Nowe narzędzia do inspekcji, diagnostyki i oceny istniejących obiektów mostowych

W niniejszym artykule przedstawiono najnowsze kierunki w zakresie zdalnych inspekcji konstrukcji mostowych. Zaprezentowano zestawienie najnowszych technologii stosowanych do inspekcji opartych na komputerowych systemach obrazowania i innych systemach bezkontaktowych (w tym LiDAR, termowizja) instalowanych w bezzałogowych statkach powietrznych (UAV) i pojazdach naziemnych.

Wraz z upływem czasu obiekty mostowe w trakcie użytkowania ulegają stopniowej degradacji i konieczna staje się regularna ocena tak zmieniającego się stanu konstrukcji. Dzięki najnowszym osiągnięciom naukowym i technologicznym staje się ona coraz bardziej efektywna oraz zautomatyzowana. Wdrażanie inteligentnych strategii kontroli pozwala z wyprzedzeniem przewidywać awarie krytycznych elementów, a także pomaga wspierać strategie utrzymaniowe zmierzające do unikania przyszłych awarii. Nowoczesne metody inspekcji umożliwiają nie tylko lepsze wykrywanie uszkodzeń, ale również planowanie kolejnych działań w przypadku uszkodzeń już istniejących, ułatwiają także sporządzanie raportów na temat tych uszkodzeń, jak również pozwalają na bardziej kompleksowe analizy statystyczne, co z kolei wpływa na podejmowanie decyzji o dalszej eksploatacji obiektów mostowych.

Początkowo ocena konstrukcji była realizowana wyłącznie przez wykwalifikowany personel (inspektorów, specjalistów, naukowców) wyposażony w odpowiednie narzędzia i instrumenty. Taka ocena (inspekcja, przegląd, ekspertyza) wymaga okresowej obecności wykwalifikowanego personelu na obiekcie, dostępu do wskazanych miejsc i realizacji precyzyjnych, czasochłonnych czynności, w tym pomiarów, których wynik jest podatny na błędy ludzkie.

Następnie pojawiły się pierwsze automatyczne systemy, które zapoczątkowały trwający obecnie trend na systemy SHM (ang. structural health monitoring). Raz zainstalowane przez wykwalifikowanym personel czujniki okresowo przekazują wyniki realizowanych pomiarów. Obecność personelu na obiekcie ogranicza się do momentu instalacji czujników, ich konserwacji i ewentualnego demontażu. Systemy SHM nadal wymagają przygotowań, m.in. w postaci dokładnego zdefiniowania punktów pomiaru, które w większości przypadków nie mogą już być zmieniane lub ich zmiana wiąże się z dużym nakładem pracy. Stosowanie SHM ma na celu poprawę bezpieczeństwa monitorowanych konstrukcji poprzez wczesne wykrywanie uszkodzeń, a także wynikające z tego zmniejszenie kosztów utrzymania tych konstrukcji poprzez szybką naprawę wczesnych stadiów degradacji. Zalety stosowania SHM wynikają m.in. z możliwości analizy wielokrotnie powtarzanych pomiarów w zdefiniowanych wcześniej punktach pomiarowych. Wykrywanie uszkodzeń jest oparte na wychwytywaniu zmian właściwości materiałów lub geometrii konstrukcji w tych punktach w funkcji zmieniających się warunków brzegowych. Wynik analizy zależy w dużej mierze od liczby zastosowanych czujników oraz ich prawidłowej lokalizacji, co z kolei jest związane z zaawansowanym procesem przygotowawczym obejmującym wskazanie cech konstrukcji wrażliwych na uszkodzenia oraz analizą statystyczną pozwalającą znaleźć równowagę między kosztem systemu a potencjalnymi korzyściami i ograniczeniem ryzyka jego nieskuteczności (np. na skutek zastosowania zbyt małej liczby czujników, złej lokalizacji czujników itp.).

W przypadku długoterminowego SHM, gdy pomiary są zbierane i porównywane przez lata, wynikiem tego procesu są okresowo aktualizowane informacje dotyczące zdolności konstrukcji do wykonywania zamierzonej funkcji, uwzględniające naturalne starzenie się konstrukcji w stabilnym środowisku. Natomiast krótkoterminowe SHM służy do szybkiego sprawdzania stanu konstrukcji i ma na celu dostarczenie w czasie zbliżonym do rzeczywistego wiarygodnych informacji dotyczących integralności konstrukcji podczas wystąpienia ekstremalnych zdarzeń, takich jak trzęsienia ziemi lub obciążenia wybuchem, jak i po nich.