Интелигентна система за мониторинг на мостови конструкции чрез оптични технологии
Съвместен проект на Смартком България АД и Университет по архитектура, строителство и геодезия – Национален център по сеизмично инженерство (УАСГ-НЦСИ), финансиран от Национален иновационен фонд – сесия 11 към Агенция за насърчаване на малки и средни предприятия
Един от приоритетите и основна препоръка в стратегията за развитие на научните изследвания в България до 2030г. е синергията между научноизследователските организации и реалния бизнес. Следвайки тази програмна линия, екип от изследователи от УАСГ-НЦСИ и специалисти от фирма Смартком България АД, кандидатства и спечели финансиране за разработка, свързана с мониторинг на мостови конструкции чрез технология, основана на използването на влакнеста оптика. Работата по този проект може да бъде отнесена към територията на техническите науки и по специално към един специфичен клон от строителната наука, а именно експериментално изследване на конструкции.
Обект на изследване в проекта са мостове, които с течение на времето, и в условията на интензивна експлоатация при динамични въздействия, могат да изпаднат в ситуация след която да променят определени характеристики на носещата си конструкция. За отговорни съоръжения е изключително важно тази промяна във физикомеханичните характеристики да бъде измервана, регистрирана и проследявана във времето чрез система за мониторинг. Проектът се фокусира към създаването на информационна система, обслужваща строителната практика, и в частност извършване на постоянно наблюдение (мониторинг на предварително дефинирани параметри) на определен клас строителни конструкции, а именно – пътни и железопътни мостове. Използването на такава система би спомогнало за гарантиране на безопасната експлоатация и удължаване на експлоатационния срок на важни за пътната и железопътната инфраструктура съоръжения.
Изпитването на мостови конструкции не е новост в България – извършва се от десетилетия при пускане в експлоатация на новопостроени съоръжения, или след значителна интервенция в носещата конструкция, с цел доказване на носимоспособност и годност за експлоатация, както и в други случаи. Тази дейност се извършва по отработена технология – използват се методи за измерване и регистрация на различни параметри, чрез уреди и системи, базиращи се на класически принципи в механиката, електротехниката и електрониката.
Слабото звено, особено за България, при експлоатацията на отговорни съоръжения е мониторингът – дълготрайни наблюдения, свързани с регистрации на различни параметри, характеризиращи поведението на носещата конструкция като цяло или на отделни нейни елементи. Развитието на влакнестата оптика и имплементирането на оптични влакна в експериментално изследване на строителни конструкции е една относително нова технологична възможност за разширяване на обхвата и подобряване качеството на тези изследвания. Технологията се основава на предаване на светлина по оста на влакното, използвайки ефектът на пълно вътрешно отражение в средата - светлината се отразява без да се пречупва.
Ефектът се постига чрез изработване на влакно, което има ядро и външен слой с различени показатели на пречупване на светлината. Това свойство не позволява преплитането на информация между отделните влакна в един сноп (кабел с хиляди нишки) и дава възможност кабелът да се огъва и усуква. Настоящият проект има за цел създаване на прототип на информационна система за провеждане на мониторинг на мостови конструкции, чрез използване на оптични влакна (влакнеста оптика). В началния етап от развитието на проекта е извършен литературен обзор на основните типове мостови конструкции, класифицирани по вида на конструкцията, предназначението и др. характеристики и са дефинирани критичните за нормалната експлоатация параметри. Направена е оценка на уязвимостта на различни видове конструкции и по този начин е стеснен кръгът от мостове, за които е препоръчително извършването на постоянен мониторинг.
Постигането на поставената цел се базира на провеждане на поредица от експериментални изследвания в лабораторни условия (върху пробни тела и върху модел на конструкция) и изследвания „in situ“ – върху реална мостова конструкция. Вторият етап е свързан с лабораторни тестове – създаден е физически модел на мостова конструкция с „път горе“, състояща се от две стоманени ферми с отвор 9.0m, обединени с дървена конструкция, върху която се разполага равномерно разпределено натоварване.
Изследванията се провеждат използвайки двата вида измервателни системи – тази, базирана на класическите принципи на механиката, електротехниката и електрониката и относително новата система, използваща влакнеста оптика.
Измерват се основни параметри на конструкцията – премествания, относителни деформации, завъртания и температура. Резултатите от измерванията чрез двата типа измервателни системи се сравняват и анализират. Третият етап (предстои провеждане през м. Март) е свързан с експериментално изследване на реална мостова конструкция. За тази фаза на проекта е избран стоманения пътен мост в ж.к. Младост (кръстовището на бул. Андрей Сахаров и бул. Андрей Ляпчев). Отново, чрез двата типа системи ще се измерват основни параметри на конструкцията и ще се сравняват и анализират.
Като краен резултат от тестовете в лабораторни условия и „in situ“ ще се оцени възможността и приложимостта на тази нова технология за реализиране на система за мониторинг на мостови конструкции. Проектът ще завърши с изработка на прототип на измервателна система за мониторинг на мостови конструкции, базирана на използване на влакнеста оптика. Експертите на УАСГ-НЦСИ и специалистите от фирма Смартком България АД вярват, че чрез този проект ще създадат условия за развитие на една нова технология, така необходима за внедряването на постоянен мониторинг в мостови и други строителни съоръжения.