onsdag 27 augusti 2025 · 0 min read
Strukturell hälsomonitorering av järnvägsviadukten
En järnvägsbro i Saudiarabien observerades under cirka 80 timmar för att utvärdera dess strukturella hälsa. Övervakningssystemet baserades på Dewesofts integrerade mätenheter. Huvudsyftet var att registrera mätdata före, under och efter tågens passage över bron. De erhållna, specifikt kvantifierade resultaten möjliggjorde diagnostik för att säkerställa att bron bibehåller sin solida strukturella integritet under drift.
Strukturell hälsomonitorering är ett verktyg för att säkerställa integriteten och säkerheten hos en ingenjörskonstruktion – genom att upptäcka skadornas utveckling och uppskatta försämringen av prestanda. De uppmätta responserna ger insikt i förändringar av material- och geometriska egenskaper och möjliggör en analys av strukturens tillstånd över tid. Den fortlöpande övervakningen av konstruktioners mekaniska status ger värdefull input för underhåll och kan i slutändan förhindra katastrofer.
I detta fall utfördes övervakningen av ACTS, Advanced Construction Technology Services, på uppdrag av en kund. ACTS tillhandahåller byggkonsulttjänster med specialisering inom material- och geoteknik. Företaget är baserat i Beirut, Libanon, och driver verksamhet i Mellanöstern, Afrika och Sydostasien, med tre lokalkontor i Saudiarabien.
Det arabiska ökenlandskapet genomsyras av flodbäddar som inte existerar året runt – så kallade wadis, torra, vattenformade raviner som endast fylls under regnperioden. Urayja-viadukten – även benämnd OW8 (Over Wadi No. 8 Bridge) – är en av de många broar som korsar dessa wadis i Kungariket Saudiarabien. Den är belägen i centrala Saudiarabien, i Ḩāʼil-regionen nära den lilla staden Urayja, cirka 565 km nordväst om huvudstaden Riyadh.
OW8 består av sju spann med fyrdelade spännarmerade betongbalkar, täckta med en armerad betongplatta och broräcken. Varje spann är 20 meter långt, med sex pelare och två landfästen. Broarnas lager utgörs av fundament/plintar med förankringsstänger. De cirkulära plattorna mellan balkar och plintar misstänks vara av elastomert material, men detaljerna i bygghandlingarna är inte tydliga.
Bron byggdes år 2013, och as-built-ritningarna är daterade januari 2014. Det avsnitt som analyserades i denna studie var spannet mellan pelare 4 (PRT 4) och pelare 5 (PRT 5), där sensorer placerades på balkarnas undersida (soffit) samt på livet.
Brobanan består av en armerad betongplatta med gångbana, och två parapetväggar är ingjutna i plattan tillsammans med en ballastmur.
Mätuppställning
För att övervaka konstruktionen utifrån de föreskrivna responsparametrarna installerades ett state-of-the-art övervakningssystem. Det bestod av:
Ett IP67-skåp
En industriell PC-dator
24 V strömförsörjning – för att driva den industriella PC:n
Tre IOLITE ströminjektorer – IOLITE-Power-Injector
Datainsamlingssystemet bestod av följande sensorer:
Sex 3-axliga accelerometrar – IOLITEi-3xMEMS-ACC
Sex 2-axliga lutningsgivare (tiltmätare) – IOLITEi-3xMEMS-ACC-INC
Åtta påbultade töjningsgivare – IOLITEi-1xSTG
EtherCAT-protokollet möjliggör att IOLITE-enheterna enkelt kan distribueras över stora konstruktioner. Enheterna kan placeras med upp till 50 m avstånd nod-till-nod, med endast en enda kabel mellan dem för signal, strömförsörjning och synkronisering.
Enheterna kopplas i serie (daisy-chain) med en standard Ethernet-nätverkskabel. Det rekommenderas att kabeln är skärmad (SFTP, CAT5e) och har en minsta ledartjocklek på 24 AWG. Kabeln ska bestå av fyra tvinnade par. Det maximala avståndet mellan två noder är 50 meter.
För att kombinera EtherCAT-signalen och strömförsörjningen i en enda kabel krävs en passiv PoE (Power over Ethernet) power injector.
Accelerometers
IOLITE-3xMEMS-ACC är en integrerad mätenhet. Acceleration mäts med en triaxiell MEMS-accelerometer placerad direkt i enhetens robusta mekaniska chassi. Den analoga signalen omvandlas till digital signal direkt i enheten, vilket eliminerar störningar som annars kan uppkomma i analoga kablar. Ett inbyggt mikroprocessorchip överför accelerationsmätningarna via EtherCAT-protokollet.
Vid mätningar av mycket låga vibrationsnivåer krävs en accelerometer med extremt låg brusnivå. Även om fokus ligger på lågfrekventa rörelser, är det avgörande att kunna upptäcka även små variationer i vibrationsfrekvensen.
Tiltsensorer
IOLITE-3xMEMS-ACC-INC fungerar som en tvåaxlig inklinometer för att mäta rullning (roll) och lutning (pitch) kring X- och Y-axeln, medan Z-axeln är placerad vertikalt.
Lutningen i de två axlarna registreras av en 2-axlig MEMS-tiltsensor som är fast monterad i enhetens mekaniska chassi. Den analoga signalen omvandlas till digital signal inne i enheten, vilket eliminerar störningar som annars kan uppkomma i analoga kablar. Ett inbyggt mikroprocessorchip överför sedan vinkeldata via EtherCAT-protokollet.
Töjningsgivare
SNS-STG är en påbultad töjningsgivare. Den består av en integrerad töjningssensor inbyggd i ett kapslat hölje som är färdigt att bultas fast på strukturen. Sensorns nominella utsignal är 1,5 mV/V vid 1000 mikro-töjning (µε).
Sensorn är ansluten till IOLITE-datainsamlingsenheten med beteckningen IOLITE-1xSTG, som omvandlar den analoga signalen till digital data och överför informationen via EtherCAT-protokollet.
Dataloggning
Alla övervakningsenheter var daisy-chainade med en enda CAT6-kabel. Denna enda kabel levererade ström, data och synkronisering till DAQ-enheterna. Datan skickades vidare till en inbyggd dataloggnings-PC som körde DewesoftX datainsamlingsprogramvara. Programvaran kan visa live-inspelningar, lagra data baserat på triggers samt analysera de inspelade datafilerna.
Avancerade ingenjörsmetoder kan implementeras direkt i DewesoftX med låg konfigurationsinsats och utan behov av programmeringskunskaper. Dessa inkluderar:
Detsamma gäller för lagring av data i en databas, export till tredjepartsprogramvaruformat eller överföring av data via standardprotokoll som OPC UA
Datainsamlingsprogramvara
Syftet med övervakningsprogramvaran är att:
samla in signaler från alla sensorer,
utföra realtidsvisualisering,
generera larm vid onormala tillstånd,
lagra data, samt
konvertera/lagra data i en databasserver för vidare bearbetning.
Diagrammen nedan visar responser under 1 minut och 29 sekunder vid passage av tåg #400120. Tåget som passerade bron var ett fosfattransporttåg med 4 lok och totalt 124 vagnar, färdandes i nedåtgående riktning med en hastighet på 100 km/h.
Slutsats
Urvalet av sensorer, datainsamlingsenheter och systemintegration utfördes helt av Dewesoft. Företaget testade dessutom systemet före leverans och byggde ett användargränssnitt samt färdiga rapporter enligt kundens krav. Detta sparade oss mycket ingenjörstid.
Mohamed, ACTS
IOLITE är en skräddarsydd datainsamlingsenhet för lösningar inom strukturell hälsoövervakning, med ett idealiskt förhållande mellan pris och prestanda för permanent tillståndsövervakning på konstruktioner som broar.
Trots att systemet kräver kabeldragning kunde arbetet utföras mycket snabbt tack vare RJ45-kontakterna, som erbjuder möjlighet till påplats-krimpning. Dessutom är CAT6-kablar mycket billiga och kan enkelt köpas i vilken lokal butik som helst.
sammanfattar Mohamed .
Learn more:
