Migliora il controllo delle sollecitazioni del ponte attraverso il monitoraggio avanzato

Un articolo recentemente pubblicato su Rapporti scientifici Fornita una panoramica delle nuove procedure di costruzione, migliorando al contempo la resistenza e la precisione del controllo delle sollecitazioni negli ancoraggi attivi e nelle unità di precompressione corte per ponti a lunga campata, mirando specificamente ai potenziali pericoli.

Migliora il controllo delle sollecitazioni del ponte attraverso il monitoraggio avanzato
Estensimetri nel rinforzo passivo dell’arco del Ponte Tajo: (a) Estensimetri nel rinforzo dei pilastri di ancoraggio; (b) Scala di espansione nel rinforzo dei semiarchi. Credito immagine: https://www.nature.com/articles/s41598-024-61873-y

sfondo

Tralicci o sospensioni di cavi sono comunemente usati nella progettazione di ponti a lunga campata. La durabilità di queste soluzioni dipende dalla fatica e/o dai danni dovuti alla corrosione dovuti a carichi dinamici come traffico e vento. L’impatto della fatica, della corrosione e dei danni causati dai cavi durante il servizio viene valutato principalmente monitorando le sollecitazioni assiali.

Sono stati sviluppati vari metodi e dispositivi diretti e indiretti per misurare la sollecitazione dei cavi del ponte. Gli estensimetri diretti includono celle di carico, sensori a reticolo di Bragg in fibra ottica e sensori di deformazione magnetoelastici. Invece, i metodi con fili vibranti vengono generalmente utilizzati per valutare le sollecitazioni indirette e rapide nei cavi dei ponti.

Anche gli elementi strutturali ausiliari utilizzati durante la costruzione del ponte, come le torri di cavi temporanee, subiscono elevate perdite di precompressione istantanee. Pertanto, è fondamentale monitorare la sollecitazione di precompressione e la variazione temporale di tale sollecitazione per garantire che il componente funzioni come desiderato.

Metodi

I ricercatori hanno presentato una revisione dei sistemi attualmente utilizzati per controllare il monitoraggio delle sollecitazioni nelle costruzioni di ponti e nelle unità di precompressione durante la fase di costruzione del ponte Tajo, un’infrastruttura ad alta velocità unica in Spagna, progettata e costruita tra il 2012 e il 2016.

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Il ponte Tajo è stato attentamente progettato per soddisfare elevati standard di velocità, efficienza e sicurezza attraverso un’ingegneria avanzata ed un’estetica moderna. Per studiare sperimentalmente la risposta strutturale dell’arco centrale del ponte, i ricercatori hanno progettato un sistema di monitoraggio della salute strutturale (SHMS) che include diversi dispositivi e sistemi.

Includono un sistema di gestione e standardizzazione con progetto (M&USP) contenente i database di progetto forniti dai team di progettazione e costruzione del ponte e un sistema di sensori (SS) comprendente 114 sensori installati in vari punti del ponte. Ad esempio, celle di carico nei cavi sospesi, ancoraggi di torri di cavi fisse e sagome ferroviarie nei rinforzi di semiarchi.

Nel SHMS è incluso un sistema di acquisizione ed elaborazione dati (DA&PS) per diversi sistemi di sensori. Inoltre è stato progettato e programmato un sistema di gestione ed elaborazione dei dati (DM&PS). È stato utilizzato per trasmettere, visualizzare e archiviare dati e creare sistemi di allarme precoce.

Infine, è stato sviluppato un sistema di valutazione della sicurezza strutturale (SS&AS). Era composto da tutte le parti coinvolte nella costruzione del ponte, comprese le squadre tecniche e amministrative. Questo sottosistema ha aiutato a monitorare i dati hardware e a confrontarli con i dati teorici del progetto. I risultati del confronto hanno aggiornato i database M&USP e i feed SHMS.

L’SHMS proposto è stato utilizzato per monitorare la deformazione subita dal rinforzo di semiarchi, pilastri e torri di ancoraggio. Inoltre sono stati monitorati l’accelerazione della metà settentrionale dell’arco, il gradiente termico nelle varie sezioni strutturali ed il vento che soffia sulla struttura.

Risultati e discussione

Sulla base dell’esperienza del Ponte Tajo, i ricercatori hanno riconsiderato nuovi sistemi di monitoraggio per controllare lo stress. Le celle di carico per stabilizzatori attivi devono essere in grado di caratterizzare accuratamente la forza assiale totale trasmessa dalla spalla di un ponte o da un’unità di precompressione e fornire una soluzione robusta per ambienti difficili, urti e impatti.

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Inoltre, devono fornire misurazioni dirette senza la necessità di integratori di segnale. La cella di carico progettata è pertanto costituita da un anello metallico che consente il passaggio dello strallo del ponte o dell’unità di precompressione. Può essere posizionato tra l’ancora e i pannelli di distribuzione sullo scafo.

Tre dispositivi sono installati contemporaneamente per monitorare i supporti del ponte, che includono celle di carico sugli ancoraggi attivi, estensimetri unidirezionali sul nastro che costituisce i supporti e accelerometri piezoelettrici sui supporti. Questi hanno aiutato a rilevare vari fenomeni strutturali durante la costruzione, comprese le variazioni di sollecitazione durante la costruzione del ponte, le variazioni di sollecitazione derivate dalla gettata di calcestruzzo di sezioni successive, l’analisi della variazione di forza dovuta alla sollecitazione di diversi cavi e il rilevamento delle variazioni di forza derivanti dai riaggiustamenti del carico nei cavi di sospensione.

Inoltre, viene proposta una rete di celle di carico simultanee a deformazione multipla in ciascuna torre di alloggiamento per monitorare le unità di precompressione corte. Ha garantito una corretta precompressione e una stima accurata delle perdite subite dal contatto precompresso.

Conclusione

Nel complesso, questo studio si è concentrato sul miglioramento della gestione delle sollecitazioni per stralli di ponti, cavi di sospensione e unità di precompressione corte concentrandosi su un parametro uniforme: lo stress. Le celle di carico avanzate sono progettate e installate in punti di montaggio attivi per un controllo della pressione potente e preciso. Inoltre, l’implementazione di una nuova rete di celle di carico multi-estensimetro simultaneo per unità di precompressione corte è stata fondamentale in situazioni in cui le perdite di precompressione possono raggiungere grandi magnitudo.

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Per convalidare questi sviluppi, i ricercatori hanno presentato l’esperienza pratica e i risultati ottenuti dall’applicazione di queste metodologie per monitorare la risposta strutturale durante la costruzione del ponte Tajo utilizzando la tecnica del cantilever strallato. Questi metodi possono aiutare a determinare le perdite di precompressione, che hanno superato il 10% nel ponte Tajo, e a pianificare nuovi processi di precompressione in strutture così vitali.

Riferimento al giornale

Gut-Alonso, A., García-Sanchez, D., Ramos-Gutierrez, O. R. e Wintertimanis, F. (2024). Miglioramento del controllo dell’accuratezza delle misurazioni delle sollecitazioni nella costruzione di ponti a lunga campata. Rapporti scientifici, 14(1), 10961. https://doi.org/10.1038/s41598-024-61873-y, https://www.nature.com/articles/s41598-024-61873-y

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