoŜliwiających prowadzenie na bieŜąco analizy zachowania się konstrukcji
w tym przypadku najprawdopodobniej zapobiegło awarii.
1226
Olaszek P. i inni: Uniknięcie awarii mostu w wyniku badań pod próbnym obciąŜeniem
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 bieŜąco interpretacji wyników badań byłoby praktycznie niemo-
Ŝ
liwe. W rezultacie mogłoby dojść do awarii podczas wykonywania próbnego obciąŜenia
lub niewłaściwej oceny konstrukcji i późniejszej awarii w czasie eksploatacji.
Rys. 8. Zarejestrowane przebiegi ugięć podczas próbnego obciąŜenia 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 InŜynierii Lądowej i Wodnej PAN oraz Komitetu Nauki PZITB, Kielce-Krynica
2010.
3. Łagoda M.: Zagadnienia próbnych obciąŜeń 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
obciąŜeniem drogowych obiektów mostowych, GDDKiA Warszawa 2008.