Zásady hybridní metody hodnocení stavu mostních objektů s použitím metod umělé výpočetní inteligence pro systémy pro správu železničních mostů

1 Úvod do hodnocení stávajících konstrukcí dle mezinárodních norem
Hodnocení stávajících konstrukcí (i mostních objektů) je nyní významným technickým
úkolem [6]. Stavební (i mostní) inženýři jsou stále častěji vyzýváni k tomu, aby s přihlédnutím
k omezeným nákladům navrhli způsoby, jak prodloužit životnost konstrukcí.
Stanovení zásad hodnocení stávajících konstrukcí (i mostních objektů) je nezbytné,
protože vychází z podstatně odlišného pojetí, než je navrhování nových konstrukcí
(mostních objektů), a vyžaduje znalosti překračující rozsah návrhových norem. Zásady
hodnocení spolehlivosti jsou obsaženy v požadavcích na bezpečnost a použitelnost
uvedené v mezinárodní normě ČSN ISO 2394 Obecné zásady spolehlivosti konstrukcí.
Mezinárodní norma ČSN ISO 13822 Zásady navrhování konstrukcí – Hodnocení
existujících konstrukcí uvádí mezinárodně platné postupy hodnocení spolehlivosti
stávajících konstrukcí (i mostních objektů). Vychází z ČSN ISO 2394 a poskytuje
obecné požadavky a postupy pro hodnocení stávajících konstrukcí (budov, mostů,
průmyslových staveb, atd.), které vycházejí ze zásad spolehlivosti konstrukcí
a z následků jejich poruchy. Součástí ČSN ISO 13822 je osm informativních příloh A
až H, které uvádějí přehled termínů, vývojový diagram postupu hodnocení stávajících
konstrukcí, vysvětlují způsob aktualizace měřených veličin, použití statických nebo
dynamických zkoušek, postupy pro stanovení časově závislé spolehlivosti. Tuto normu
lze použít pro hodnocení libovolného druhu stávající konstrukce (mostního objektu)
z libovolného materiálu.
2 Terminologie hodnocení stávajících konstrukcí dle ČSN ISO 13822
Pro účely této mezinárodní normy ČSN ISO 13822 platí termíny a definice uvedené
v ČSN ISO 2394 a následující (viz také příloha A a národní příloha NA) [6].
Hodnocení konstrukce (i mostního objektu) je soubor (souhrn) všech činností
(potřebných) prováděných za účelem ověření (posouzení) spolehlivosti stávající
konstrukce z hlediska jejího budoucího použití. Průzkum je shromažďování
a hodnocení informací na základě prohlídky, přezkoumání dokumentace, zatěžovací
zkoušky a jiných zkoušek. Prohlídka je nedestruktivní šetření v místě stavby
umožňující stanovit současný stav konstrukce (mostního objektu). Funkční (nosná)
způsobilost konstrukce (mostního objektu) je kvalitativní nebo kvantitativní vyjádření
chování konstrukce (např. únosnost, tuhost) ve smyslu její bezpečnosti a použitelnosti
i trvanlivosti.
Vada konstrukce (mostního objektu) je nedostatek konstrukce, který může ovlivnit funkční
způsobilost konstrukce. Poškození je nepříznivá změna stavu konstrukce
(mostního objektu), která může ovlivnit její funkční způsobilost. Porucha je pak
nepříznivý stav konstrukce (mostního objektu), který nesplňuje požadavky na její
funkční způsobilost.
Degradace (zhoršení) konstrukce (i mostního objektu) je proces, který nepříznivě
ovlivňuje funkční způsobilost, včetně spolehlivosti v čase vlivem: přirozeně se
vyskytujících chemických, fyzikálních nebo biologických účinků; opakovaných zatížení,
která mohou vyvolat únavu; obvyklých či nepříznivých vlivů prostředí; opotřebovanosti
v důsledku způsobu využívání nebo nesprávného provozu nebo údržby konstrukce.
Údržba konstrukce (mostního objektu) jsou obvyklá opatření pro zachování
odpovídající funkční způsobilosti konstrukce. Obnova jsou pak práce potřebné
k opravě, popř. k modernizaci stávající konstrukce (mostního objektu), tedy zahrnuje
opravu a modernizaci. Oprava je zlepšení stavu konstrukce (mostního objektu)
obnovením či nahrazením stávajících prvků, které byly poškozeny. Modernizace (tj.
rekonstrukce, přestavba) jsou pak úpravy stávající konstrukce (mostního objektu)
za účelem zlepšení její funkční způsobilosti. Zbytková životnost je období, po které se
za předpokladu plánované údržby uvažuje či očekává, že stávající konstrukce (mostní
objekt) je provozuschopná. Zatížitelnost konstrukce (mostního objektu) označuje
největší charakteristické hodnoty užitných zatížení, pro které je konstrukce dostatečně
spolehlivá.
3 Systém hodnocení stávajících konstrukcí dle ČSN ISO 13822
Dle této mezinárodní normy ČSN ISO 13822 postup hodnocení stávající konstrukce se
obecně sestává z následujících kroků (viz vývojový diagram v příloze B), umožňujících
provádět hodnocení s ohledem na současný stav konstrukce [6]. Jedná se především
o: stanovení účelu hodnocení a scénářů působení konstrukce, provedení předběžného
hodnocení a podrobného hodnocení a zpracování výsledků hodnocení konstrukce.
Postupy hodnocení a provádění prohlídek mostních objektů drážních komunikací jsou
uvedeny v předpisech Českých drah, především v ČD S 5 Správa mostních objektů [5].
3.1 Předběžné hodnocení a předběžná prohlídka
Podle čl. 4.5 ČSN ISO 13822 předběžné hodnocení stávající konstrukce zahrnuje toto:
studium dokumentace a dalších údajů, předběžnou prohlídku, předběžné ověření,
rozhodnutí o okamžitých opatřeních a doporučení pro podrobné hodnocení.
Účelem předběžné prohlídky stávající konstrukce je identifikace konstrukčního
systému, vad, možného poškození a poruch konstrukce pomocí vizuální prohlídky
a jednoduchých nástrojů, a předběžně se stanoví jejich pravděpodobné příčiny.
Shromážděné informace se vztahují např. k vlastnostem povrchu, viditelným
deformacím, trhlinám, odprýskávání, korozi. Konkrétní vady a poruchy (deformace,
trhliny, koroze, porušené prvky) se doporučuje popsat co nejpřesněji. Výsledky
předběžné prohlídky se vyjadřují kvalitativním zatříděním stavu konstrukce podle jejího
možného poškození (např. žádné, menší, mírné, závažné, destrukční, neznámé).
Pokud se při předběžné prohlídce zjistí, že během požadované zbytkové životnosti je
konstrukce spolehlivá, podrobné hodnocení se nevyžaduje. Jestliže se vyskytnou
nejistoty v zatíženích, v účincích zatížení nebo ve vlastnostech konstrukce, doporučuje
se provést podrobné hodnocení.
3.2 Podrobné hodnocení a podrobná prohlídka
Podle čl. 4.6 ČSN ISO 13822 podrobné hodnocení stávající konstrukce zahrnuje toto:
podrobné vyhledání a prověření dokumentace, podrobnou prohlídku a zkoušky
materiálů, stanovení zatížení, stanovení vlastností konstrukce, analýzu konstrukce
a ověření.
Konstrukční detaily, rozměry konstrukce a jejích prvků a také charakteristické hodnoty
materiálových vlastností lze zjistit z projektové dokumentace, pokud je tato k dispozici
a nejsou důvody k pochybnostem. V případě jakékoliv pochybnosti se výše uvedené
detaily, rozměry a vlastnosti, uvažované v analýze, musí stanovit z podrobné prohlídky
a ze zkoušek materiálů. Tato prohlídka se plánuje na základě již dostupných informací.
Výsledkem podrobné kvantitativní prohlídky je soubor aktualizovaných hodnot nebo
rozdělení pro příslušné parametry, které ovlivňují vlastnosti konstrukce (viz příloha C).
4 Informace a údaje pro hodnocení stávajících mostních objektů
V tradičních systémech pro správu mostů pomocí počítače jsou informace uloženy jako
údaje ve tvaru databáze [4]. Tyto informace, zakódované ve tvaru údajů, jsou uloženy
a zpracovány ve výpočetním systému a po výkladu v přesné souvislosti jsou použity při
rozhodovacích procesech. Rozbor informací, použitých při hodnocení stávajících
mostních objektů, potvrzuje, že rozhodnutí jsou velmi často založena společně
s přesnými informacemi na neostrých informacích a na informacích různého stupně
neurčitosti [3].
V navrženém třídění jsou specifikovány tři typy definicí informací [4]:
• přesné definice, např. geometrické charakteristiky, materiálové vlastnosti, které
vycházejí z norem, příruček, atd.;
• nepřesné, neostré (fuzzy) definice, např. technický stav, použitelnost, atd., které
zčásti vycházejí ze subjektivního výkladu;
• neurčité definice, např. estetika mostních objektů, které zcela vycházejí
z individuálních subjektivních dojmů.
Informace lze popsat s použitím dvou typů měr:
• přesné míry vyjádřené obvykle pomocí čísel, např. délka rozpětí: 24 m, hodnocení
stavu: 2, únosnost: 30 t;
• neostré (fuzzy) míry vyjádřené pomocí neostrých (fuzzy) čísel (např. asi 20 m, mezi
20 t a 30 t) nebo pomocí neostrých (fuzzy) jazykových hodnot (např. velký,
intenzivní, nevýznamný).
Kombinace uvedených tří typů definic a dvou typů měr informací vytváří šest tříd
informací. Všechny třídy informací se při správě mostních objektů obvykle používají.