ความสมบูรณ์ของโครงสร้างสะพานสามารถวัดได้แบบเรียลไทม์เพื่อความปลอดภัยหรือไม่?

ตามคำถามนี้ฉันสงสัยว่าข้อมูลการตรวจสอบความสมบูรณ์ของโครงสร้างสามารถให้ตามเวลาจริงและในระดับที่เพียงพอที่การตัดสินใจด้านความปลอดภัยสามารถทำได้จริงจากข้อมูล

เพื่อวางสิ่งต่าง ๆ ในบริบทในสหรัฐอเมริกาและส่วนอื่น ๆ ของรัฐบาลกลางโลกรัฐและรัฐบาลท้องถิ่นได้รับรายงานความสมบูรณ์ของโครงสร้างโครงสร้างพื้นฐานรวมถึงสะพาน รายงานเหล่านี้เป็นผลลัพธ์ของการประเมินที่ดำเนินการตามกำหนดเวลาและอาจเป็นเวลาหลายเดือนหรือหลายปีระหว่างการประเมิน

สะพานเป็นส่วนสำคัญของเศรษฐกิจรัฐบาลกลางรัฐและท้องถิ่นเนื่องจากเป็นโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญ นอกจากนี้ยังเป็นสิ่งสำคัญในการปกป้องเครื่องหมายทางประวัติศาสตร์เช่นสะพาน Golden Gate

_{สะพานโกลเดนเกตสะพานอันเป็นสัญลักษณ์ในสหรัฐอเมริกา}

และผลที่ตามมาของข้อมูลไม่เพียงพอนั้นค่อนข้างรุนแรง ตัวอย่างเช่นในเดือนสิงหาคมปี 2550 สะพาน I-35W Mississippi Riverล่มสลายซึ่งส่งผลให้สูญเสียชีวิต

_{I-35W หลังจากการล่มสลาย}

คำถาม:

• มีเทคโนโลยีใดบ้างที่สามารถให้สถานะแบบเรียลไทม์เพื่อช่วยรัฐบาลกลางรัฐและท้องถิ่นที่มีความล้มเหลวของสะพานที่กำลังจะเกิดขึ้น? ตัวอย่างเช่นมีบางสิ่งที่สามารถทำนายการล่มสลายของ I-35 และแจ้งเตือนประชาชนเพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียชีวิตหรือไม่ ดูเหมือนว่าเซ็นเซอร์ไร้สายนี้เพื่อตรวจสอบความสมบูรณ์ของโครงสร้างของบริดจ์จะใช้งานได้ แต่ฉันไม่แน่ใจเพราะโดเมนอยู่นอกประสบการณ์ของฉัน

มีเซ็นเซอร์ต่าง ๆ มากมายที่สามารถวางบนสะพานที่จะช่วยให้มีการตรวจสอบสภาพของ หลังจากสะพาน I-35 พังทลายลงบริเวณนี้ก็มีชื่อเสียงออกมามากมาย เซ็นเซอร์เหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้งานได้ก่อนหน้านี้ แต่ความต้องการไม่ได้ปรากฏชัดต่อสาธารณะ

เซนเซอร์

• การเร่งความเร็ว
• สายพันธุ์เกจ
• Transducers การกระจัด
• สถานีตรวจวัดระดับ (จอภาพเอียง)
• anemometers
• เซนเซอร์วัดอุณหภูมิ
• เซ็นเซอร์ตรวจจับน้ำหนักแบบไดนามิก
• จอภาพการกัดกร่อน
• จอภาพอะคูสติกแคร็ก
• จอภาพเคเบิลอะคูสติก

เซ็นเซอร์เหล่านี้อาจเป็นแบบมีสายหรือไร้สาย บางตัวขับเคลื่อนด้วยการสั่นสะเทือนจากรถที่วิ่งผ่าน

ราคา

ราคาเป็นปัจจัยสำคัญในการพิจารณาระบบการตรวจสอบสะพาน แม้ว่าราคาเริ่มต้นที่สมเหตุสมผล :

เซ็นเซอร์มีขนาดเล็กไร้สายทนทานและไม่ต้องการการดูแลรักษาในทางปฏิบัติเขากล่าว พวกเขาคาดว่าจะใช้เวลานานกว่าหนึ่งทศวรรษโดยแต่ละต้นทุนมีราคาประมาณ$ 20 สะพานทางหลวงขนาดเฉลี่ยจะต้องมีเซ็นเซอร์ประมาณ 500 ตัวสำหรับค่าใช้จ่ายทั้งหมดประมาณ$ 10,000

สิ่งนี้ไม่ได้หมายถึงค่าใช้จ่ายในการตรวจสอบเซ็นเซอร์อย่างต่อเนื่อง การตรวจสอบแบบเรียลไทม์นั้นมีราคาแพงและแม้แต่น้อยกว่าการตรวจสอบแบบเรียลไทม์กำหนดให้การระบายน้ำคงที่ในงบประมาณของกรมการขนส่งที่ยืดเกินไปแล้ว หากมีงบประมาณมากขึ้นสะพานจะอยู่ในสภาพที่ดีขึ้น

สะพานเหล่านี้ได้รับการตรวจสอบเป็นประจำโดยผู้ตรวจสอบที่ผ่านการฝึกอบรมซึ่งปีนข้ามโครงสร้าง สิ่งนี้ทำบนสะพาน I-35 และมันก็พังลงมา

ค่าใช้จ่ายและความซับซ้อนของระบบหมายความว่าจะมีการตรวจสอบโครงสร้างขนาดใหญ่เพียงไม่กี่แห่งเท่านั้น ค่าใช้จ่ายของระบบเหล่านี้มีแนวโน้มมากกว่าจำนวนที่ระบุไว้ข้างต้น ค่าข้างต้นเป็นเพียงค่าใช้จ่ายของเซ็นเซอร์แต่ละตัว การศึกษาเต็มรูปแบบของสะพานจะต้องทำเพื่อประกันว่าเซ็นเซอร์จะถูกวางไว้ในสถานที่ที่พวกเขาจะมีประโยชน์มากที่สุด

ที่ตั้ง

เซ็นเซอร์แต่ละตัววัดเพียงจุดข้อมูลเดียว จะต้องมีความคิดและการวิจัยจำนวนมากเพื่อพิจารณาว่าเซ็นเซอร์ใดมีประโยชน์มากที่สุด

แม้หลังจากที่เซ็นเซอร์จะถูกวางไว้ตามเกณฑ์ที่ครอบคลุมจะต้องอยู่ในสถานที่เพื่อให้ประชาชนตรวจสอบผลการเซ็นเซอร์จะได้รู้ว่าสิ่งที่ถือว่าเป็นคำเตือน อาจมีผลบวกปลอมจำนวนมากและอาจเป็นลบได้

ในฐานะที่เป็นบทความชี้ให้เห็น:

ในท้ายที่สุด Fu เพิ่มการตรวจจับจากระยะไกลแบบเรียลไทม์จะทำหน้าที่เป็นอาหารเสริมที่มีคุณค่า แต่ไม่ได้แทนที่การตรวจสอบของมนุษย์อย่างเต็มที่ “ คุณไม่สามารถวางเซ็นเซอร์ได้ทุกที่” เขากล่าว

สิ้นสุดผลลัพธ์

แม้ว่าทั้งหมดของเซ็นเซอร์เหล่านี้จะถูกวางบนสะพาน I-35 และตรวจสอบในเวลาจริงการล่มสลายที่เกิดขึ้นจริงอย่างรวดเร็วว่าการจราจรจะไม่สามารถหยุดในเวลา ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือจะมีข้อมูลมากขึ้นสำหรับผู้ตรวจสอบที่จะผ่าน

นึกถึงกล่องดำของเครื่องบินแต่สำหรับสะพาน

การตรวจสอบตามเวลาจริงสามารถทำได้และได้ทำไปแล้ว เทคโนโลยีอยู่ที่นั่นและชี้ให้เห็นโดย hazzey เป็นเรื่องของค่าใช้จ่ายเมื่อเทียบกับความเสี่ยงที่เกี่ยวข้อง

ในฐานะวิศวกรฝึกหัดฉัน / มีส่วนร่วมในโครงการขุดเจาะลึกสองแห่งในสองประเทศที่แตกต่างกันซึ่งอุโมงค์ที่ถูกตัดและถูกสร้างนั้นถูกสร้างขึ้นภายใต้สะพานทางหลวงสายหลัก ในทั้งสองกรณีการปิดการจราจรหรือการเบี่ยงเบนไม่ได้เป็นตัวเลือก หน่วยงานอาคารในทั้งสองโครงการร้องขอการตรวจสอบสุขภาพโครงสร้างตามเวลาจริงเนื่องจากผลของอุบัติเหตุอาจเป็นหายนะ

ในทั้งสองโครงการอาร์เรย์ของปริซึมออปติคอลพร้อมกับสถานีทั้งหมดของหุ่นยนต์ถูกนำไปใช้ในการตรวจสอบการเคลื่อนไหวของท่าเรือสะพาน สถานีทั้งหมดถูกเชื่อมต่อเครือข่ายไปยังเซิร์ฟเวอร์ที่มีการอัพโหลดข้อมูลอย่างต่อเนื่อง เซิร์ฟเวอร์นั้นเชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ตซึ่งผู้ที่เกี่ยวข้องสามารถดาวน์โหลดข้อมูลและประมวลผลข้อมูล นอกจากนี้บางระบบสามารถสร้างการแจ้งเตือนทาง SMS ในกรณีที่มีการละเมิดระดับที่กำหนดไว้ล่วงหน้า

ก่อนที่จะทำการตรวจสอบใด ๆ จะต้องมีการประเมินผลกระทบ / ความเสียหายเพื่อพิจารณา:

• การเคลื่อนที่ของดินที่คาดการณ์ (แนวนอนและแนวตั้ง) ที่ฐานของสะพานตามวิธีการก่อสร้าง
• ชนิดของกองกำลังที่จะเกิดขึ้นบนกอง
• ความสามารถเชิงโครงสร้างของเสาเข็มเดิมตามที่พิจารณาจากภาพวาดที่สร้างขึ้น
• โหลดที่มีอยู่บนเสาเข็มในระหว่างการให้บริการ
• ความจุสำรองของเสาเข็ม
• การเคลื่อนย้ายด้านข้างที่อนุญาตและการทรุดตัวของฐานรากสะพาน

ตามด้วยการสำรวจสภาพเพื่อประเมินสถานะปัจจุบันของสุขภาพของสะพาน มันมักจะรวมถึงการตรวจสอบภาพสำหรับรอยแตกและการวัดในการเคลื่อนไหวแบริ่งสะพาน

คอนกรีตเสริมเหล็กและสะพานเหล็กภายใต้สถานการณ์ปกติไม่จำเป็นต้องมีการตรวจสอบแบบเรียลไทม์เนื่องจากไม่ล้มเหลวทันที สะพานที่ได้รับการออกแบบมาอย่างเหมาะสมนั้นมักจะล้มเหลวในการให้บริการก่อนที่มันจะล้มเหลวในเชิงโครงสร้างโดยมีคำเตือนที่เพียงพอก่อนที่มันจะพัง นอกจากนี้การตรวจสอบและบำรุงรักษาสะพานอย่างสม่ำเสมอช่วยให้มั่นใจว่าสะพานยังคงให้บริการได้

ด้วยข้อมูลที่เพียงพอการตรวจสอบแบบเรียลไทม์สามารถจับแนวโน้มการเคลื่อนไหวในระยะยาวและแก้ไขข้อผิดพลาดในการอ่านได้อย่างราบรื่น ในกรณีของการออกแบบที่ร้ายแรงข้อผิดพลาดของมนุษย์ในการตีความบันทึกการสำรวจหรือข้อผิดพลาดของมนุษย์ในการประเมินความสามารถของโครงสร้างสะพานการตรวจสอบแบบเรียลไทม์จะไม่ช่วยอะไรมากในการหลีกเลี่ยงภัยพิบัติ

การตรวจสอบโครงสร้างด้วยเซ็นเซอร์เป็นไปได้แน่นอน ปัญหาคือค่าใช้จ่ายในการตรวจสอบและส่วนใดที่สามารถตรวจสอบได้จริง

ยิ่งสะพานมีความสำคัญมากเท่าใดก็ยิ่งมีความเป็นไปได้มากขึ้นที่จะต้องจ่ายค่าใช้จ่ายในการติดตามตรวจสอบ (ความสำคัญส่วนใหญ่เนื่องมาจากจำนวนยานพาหนะที่ข้ามต่อวัน แต่ยังมีเส้นทางสำรองและความยาวของมัน ซึ่งอาจเกิดขึ้นระหว่างการล่มสลาย) เล่นเป็นส่วนหนึ่ง) สะพานขนาดใหญ่ที่สร้างขึ้นในวันนี้มีแนวโน้มที่จะมีการตรวจสอบบางอย่างอยู่ภายในดังที่ระบุไว้ในบทความที่คุณเชื่อมโยงและตัวอย่างของการข้ามทดแทนมา (ตอนนี้เรียกว่าการข้ามราชินี) สะพานบางแห่งมีการดัดแปลงระบบเช่นสะพาน Forth Road ที่มีอยู่เดิมซึ่งมีการตรวจสอบเสียงเพื่อฟังสายเคเบิล

สะพานที่มีอยู่ส่วนใหญ่มีแนวโน้มที่จะติดตั้งกับการตรวจสอบหากการประเมินแสดงให้เห็นว่ามีสาเหตุสำหรับความกังวล หากการประเมินสะพานพบว่าส่วนหนึ่งของสะพานเสื่อมสภาพอาจแนะนำการตรวจสอบบ่อยครั้งมากขึ้นหรือการติดตั้งการตรวจสอบ เนื่องจากค่าใช้จ่ายในการตรวจสอบสิ่งนี้มีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นเฉพาะในสะพานหลัก

ดังนั้นการตรวจสอบสามารถป้องกันการล่มสลายของ I35-W ได้หรือไม่?

ประการแรก: I35-W แม้ว่าจะไม่ใช่สะพานเล็ก ๆ แต่ก็ไม่ได้อยู่ในระดับเดียวกับสะพานโกลเดนเกตหรือสะพานฟอร์ท ดังนั้นการตรวจสอบจึงมีแนวโน้มที่จะถูกติดตั้งหากบริดจ์ถูกระบุว่ามีความบกพร่อง และนั่นก็ไม่ได้เกิดขึ้นเพราะการตรวจสอบสะพานประจำและการประเมินผลล้มเหลวที่จะสังเกตเห็นว่าแผ่นเชื่อมต่อขนาดเล็กมีขนาดเล็ก ลิงก์ของคุณไปยังเซ็นเซอร์ดูเหมือนว่าจะแนะนำว่าอาจมีเซ็นเซอร์ราคาถูกกว่าใหม่ ฉันยังไม่เห็นค่าใช้จ่ายที่ไม่แพงเนื่องจากจำนวนสะพานที่แต่ละหน่วยมีอำนาจควบคุม แต่อาจเป็นเวลานาน (กล่าวว่า 50 ปีเพราะงบประมาณอาจยืดถึง 2% ของสะพานของหน่วยงานต่อปี - ตัวเลข ดึงออกมาจากอากาศอย่างสมบูรณ์โดยฉัน) มันอาจเกิดขึ้น

ประการที่สอง: ฉันไม่เชื่อว่าการตรวจสอบส่วนใหญ่เป็นเรียลไทม์ แม้ว่าฉันจะแน่ใจว่าระบบการตรวจสอบมีสัญญาณเตือนอัตโนมัติที่ดับลงหากมีการเคลื่อนไหวที่สำคัญเกิดขึ้นฉันพยายามที่จะเชื่อว่าบางคนจะมีการตอบสนองอย่างรวดเร็ว ยิ่งไปกว่านั้นสัญญาณเตือนของระบบจะส่งผลให้บางคนกำลังมองหาบางทีวันเดียวกันอาจจะไม่ ส่วนใหญ่ระบบจะไปดูที่ปัญหาระยะยาว ยกตัวอย่างสะพาน Forth Road Bridge - การตรวจสอบเสียงที่นั่นเพื่อบันทึก "ping" จากการพันสายเคเบิล มีเส้นแต่ละเส้นสองสามพันเส้นที่ประกอบกันเป็นสายเคเบิลกันสะเทือน การตรวจสอบอะคูสติกอยู่ที่นั่นเพื่อให้ใครบางคนสามารถดูผลลัพธ์และพูดว่า "ดูเหมือนว่า 63 มีช่วงเวลาหกเดือนที่ผ่านมาบางทีเราควรคิดถึงการทำบางสิ่งเพื่อลดภาระ" ฉันไม่ ' ไม่คิดว่ามันจะอยู่ที่นั่นด้วยความคาดหวังว่ามันจะบันทึก 100 snapping ในหนึ่งวันทำให้สะพานปิดทันที (สะพาน Forth Road ปิดเนื่องจากลมแรงปีละสองสามครั้ง - พวกเขามีระบบที่เหมาะสมในการปิดมัน)

ประการที่สาม: รายงานอย่างเป็นทางการเกี่ยวกับการล่มสลายแสดงให้เห็นว่าความล้มเหลวนั้นเกิดขึ้นทันทีทันใด: อาจมีการเตือน 10 วินาที แม้จะมีการตรวจสอบแบบเรียลไทม์คุณก็ต้อง a) รับผล b) กำหนดว่ามันแย่มาก (ง่ายถ้าคุณมี 100 pings ในตัวอย่าง Forth ของฉันยากถ้าคุณมี accelerometers ตามลิงค์ของคุณซึ่งอาจบอกคุณ ที่สะพานเคลื่อนย้าย 0.05 องศา) และ c) พาตำรวจออกไปที่นั่นเพื่อปิดสะพาน การประมาณเวลาทั้งหมด: 10 นาทีถ้าคุณโชคดีมาก ไม่ใช่ 10 วินาที (และอาจจะมากกว่า 3 เดือนหากคุณตั้งค่าการตรวจสอบสำหรับผลกระทบระยะยาวและไม่แน่ใจว่า 0.05 องศามีความสำคัญหรือไม่เพราะระบบไม่ได้ตั้งค่าไว้)

คำแถลงการณ์ปฏิเสธความรับผิดชอบ - ฉันได้พยายามระบุข้อเท็จจริงและการอ้างอิงที่ฉันสามารถทำได้ แต่ข้อสรุปที่แท้จริงที่ฉันได้รับมานั้นขึ้นอยู่กับความคิดเห็นของฉันเป็นอย่างยิ่ง