Sildade staatiliste koormuskatsetuste geodeetiline monitoorimine

Lõputöö kirjeldas nivelleerimise ja laserskaneerimise protsesse, mida viidi läbi projekti „Raskeveokite mõju sildadele. Nende koormuste valideerimine reaalsetel koormustel ning mõju analüüs“ käigus sügisperioodil 2018. Laserskaneering teostati kõigi katsetavate sildadega eeltööde jaoks, mille abil loodi 2D joonised sildadest. Samuti skaneeriti sillatalasid katsetuste etappidel koormusega ja koormuseta. Nivelleerimine ja laserskaneerimine olid kaks mõõtmisviisi kolmest selgitamaks välja, kui palju katsetavad sillad vajusid raskeveokite koormuste all. Kolmandaks mõõteinstrumendiks olid siirdeandurid. Nivelleerimise eeliseks võib pidada instrumendi asukoha paigutamise võimalusi ja kiiret töökorda seadmist. Siirdeandurid paigaldatakse uuritavate sildade alla sildeava geomeetrilisse keskkohta. Selleks ehitatakse neile sobilik alus, mis keerulisematel juhtudel on vägagi ajakulukas. Võttes arvesse veel näiteks kompaktsuse ja meeskonna, kus nivelliiri puhul piisaks igakord tavalisest sõiduautost ja kahest liikmest. Siirdeandurid ja aluse materjalid nõuavad aga kaubikut ning generaatorit voolu jaoks. Nivelliiri peamiseks puuduseks katsetustel oli halva valgustuse korral lugemi mitte võtmine. Halb valgustus on sildade all üsna tavapärane nähtus ja nõuab latihodjalt lisa valguse näitamist. Samuti on probleemsed kõrged sillad, kus koodlatt on täielikult välja pikendatud (5 m). Sellega kaasnevad lugemiõigsust mõjutavad lisategurid nagu lati loodis hoidmine, lati sektsioonide üleminekud, lati mõõtpunktile asetus jne. Monitooringu käigus kogutud andmetest selgub, et arvutuslikud läbipainded on valdavalt kaks korda suuremad tegelikult mõõdetud läbipainetest. Suurim erinevus avaldus Poaka nr. 252 sillal, mille eeldatav läbipaine oli 9,60 mm, aga siirdeandur mõõtis 1,38 mm ja nivelliir 1,50 mm. Kõige rohkem kooskõla arvutuslike ja mõõdetud läbipainete vahel oli Sandra nr. 640 silla puhul, kus mõõdetud läbipaine oli 1 mm väiksem oodatavast. See näitab, et sildadel on suur varutegur isegi täismassi piirangut ületavate raskuste puhul. Käesolevas lõputöös kirjeldatud koormuskatsetusi ja sellele eelnevatel eeltöödel tehti töid kahes grupis. Geodeesia poolelt loodi 2D joonised ja läbipaindeid vaadeldi nivelliiri ning laserskanneriga, teiselt poolelt hinnati silla tehnilist seisukorda ja läbipaindeid vaadeldi siirdeanduritega. Tööde efektiivsuse tõstmiseks saaks rohkem ära kasutada geodeetide instrumentide võimekust. Luua sildadest 3D mudeleid ja sealt hankida andmed nagu gabariidimõõdud, seisukorra olud. Koormuskatsetustel vaadelda pragusid ja nende teket käsiskanneritega, märkida raskeveoki asetus silla katendile GNSS süsteeme kasutades ja silla all märkida mõõtpunktide asukohad eletrontahhümeetriga. Nivelliiri ja siirdeandureid võib pidada peaaegu võrdseteks mõõteinstrumentideks, kui arvestada ainult mõõtetäpsust. Sildade koormuskatsetuste jaoks sobivad mõlemad instrumendid läbipainete mõõtmiseks. Valides aga ühte tuleb tähelepanu pöörata silla eripärale, ümbritsevale keskkonnale, veetasemele jne, et kindlaks teha, kumb instrument töötab efektiivsemalt ja kiiremini just katsetava objekti oludes.

The title of the following thesis is "Geodetic Monitoring of Bridge Static Load Testings" The thesis observes the geodetic works carried out in the project "The effect of heavy vehicles on bridges. The validation of traffic loads and the analysis of their effect." Laden weight restriction for heavy-goods vehicles on Estonian roads is 44 tonnes, which under favorable weather conditions can be increased up to 52 tonnes with special permits. However, the manufacturer's limits for modern heavy-goods vehicles may significantly exceed the laden weight restrictions set by the Estonian Road Administration, even about 1.5 times. An overweight heavy-goods vehicle coupled with vibrations caused by the movement may damage the bridge structure and create a risk for everyone crossing the bridge. The aim of the "The effect of heavy vehicles on bridges" project was to carry out load testings and compare the calculated estimated deflections with actual load deflections of different types of bridges. Seven of the 14 bridges were tested in fall 2018 and the other seven will be tested in spring 2019. Bridges vary in type and are built between 1952 -1990. This thesis has two main goals. First goal is to describe the process of monitoring the load testing with geometric leveling and terrestrial laser scanning, bring out the advantages and disadvantages of the used measuring equipment and compare them to a third measuring instrument - a displacement tracer. The second goal of the thesis was to thoroughly analyze the monitored data and present the conclusions about the estimated and actual deflections on the basis of that analysis. The advantages of leveling are its options for placement and ease of setting up. Displacement tracers need to be installed under the bridge at the geometric center of it’s span. This requires constructing a suitable base, which can be quite time-consuming in more complicated cases. The main disadvantage of the surveyor’s level during the tests was getting no readings in poor lighting conditions. Poor lighting conditions under the bridges are fairly common and require an additional light source from the surveyor. Measuring higher bridges, where the leveling staff is completely extended (5m), is also problematic. It adds additional factors that impact the measuring accuracy, like keeping the staff level, staff section joints, placing the staff on the measuring spot etc. All the deflections measured with the surveyor’s level were compared to the results of the displacement tracer and used to calculate the surveyor’s level measurement uncertainty of ±0,32 mm. This is twice as much as provided by the manufacturer (±0,60 mm). Based on the data collected during the monitoring, the calculated deflections are predominantly twice as high as the actual measured deflections. Poaka No. 252 bridge had the biggest disparity with an 9.60 mm estimated deflection, while the displacement tracer measured 1.38 mm and the surveyor’s level 1.50 mm. The calculated and measured deflections were closest for the Sandra No. 640 bridge, where the measured deflection was 1 mm less than estimated. This shows that the bridges have a large reserve factor even with weights that exceed the laden weight restriction. In terms of measuring accuracy, the surveyor’s level and displacement tracers can almost be considered as equal measurement instruments. Both are suitable for measuring deflections when load testing bridges. When choosing one, attention should be paid to the characteristics of the bridge, the surrounding environment, water levels etc., in order to make sure, which instrument is more efficient and faster in the specific conditions of the tested object.