Sillan päällysrakenteen muodonmuutosten monitorointi
Ollikkala, Arttu (2016)
2016
Rakennustekniikan koulutusohjelma
Talouden ja rakentamisen tiedekunta - Faculty of Business and Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2016-12-07
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201611234754
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201611234754
Tiivistelmä
Työn tavoitteena oli esitellä siltojen tarkastustoimintaan liittyvän monitoroinnin tilaa siltojen rakenteellisen kunnon seurannassa. Työssä selvitettiin monitoroinnin kokonaiskustannusten muodostumista, monitorointijärjestelmien ja niihin liitettävien antureiden pitkäaikaiskestävyyttä sekä Suomessa tapahtuvan siltojen monitoroinnin haasteita. Tutkimustulokset perustuvat julkaisuihin ja asiantuntijahaastatteluihin. Työtä varten koekuormitettiin silta kahden monitorointipalvelutoimittajan antureiden vertailemiseksi.
Siltojen kuntoa ja vaurioitumista seurataan kuntotarkastuksilla. Jos sillan rakenteessa havaitaan kantavuuteen vaikuttavia vaurioita, silta voidaan asettaa tehostettuun tarkkailuun. Tehostettu tarkkailu voidaan suorittaa monitoroimalla siltaa kiinteillä mittalaitteilla sillan turvallisen käytön mahdollistamiseksi. Monitoroinnin ollessa verrattain uutta eivät käytännöt ole vielä vakiintuneet. Liikennevirasto on vuoden 2016 aikana julkaisemassa monitorointiohjeet sekä tilaajille että toimittajille monitoroinnin suunnittelun ja toteuttamisen helpottamiseksi.
Monitorointiprojektin kustannuksiin vaikuttavat pääosin monitoroinnin kesto ja monitoroinnin laajuuden valinta (anturimäärä). Antureiden langattomuudella voidaan saavuttaa säästöjä laitekustannuksissa. Anturien pitkäaikaiskestävyys riippuu anturin laadusta ja sen suojauksesta ympäristörasituksia vastaan. Monitorointijärjestelmässä vikaantumisherkimpiä ovat kuitenkin keskusyksiköt ja virtalähteet, antureiden hajoamisten ollessa yksittäistapauksia. Tällä hetkellä haastavinta monitoroinnissa on mittaustulosten käsittely ja vertailu sillan lujuusmalliin.
Kenttämittauskohteena toimi Keltin silta (neliaukkoinen teräsbetonikantinen ja 2-palkkinen teräspalkkisilta). Siltaan asennettiin kuituoptisia venymäantureita (FBG ja mikrotaipuma) sekä siirtymä- ja taipuma-antureita. Myös langatonta anturitekniikkaa testattiin. Anturivertailua suoritettiin lähinnä sillan keskiaukon keskelle asennettujen venymäantureiden kesken. Antureiden lähtötasot vaihtelivat epätäydellisen lämpötilakompensoinnin ja rakenteellisen sijainnin vuoksi. Anturien mittaustuloksille määritettiin huipusta huippuun arvot vertailun helpottamiseksi. Selvimmät erot mittaustuloksissa esiintyivät teräspalkin venymäantureissa. Mittauserot saattoivat johtua antureiden asennustavasta, niiden sijainnista rakenteessa, teräspalkin muodosta sekä kuorman epäkeskisestä jakautumisesta. Tarkempi selvitys vaatisi vertailua sillan FEM-laskentatuloksiin.
Mittalaitteet rajoittavat koekuormitusten suorittamistapaa, jos niiden mittaustaajuus ei ole tarpeeksi korkea. Langattomien antureiden dynaamisten tapahtumien havaitsemisessa oli ongelmia, joten ne eivät tällä hetkellä sovellu siltojen monitorointiin. Vastaavasti tiedonsiirtokaapeleilla mittalaitteisiin yhdistetyt anturit toimivat mittauksissa moitteetta.
Siltojen kuntoa ja vaurioitumista seurataan kuntotarkastuksilla. Jos sillan rakenteessa havaitaan kantavuuteen vaikuttavia vaurioita, silta voidaan asettaa tehostettuun tarkkailuun. Tehostettu tarkkailu voidaan suorittaa monitoroimalla siltaa kiinteillä mittalaitteilla sillan turvallisen käytön mahdollistamiseksi. Monitoroinnin ollessa verrattain uutta eivät käytännöt ole vielä vakiintuneet. Liikennevirasto on vuoden 2016 aikana julkaisemassa monitorointiohjeet sekä tilaajille että toimittajille monitoroinnin suunnittelun ja toteuttamisen helpottamiseksi.
Monitorointiprojektin kustannuksiin vaikuttavat pääosin monitoroinnin kesto ja monitoroinnin laajuuden valinta (anturimäärä). Antureiden langattomuudella voidaan saavuttaa säästöjä laitekustannuksissa. Anturien pitkäaikaiskestävyys riippuu anturin laadusta ja sen suojauksesta ympäristörasituksia vastaan. Monitorointijärjestelmässä vikaantumisherkimpiä ovat kuitenkin keskusyksiköt ja virtalähteet, antureiden hajoamisten ollessa yksittäistapauksia. Tällä hetkellä haastavinta monitoroinnissa on mittaustulosten käsittely ja vertailu sillan lujuusmalliin.
Kenttämittauskohteena toimi Keltin silta (neliaukkoinen teräsbetonikantinen ja 2-palkkinen teräspalkkisilta). Siltaan asennettiin kuituoptisia venymäantureita (FBG ja mikrotaipuma) sekä siirtymä- ja taipuma-antureita. Myös langatonta anturitekniikkaa testattiin. Anturivertailua suoritettiin lähinnä sillan keskiaukon keskelle asennettujen venymäantureiden kesken. Antureiden lähtötasot vaihtelivat epätäydellisen lämpötilakompensoinnin ja rakenteellisen sijainnin vuoksi. Anturien mittaustuloksille määritettiin huipusta huippuun arvot vertailun helpottamiseksi. Selvimmät erot mittaustuloksissa esiintyivät teräspalkin venymäantureissa. Mittauserot saattoivat johtua antureiden asennustavasta, niiden sijainnista rakenteessa, teräspalkin muodosta sekä kuorman epäkeskisestä jakautumisesta. Tarkempi selvitys vaatisi vertailua sillan FEM-laskentatuloksiin.
Mittalaitteet rajoittavat koekuormitusten suorittamistapaa, jos niiden mittaustaajuus ei ole tarpeeksi korkea. Langattomien antureiden dynaamisten tapahtumien havaitsemisessa oli ongelmia, joten ne eivät tällä hetkellä sovellu siltojen monitorointiin. Vastaavasti tiedonsiirtokaapeleilla mittalaitteisiin yhdistetyt anturit toimivat mittauksissa moitteetta.