Dynamisk karakterisering och strukturell övervakning av en motorvägsviadukt med hjälp av operativ modalanalys (OMA)

Serra Cazzola-viadukten är den huvudsakliga konstruktionen i moderniseringen längs statsväg SS 640 i den italienska provinsen Agrigento. Essebi installerade ett strukturellt övervakningssystem och verifierade dess elektriska funktionalitet. Den insamlade datan motsvarade tekniska referensvärden. Flera operativa modalanalyser med synkroniserad data från 85 Dewesoft IOLITE 3xMEMS triaxiella accelerometrar, totalt 255 kanaler, möjliggör en dynamisk karakterisering av viadukten.

Introduktion

Förkortningen SS står för det italienska nationella nätet av statliga vägar. Det italienska aktiebolaget Anas S.p.A. ansvarar för väginfrastruktur samt förvaltning och underhåll av detta nät av statliga vägar och avgiftsfria motorvägar av nationellt intresse.

Serra Cazzola-viadukten på statsväg SS640 är en kontinuerlig flerfackskonstruktion med en dubbel körbana. Konstruktionen har en total längd på 980 m, ett centralt spann på 120 m, en bredd på 26,50 m och en maximal höjd på 70 m. Den samverkande stål-betongbron består av två stålbalkar med konsolutkragade tvärbalkar som bär upp betongplattan.

Sedan 1992 har Essebi varit verksamt inom tekniska tjänster för konstruktionsprojekt, med särskild kompetens inom implementering av statiska och dynamiska övervakningssystem för byggnadsverk och arkitektoniska konstruktioner. Företaget utför även diagnostiska analyser av armerad och förspänd betong, stål, murverk och träkonstruktioner, främst med hjälp av icke-destruktiva metoder och instrumentering.

Serra Cazzola-projektet, bakgrund

Allt började våren 2021 med Essebis första kontakt med två sicilianska byggföretag, SCS och IGC, som var juridiskt organiserade i en tillfällig företagsassociation (ATI). Associationen hade vunnit ett viktigt ramavtal med Anas S.p.A. för att bygga en serie övervakningssystem, främst dynamiska, på två italienska öar, Sicilien och Sardinien.

Som följd av detta tecknade Essebi ett avtal om leverans och installation av flera dynamiska övervakningssystem på de två öarna, ett i Serra Cazzola i provinsen Agrigento och ett i närheten av Cagliari. Vi fokuserade på det första och föreslog en annan lösning än det etablerade konceptet.

En förändring i synsättet på övervakningsarkitektur hade redan inletts. Den så kallade granulära lösningen blev allt mer populär, där många accelerometermoduler kopplas i serie med inbyggd elektronik längs anläggningen, till skillnad från den klassiska lösningen där flera analoga givare ansluts till flerkanaliga datainsamlingssystem.

Essebi bidrog starkt, i nära samarbete med Anas centrala tekniska ledning, till att analysera funktionalitet och tillförlitlighet hos liknande lösningar som redan var implementerade.

Genom att introducera den nya och då nästan okända E-g-mätaren, föregångaren till dagens etablerade IOLITE-3xMEMS, presenterade vi exempel såsom Navetta-bron i Parma, flera motorvägsöverfarter i norra Italien, postkontorsbyggnader i Cascia och Rieti samt, framför allt för att illustrera systemets övergripande filosofi, Foro-motorvägsviadukten i Abruzzo.

Kort sagt, Anas var nu med på tåget och vi skrev under kontrakten med ATI. Det återstod bara att påbörja byggandet av den första anläggningen. Därefter följde en total tystnad kring relationen med ATI. Under de första månaderna året därpå stod det klart att ett antimafiaförbud hade utfärdats av prefekturen i Palermo mot ett av de två företagen i ATI.

Anas tvingades därför att återkalla uppdraget, vilket lämnade Essebi utan resultat. Situationen fortsatte under hela 2022, då flera bristfälliga förslag om samarbeten med olika företag eller konsortier presenterades som ersättning för den förbjudna gruppen.

I slutet av 2022 uttryckte konsortiet SQM Stable sitt intresse för att ta över efter den förbjudna ATI i ramavtalet med Anas för övervakning av broar och viadukter i Sicilien och Sardinien. Ett samarbete etablerades omedelbart med ICC (Ingegneria Colombrita Costruzioni), som utgör konsortiets ingenjörsgren.

Parterna undertecknade det nya avtalet i juni, och efter vissa förseningar påbörjade vi installationen i oktober och slutförde den i december. I slutet av 2023 genomförde vi tester av den elektriska funktionaliteten, lagrade flera datamängder och utförde modalanalyser som gav mycket goda resultat.

Problem relaterade till den elektriska understationen har lett till att anläggningen varit avstängd i flera månader. Så snart strömförsörjningen återställs kan den sista delen av programmet aktiveras. Denna del omfattar att göra data från Edge-datorn tillgängliga i enlighet med interoperabilitetsstandarder som definierats i det ursprungliga ramavtalet.

Viaduktens läge

Serra Cazzola-viadukten, Italiens nyaste högbro, öppnades 2014 nära Canicattì på Sicilien och ersätter en äldre sträckning av statsväg SS 640 som tidigare gick ner i dalen. Bron är en av huvuddelarna i sträckan mot Porto Empedocle, som förbinder Agrigento med Caltanissetta.

Statsväg SS 640 passerar genom det berömda arkeologiska området “Tempeldalen”, som nyligen erkänts av UNESCO som ett område av globalt intresse. Vägen har också fått namnet “Författarnas väg” för att hedra rutten som följer platser där kända sicilianska författare levt och verkat, såsom Luigi Pirandello, Leonardo Sciascia, Tomasi di Lampedusa och Andrea Camilleri, samt de miljöer som skildras i deras verk.

Viadukten är belägen i en markant orografisk sänka, vilket möjliggör en enkel passage men också medför betydande vindpåverkan genom en uttalad Venturi-effekt. Dess längd, nära 1000 m, och den maximala höjden från dalbotten, som i den centrala delen når 70 m, krävde särskild uppmärksamhet både i den konstruktiva lösningen och i byggtekniken.

De höga pelarna krävde särskilt en lösning med stora spann och en enda brobana som rymmer båda körfälten, för att ge konstruktionen en enhetlig och lätt karaktär.

För att uppnå större visuell transparens och bättre anpassning till den omgivande miljön varierar spannlängderna från 55 m upp till 120 m i takt med höjden från dalbotten. Den valda byggtekniken definierar dimensionerna för varje enskilt spann. Ingenjörerna har även noggrant studerat samspelet mellan pelare och brobana för att minimera påverkan på det natursköna landskapet där viadukten är placerad.

Viaduktens konstruktion

I sin grundläggande utformning består viadukten av en kontinuerlig balkbro, med avbrott endast vid ändarna och landfästena, och är statiskt bestämd i flera hyperstatiska system vid de elva pelarna. Den omfattar tolv spann med delvisa längder på 55 m, 70 m, 3x90 m, 120 m, 3x90 m, 2x70 m och 55 m, med en total längd på 980 m.

Den totala bredden på brobanan, 26,50 m, består av två körbanor på 10,50 m vardera, där varje körbana är uppdelad i två körfält på 3,75 m samt vägrenar på 1,75 m och 1,25 m. Dessutom finns två sidogångbanor på 1,50 m samt en mittremsa på 2,50 m.

Brobanan har en samverkande stål-betongsektion och består av två dubbel-T stålbalkar placerade med ett avstånd på 12,50 m samt dubbel-T tvärbalkar som är utkragade och placerade med cirka 4 m mellanrum. Ovanpå dessa ligger en armerad betongplatta med en tjocklek på 25 cm. Stålkonstruktionen är helt svetsad och målad.

Figur 3 visar tvärsnitten av de huvudsakliga konstruktionsdelarna samt hur brobanans tvärsnitt varierar längs längdaxeln för att bilda paraboliska segment med varierande bärförmåga och ett maximalt moment vid upplagen.

De två längsgående balkarna har en konstant höjd på 2,90 m i de yttre spannen på 55 och 70 m, och varierar enligt en parabolisk funktion i spannen på 90 m samt i det centrala spannet på 120 m. I det centrala spannet varierar höjden från 3,00 m (L/40) i mitten till 5,50 m (L/22) vid upplagen.

Tvärbalkarnas höjd varierar för närvarande från 1,60 till 1,79 m i den centrala delen och från 0,40 till 1,60 m i den utkragade delen. För att säkerställa stabiliteten i flänsplåtarna har tvärbalkarna i huvudspannen, över en sträcka på cirka 25 m vid upplagen, en höjd som är ungefär 60 cm större än den normala sektionen.

Vid upplagen överför tvärbalkarna och de vertikala elementen horisontella laster från vind eller jordbävning till upplagen och vidare till underkonstruktionen. Pelarnas vertikala element består av 3+3 plåtar som är symmetriskt arrangerade kring kärnan med ett centrumavstånd på 0,40 m, vilket säkerställer korrekt överföring av reaktionskrafter till brobanan, även vid längsgående temperaturvariationer. Balkarna förstärks vid tvärbalkarna med T-stag som är svetsade till livet och flänsarna.

Betongplattan är placerad på bottenpaneler och gjuts i optimerade sekvenser baserade på utförandet av spannsegmenten innan de passerar upplagen, för att förhindra sprickbildning under byggskedet. Förbindelsen mellan plattan och stålkonstruktionen sker med så kallade “Nelson”-studsar.

Pelarna har en höjd som varierar mellan 13 och 58 m. De består av ett skaft med ihålig sektion som varierar linjärt i tvärled samt pelarhuvuden med variabel sektion och böjd anslutning, utformade för att möjliggöra den breddning som krävs för att bära upp brobanan. Ingenjörerna lade särskild vikt vid utformningen av pelarna, särskilt deras toppar, med tanke på de stora dimensioner som krävs för denna typ av brobana.

Grundläggningen består av plattor på 16, 20 respektive 25 pålar med diameter Ø 1500 mm och längder på 30, 35 respektive 40 m.

Landfästena har en C-formad sektion och utgör fästen för seismiska begränsningsanordningar. Vid landfäste S1, som bär de fasta upplagen, placerade ingenjörerna fyra dubbelverkande elastiska hållanordningar på 4000 kN. Vid landfäste S2, med glidande upplag, finns fyra dubbelverkande elastiska anordningar på 4000 kN kombinerade med stötdämpare som tillåter långsamma deformationer av brobanan, exempelvis krympning eller temperaturvariationer, men inte snabba rörelser orsakade av jordbävningar.

Hållanordningarna är anslutna till stödmuren med stålstänger som är fästa vid två plattor på motsatta sidor av muren. Grundläggningen består av plattor på 40 pålar med diameter Ø 1200 mm, med ett djup på 20 m vid S1 och 25 m vid S2.

Behovet av övervakning

En stor del av Italiens infrastruktur är idag åldrad och härstammar från den ekonomiska boomperioden efter andra världskriget. Flera faktorer, såsom bristfälligt genomförda underhållsprogram, utbredd seismisk aktivitet i stora delar av landet samt nyligen inträffade haverier, i vissa fall katastrofala, som påverkat flera viadukter, har lett till att många infrastrukturförare i allt högre grad satsar på förebyggande inspektioner, kontroller och övervakning.

Som nationell förvaltare av statliga vägar agerade Anas proaktivt genom att införa ramavtal med flera byggföretag inom det omfattande programmet “Mille Ponti” (Tusen broar). Förutom underhållsarbeten omfattade dessa även utveckling av övervakningssystem för broar, med syftet att utvärdera deras dynamiska beteende och därmed deras tillstånd och bevarandenivå.

Ett sådant projekt är “Ramavtal för leverans och installation av instrumentering för strukturell övervakning av byggnadsverk i regionerna Sicilien och Sardinien”. Här utgör Serra Cazzola-viadukten ett centralt objekt längs SS 640 mellan Agrigento och Caltanissetta.

Installation av övervakningssystemet

ICC installerade övervakningssystemet i början av oktober 2023 på uppdrag av Anas, under överinseende av Essebi. Arbetet pågick fram till början av december.

Vi installerade paneler vid brokanten, mellan skyddsräcket och det yttre skyddsräcket, på sidan som vetter mot Agrigento. Dessa paneler motsvarar de sex datorer som används för att hantera systemets sex grenar. Varje panel är placerad i anslutning till underliggande brostöd, men endast de udda stöden berörs.

Alla accelerations- och temperaturgivare placerades på undersidan av bron och täcker samtliga spann, med hjälp av en så kallad by-bridge. En by-bridge är en särskild typ av arbetsplattform som är anpassad för arbete under broar, där en “negativ” arm rör sig från ovansidan till undersidan av konstruktionen.

Arbetet med by-bridge från ovansidan krävde en delvis avstängning av trafiken ovanför bron, vilket innebar att trafiken växelvis leddes i en körfil, först på höger sida och därefter på vänster, under hela arbetsperioden.

Vi installerade 85 av de totalt 89 accelerometermodulerna och behöll fyra som reserv för eventuella utbyten under drift. Majoriteten, närmare bestämt 71 stycken, är IOLITE 3xMEMS med begränsat skydd mot yttre påverkan och kräver därför skyddande metallboxar. Tio är IOLITE 3xMEMS i vattentätt utförande, och de återstående fyra är äldre E-g-metrar som också kräver skyddsbox. De fyra reserverade enheterna är av den senaste, vattentäta generationen.

Oavsett om de var försedda med skyddsbox eller inte monterades modulerna konsekvent på metallplattor med gängade fästen, placerade enligt en mall, som tidigare hade fästs på stålkonstruktionen med hjälp av spikpistol. För de enheter som monterades plant ovanpå pelarna fixerades metallplattan i betongen med kemiska ankare.

Samtliga accelerometermoduler på brobanan, sex per varje av de tolv spannen, installerades längs mittlinjen samt vid två tredjedelar på de två huvudbalkarna, symmetriskt i förhållande till längsaxeln, på utsidan under de utkragade konsolerna, cirka 70 cm från gångytan ovanför.

Accelerometermodulerna på pelarna, en per pelare, installerades plant på de övre ytorna av deras pulvinus. Pulvinus är ett konstruktivt och arkitektoniskt element i form av en avstympad pyramid, där den smalare basen vilar på pelaren och den bredare basen bär upp överbyggnaden.

Vi placerade även tolv temperatursensorer, mikrochip från Analog Devices, längs de olika spannen och kopplade dem parvis till sex MonoDAQ UX-enheter, en i varje av anläggningens sex sammankopplade paneler. Så långt som möjligt skyddade vi alla Ethernet- och PoE-strömkablar i systemet med korrugerade skyddsrör mot gnagare.

Systemets kritiska punkt är dess exponering för blixtnedslag. Placeringen, konstruktionens natur och dess typ bidrar till en ogynnsam situation. Den enda åtgärden för att minska risken var att installera överspänningsskydd och reläer i de sex elpanelerna. Blixtnedslag som träffar olika delar av brobanan och leds till marken via pelarna kan orsaka oförutsägbara och okontrollerbara effekter.

Mätkedjan

För var och en av de sex lokala grenar som utgör övervakningssystemet är i genomsnitt 14 accelerometermoduler, i ett fall 15, seriekopplade via ett Ethernetnätverk med LAN-kabel från referensdatorn i en in- och utkonfiguration. Förutom PoE (Power over Ethernet) inne i panelen finns ytterligare en strömförsörjning direkt efter modulen bortom den sjunde modulen.

För att mäta accelerationer använder vi IOLITE 3xMEMS-accelerometermoduler i de konfigurationer som förekommit under dessa tre år, enligt beskrivningen ovan. På grund av att arbetet har fortsatt har den ursprungliga Dewesoft-leveransen delvis använts i andra mindre tillämpningar, vilket har lett till att vissa enheter ersatts med nyare som motsvarar dagens tekniska standard.

I sin grundläggande konfiguration är IOLITE 3xMEMS en accelerometermodul med en effektiv givare i tre axlar. Den påverkas av spektralt brus som i värsta fall, längs z-axeln beroende på dess orientering, inte överstiger 25 µg/Hz.

Vi benämner IOLITE 3xMEMS som en modul eftersom den innehåller all elektronik som krävs för att förstärka, digitalisera och synkronisera signalen, samt ett känsligt mätelement. Det är alltså ett konditionerat instrument som kan leverera en digitaliserad och synkron signal via ett Ethernetbaserat LAN-nätverk.

För varje delinstallation finns två temperaturgivare. Dessa består av en digital integrerad krets från Analog Devices (AD592CNZ med en noggrannhet på 0,5 °C), vilket är avgörande för att standardisera resultaten från dynamiska analyser som utförs vid olika tider på året. Givarna är placerade på utvalda positioner och anslutna via analoga kablar till MonoDAQ UX-datainsamlingssystemen i de sex elpanelerna.

Lista över all hårdvara och programvara

• 85 Dewesoft IOLITE 3xMEMS, triaxiella MEMS-accelerometrar

• Sex MonoDAQ U-X-moduler, multifunktionella USB-baserade datainsamlingsenheter (DAQ)

• 12 temperaturgivare

• Sex persondatorer

• Simcenter Testlab, programvarutillägg för operativ modalanalys

Systemarkitektur

Övervakningssystemet omfattar 85 triaxiella accelerometrar som är fördelade enligt följande:

• Två accelerometrar placerade på marken för att mäta inkommande markrörelser och toppacceleration (PGA)

• Elva sensorer placerade centralt högst upp på varje pelare

• 72 accelerometrar, 12 gånger 6, placerade på livet av de två stålbalkarna i den samverkande brobanan, där varje spann har sex sensorer vid mittspann och kvartsspann

Figur 11 visar delsystem nummer 2, dess referens i riktning mot Agrigento samt kontrollpanelen som motsvarar pelare 3.

Avstånden mellan accelerometermodulerna är konsekvent mindre än 40 m. Modulerna kräver inga extra hårdvarukomponenter för att förstärka signalen.

De sex datorerna som styr de sex delsystemen är sammankopplade via nätverkskabel för att arbeta synkroniserat. Dator nummer 3 fungerar som master, UCL enligt Anas terminologi, och är därför utrustad med en Intel Core i5-processor. De övriga fem datorerna har en slavroll och är utrustade med mindre kraftfulla Intel Celeron J900-processorer.

För närvarande hanterar vi systemet med hjälp av routrar med SIM-kort, vilket möjliggör fjärranslutning till varje enhet, till exempel via AnyDesk eller TeamViewer. Masterdatorn (UCL) är dock redan ansluten till en ytterligare dator (Edge) och hanterar betydligt fler funktioner tack vare de många processer den kör. Den kommer i nästa steg att fungera som den enda gränssnittet mot beställaren (Anas) samt som fjärrterminal.

Synkronisering

Effektiv synkronisering av accelerometriska mätningar är avgörande när syftet med övervakningssystemet är att utföra modalanalyser, eftersom vi måste kunna bestämma modformer med hög noggrannhet.

För de enskilda grenarna säkerställs synkronisering inom några mikrosekunder genom användning av EtherCAT-protokollet, som är typiskt för IOLITE-arkitekturen med seriekopplade MEMS-accelerometrar. Denna så kallade lokala synkronisering är dock inte tillräcklig, eftersom viadukten utgör en kontinuerlig balk över hela sin längd, med endast två fogar i ändarna, vilket gör att en analys av dess globala beteende är avgörande.

Synkroniseringen mellan de sex grenarna, som utgör de sex delsystemen, är därför lika viktig och måste vara så exakt som möjligt, inom ramen för de frekvenser som är relevanta. Denna globala synkronisering baseras på Network Time Protocol (NTP), vilket har förbättrats avsevärt i och med Windows Server 2016 och Windows 10.

Under normala driftförhållanden uppnår systemet en noggrannhet i storleksordningen millisekunder eller bättre, vilket är fullt tillräckligt för de aktuella strukturfrekvenserna. Dessa har i praktiken liten betydelse för frekvenser över 3 Hz.

För att vara konservativa utgår vi från en synkroniseringsnoggrannhet på 5 ms. Det maximala felet i fasvinkel för de högsta relevanta frekvenserna bedöms då inte överstiga 5,4°, vilket anses vara fullt acceptabelt.

För att komplettera ovanstående genomför vi mätningar genom att placera en EtherCAT Junction-modul för GPS-synkronisering i de sex lokala näten, mellan den första PoE-enheten och den första accelerometermodulen. På så sätt undvek vi att använda NTP-synkronisering på systemnivå och använde istället en mer exakt och rigorös metod. Hittills visar resultaten, även om de påverkas av vissa operativa begränsningar, potential för ännu högre noggrannhet.

Experimentell modalanalys

En omfattande driftsättningsfas genomfördes först för att verifiera den elektriska funktionaliteten, det vill säga korrekta anslutningar av alla givare i mätkedjan samt mjukvarans funktionalitet, med hjälp av alla tillgängliga verktyg i DewesoftX. Denna verifiering utfördes genom att analysera de signaler som genererades av fordonstrafik och genom att kontrollera samstämmigheten i de erhållna frekvenserna.

Trots att inga teoretiska data fanns tillgängliga, och det är anmärkningsvärt att konstruktören av viadukten inte tillhandahåller någon dynamisk teoretisk analys trots att den är byggd under detta årtusende, ansågs experimentell dynamisk analys vara det bästa sättet att verifiera den övergripande funktionaliteten hos det installerade övervakningssystemet. Utan en teoretisk modell för jämförelse är de numeriska frekvensvärdena främst indikativa. Däremot gäller detta inte modformerna, vars kvalitet kan bedömas utifrån deras form och jämnhet.

På grund av svårigheten att excitera viadukten med harmoniska eller impulsiva yttre krafter definierade vi en referens för operativ modalanalys. Sådana referenser, av typen endast utgångsdata, är standard för stora byggnadsstrukturer där ingen insignal finns tillgänglig, och där korsspektrum för effekt ersätter klassiska överföringsfunktioner.

Specifikt användes extraktionsalgoritmen Polymax, som ingår i Siemens Simcenter Testlab för operativ modalanalys. Den arbetar i frekvensdomänen som en polyrefererad version av Least-Squares Complex Frequency-domain-metoden (LSCF), vilken ursprungligen utvecklades i tidsdomänen.

I enlighet med sin slanka och strömlinjeformade utformning uppvisar viadukten ett tydligt mjukt beteende och vibrerar vid låga frekvenser. De mest betydande frekvenserna ligger alla under 3 Hz. För samtliga moder är dämpningen låg, omkring 1 %, vilket är typiskt för stålkonstruktioner. Undantag är den första böjmoden i vertikalplanet (mod 2 i tabellen) och den första torsionsmoden (mod 3 i tabellen), där värdet är cirka 2,5 %.

Tabell 1 visar även Modal Phase Collinearity (MPC), en modal parameter som mäter komplexiteten hos en modformvektor, samt Mean Phase Deviation (MPD), ett viktat medelvärde av fasavvikelserna hos de enskilda modformskomponenterna i förhållande till medelfasen. Den första är hög och den andra låg, vilket bekräftar att modformerna är väl definierade.

Diagrammet över effektkorsspektrum i figur 14, presenterat som ett stabiliseringsdiagram, bekräftar tabellens data vad gäller att frekvenserna är koncentrerade till låga värden.

Figurerna 15, 16, 17 och 18 visar de fyra första modformerna. Den första moden, identifierad vid 0,63 Hz, är en böjmod med en tvärgående riktning.

Den andra är utan tvekan den mest betydelsefulla och representerar den första böjmoden i vertikalplanet.

Den tredje moden vid 0,86 Hz är en torsionsmod. Den typiska formen är mest uttalad i den centrala delen och avtar gradvis mot landfästena.

Den fjärde moden vid 0,89 Hz, med sin klassiska omvända krökning och böjning i mitten av överbyggnaden, representerar en andra tvärgående böjmod.

Notera att de fyra första egenfrekvenserna för viadukten ligger klart under 1 Hz och alla återfinns inom ett intervall under 0,3 Hz.

Vid 1,15 Hz finner vi brobanans första longitudinella styva mod, medan vi vid 1,56 Hz och 2,86 Hz har en högre tvärgående mod respektive den andra böjmoden i vertikalplanet.

Modal Assurance Criterion (MAC) används för att bestämma likheten mellan två modformer. Om en modform jämförs med sig själv ska MAC-värdet vara ett, det vill säga 100 %. MAC-värdet mellan två moder motsvarar i praktiken den normaliserade skalärprodukten av den komplexa modvektorn, som innehåller både amplitud och fas vid varje gemensam nod, alltså mätpunkt. Detta värde kan också ses som kvadraten av korrelationen mellan två modvektorer.

Idealt ska varje mod vara unik och skilja sig från övriga moder. Därför är varje mod identisk med sig själv längs diagonalen, medan modformer utanför diagonalen i teorin ska vara linjärt oberoende och därmed ha MAC-värden nära noll, se figur 19. Till vänster visas de första 18 moderna, alla inom 3,5 Hz, och till höger de första sju, vilka anses vara mest betydelsefulla enligt analysen i tabell 1.

Slutsatser

Vår dynamiska karakterisering av viadukten med hjälp av OMA, med ett stort antal mätpunkter och omfattande datamängder, sätter en hög standard för strukturell övervakning. Trots de utmaningar som projektet inneburit markerar det en viktig milstolpe och visar Dewesofts starka etablering inom anläggningsteknik och italiensk infrastruktur.

Övervakningssystemet på Serra Cazzola-viadukten är utan tvekan ett av de största som någonsin byggts, både vad gäller omfattning och antal synkroniserade givare. Systemet är en del av ett SHM-projekt inom ett omfattande nationellt kontrollprogram för broar och viadukter. I detta sammanhang bör OMA-analysen, som möjliggör en tillförlitlig experimentell modalkarakterisering, ses som en startpunkt för många framtida underhållsprojekt där så kallade känsliga dynamiska parametrar kommer att övervakas.

Övervakningssystemet har utformats med alla nödvändiga egenskaper för att säkerställa lång livslängd och driftsäkerhet. Den modulära lösningen möjliggör även framtida utbyggnader, förbättringar och anpassningar. Den valda arkitekturen och instrumenteringen har dessutom gjort det möjligt att genomföra installationen med begränsad användning av lyftutrustning, vilket annars innebär höga dagliga kostnader, särskilt vid arbete med by-bridge.

Med tanke på konstruktionens storlek och det stora antalet givare i en sammanhängande struktur utan avbrott är analysen och överensstämmelsen i de erhållna parametrarna avgörande för att validera installationen.

En central utmaning är att säkerställa synkronisering av mätningar när konstruktionens dimensioner är så omfattande. De metoder som använts är både specifika och avgörande, men utgör också en grund för framtida liknande lösningar.

EtherCAT-protokollet i de sex delsystemen garanterar lokal synkronisering, men denna måste även återspeglas i systemets helhet för att möjliggöra en enhetlig analys. I detta fall jämfördes två metoder, en mer avancerad och innovativ baserad på GPS och en mer traditionell baserad på NTP-standarder, som trots förbättrad prestanda kan ge upphov till viss osäkerhet.

Den senare metoden visade sig överraskande ge mycket goda resultat, tack vare konstruktionens mjuka och långsamma dynamiska beteende samt de låga frekvenser som är involverade. Samtidigt kunde den första metoden, trots sin högre teoretiska prestanda, inte utnyttjas fullt ut på grund av praktiska begränsningar.