Мониторинг динамических параметров мостов

Актуальность. С начала 2020 года было разрушено уже пять мостов, а в 2019 году такая судьба постигла десять сооружений. В 2018-м рухнувших мостов было 18 (а с учетом пешеходных – более 100!). Всего же, по данным Росстата, в России около 72,5 тыс. мостов, причем почти половина из них требуют ремонта различной степени. Многие транспортные мосты были построены более полувека назад и не рассчитаны на актуальные весогабаритные нормы.
Relevance. Since the beginning of 2020, five bridges have already been destroyed, and in 2019, ten structures suffered such a fate. In 2018, there were 18 collapsed bridges (and taking into account pedestrian bridges – more than 100!). In total, according to Rosstat, there are about 72.5 thousand bridges in Russia, and almost half of them require repairs of varying degrees. Many transport bridges were built more than half a century ago and are not designed for current weight and size standards.

В большинстве случаев причиной обрушения мостов называют изношенность, ошибки при проектировании и несоблюдение автомобилистами обозначенных весовых ограничений. Наибольшую нагрузку мосты претерпевают в период весенних паводков, а также зимних низких температур. В случае обрушения мостов вследствие чрезмерного износа ответственность за последствия лежит на соответствующих эксплуатационных и надзорных службах, в обязанности которых входит отслеживание состояния инженерных сооружений (по нормативам, каждые 10 лет мост должен проходить экспертизу). Но во многих местах никакого контроля над состоянием мостов не ведется, или проблемы выявляются, но мост продолжает эксплуатироваться, а после повреждается. Сложнее всего ситуация обстоит в Приморье, где подобные инциденты происходят наиболее часто.(04.06.2020 РЖД Партнер.ру)
In most cases, the reason for the collapse of bridges is considered to be deterioration, design errors and non-observance of the indicated weight limits by motorists. The bridges undergo the greatest load during the period of spring floods, as well as winter low temperatures. In case of collapse of bridges due to excessive wear and tear, the responsibility for the consequences lies with the relevant operational and supervisory services whose responsibilities include monitoring the condition of engineering structures (according to regulations, every 10 years the bridge must undergo an examination). But in many places, there is no control over the condition of bridges, or problems are identified, but the bridge continues to be operational until it is damaged. The situation is most difficult in Primorye, where such incidents occur most often (04.06.2020 Russian Railways Partner).
=======================================
Как сделать  мост безопасным?
How to make the bridges safe?

Для  обеспечения  безопасной  эксплуатации  мостов  необходимо  периодически проводить мониторинг их  состояния.  Получены  результаты натурных  исследований обнаружения  потери устойчивости  мостов  по  данным  метода  стоячих  волн.    Доказано,  что  по  накопленным  амплитудным  спектрам,  полученным при  наблюдениях  на   исследуемом мосту,  можно  уверенно идентифицировать потерю​​​​​​​  устойчивости.  Получены  абсолютные  смещения в трех направлениях. 
На качественном    уровне    это распределение   согласуется   с  результатами проведенного компьютерного моделирования методом конечных элементов. Однако  в некоторых местах исследуемого моста наблюдалось резкое изменение значения амплитуды в большую сторону. Кроме того, показано, что анализ  стоячих  волн  вертикального  сжатия-растяжения,  возникающий  в элементах моста под воздействием шумов, позволяет контролировать длину и  на  качественном  уровне  оценивать  соотношение  акустических  жесткостей начала и конца моста.
​​​​​​​На основании метода моделирования во времени и пространстве рассчитывается математическая модель моста с прогнозированием будущего обрушения конструкций. Можно теоретически рассчитать через какой промежуток времени и в каком месте конструкция моста "хрустнет" первый раз при условии, что параметры эксплуатации будут относительно постоянными на протяжении исследуемого периода времени. Таким образом можно предотвратить внезапные обрушения, планируя предупредительный ремонт  локаций будущих аномалий в конструкциях моста, которые могут возникать через год или через 5 лет и т.д.. Если по деталям  автомобилей ведущих марок есть информация о продолжительности их работы и выполняется своевременный ремонт, то в нашем случае это определяется опытным путем методами описанными выше.
To ensure the safe operation of bridges, it is necessary to periodically monitor their condition. The results of field studies of the detection of loss of stability of bridges according to the method of standing waves were obtained. It has been proved that the loss of stability can be confidently identified from the accumulated amplitude spectra obtained during observations on the investigated bridge. Absolute displacements in three directions were obtained. On a qualitative level, this distribution is consistent with the results of the computer simulation by the finite element method. However, in some places of the bridge under study, a sharp change in the amplitude value was observed in an upward direction. In addition, it has been shown that the analysis of standing waves of vertical compression-tension arising in bridge elements under the influence of noise makes it possible to determine the length and qualitatively assess the ratio of acoustic stiffness at the beginning and end of the bridge. ​​​​​​​Based on the modeling method in time and space, a mathematical model of the bridge is calculated with the prediction of the future collapse of structures. It is possible to theoretically calculate after what period of time and in what place the bridge structure will "crack" for the first time, provided that the operating parameters will be relatively constant throughout the studied period of time. Thus, it is possible to prevent sudden collapses by planning preventive repairs of locations of future anomalies in bridge structures that may occur in a year or in 5 years, etc. If the details of cars of leading brands have information about the duration of their work and timely repairs are carried out, then in our case this is determined empirically by the methods described above.