Способ определения величины преднапряжения арматуры в готовой строительной конструкции

 

Сущность изобретения: в каждом арматурном стержне строительной конструкции возбуждают продольные колебания переменной частоты, измеряют резонансную частоту и декремент колебаний в каждом стержне, производят качание частоты возбуждения арматурного стержня вокруг частоты резонанса бетона со скоростью, при которой низкодобротная резонансная кривая бетона сформирована полностью, а высокодобротная резонансная кривая арматурного стержня еще не сформирована, вычитают из результирующей двугорбой резонансной кривой арматурного стержня и бетона полученную низкодобротную резонансную кривую бетона и по ширине собственной резонансной кривой каждого арматурного стержня определяют действительное значение его декремента колебаний и величину преднапряжения арматуры. Возбуждение колебаний и измерение параметров колебаний можно осуществлять с одной из торцовых сторон каждого арматурного стержня при раздельном контакте возбудителя и приемника колебаний с торцом арматурного стержня. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к строительству, а именно к неразрушающим методам контроля качества готовых предварительно напряженных железобетонных изделий и конструкций.

Известен способ определения величины натяжения арматуры в готовом строительном изделии (авт.св.N 236089, М.кл. G 01 L 05/04, Е 04 Q 21/12, 1967 ), который заключается в закреплении изделия на опорных устройствах, возбуждении в нем изгибных затухающих колебаний, измерении периода и логарифмического декремента колебаний и сравнении этих динамических параметров с соответствующими параметрами эталонного изделия. Этот способ дает возможность лишь косвенно судить об усредненной величине преднапряжения арматуры в готовом строительном изделии постоянной по длине жесткости, работающем в условиях плоского изгиба. Он не позволяет выявить действительный характер напряженно-деформированного состояния в сечении изделия и оценить его эксплуатационную надежность.

Известен также способ определения величины напряжений в конструкции (авт.св.N 1525485, кл. G 01 L 1/00, 1989), заключающийся в возбуждении в ней колебаний, измерении параметров колебаний, сравнении измеренных параметров с соответствующими эталонными значениями параметров эталонной конструкции и определении по результатам сравнения величины преднапряжения.

Недостатком способа является низкая надежность оценки напряженно-деформированного состояния в сечениях исследуемой конструкции.

Технический результат, на достижение которого направлен предлагаемый способ, заключается в возможности определения преднапряжения в конструкциях как постоянной, так и переменной по длине жесткости, работающих в условиях любого простого или сложного напряженного состояния, а также в повышении надежности оценки напряженно-деформированного состояния в сечениях исследуемой конструкции.

Поставленная задача решена тем, что в способе определения величины преднапряжения арматуры в готовой строительной конструкции, заключающемся в возбуждении в ней колебаний, измерении параметров колебаний, сравнении измеренных параметров эталонной конструкции и определении по результатам сравнения величины преднапряжения, осуществляют возбуждение продольных колебаний переменной частоты в каждом входящем в состав конструкции арматурном стержне в отдельности, измеряют резонансную частоту и декремент колебаний в каждом арматурном стержне, производят качание частоты возбуждения арматурного стержня вокруг частоты резонанса бетона со скоростью, при которой низкодобротная резонансная кривая бетона сформирована полностью, а высокодобротная резонансная кривая арматурного стержня еще не сформирована, вычитают из результирующей двугорбой кривой арматурного стержня и бетона полученную низкодобротную резонансную кривую бетона и по ширине собственной резонансной кривой каждого арматурного стержня определяют действительное значение его декремента колебаний и величину преднапряжения арматуры в готовой строительной конструкции.

Целесообразно осуществлять возбуждение колебаний и измерение их параметров с одной из торцовых сторон арматурного стержня при раздельном контакте возбудителя и приемника колебаний с торцом арматурного стержня. При этом представляется возможность осуществления оперативной проверки величины преднапряжения арматуры, а также достигается удобство в проведении неразрушающего контроля.

Сущность способа заключается в следующем. Путем проведения многочисленных экспериментов было установлено, что декремент δ и резонансная частота продольных колебаний f в арматурном стержне являются функциями его добротности, и для конкретного типа арматуры (класс, диаметр, длина) эти функции остаются достаточно постоянными и могут служить характеристиками ее свойств. В частности, величина напряжения арматуры s_sp функционально зависит от резонансной частоты f продольных колебаний и декремента δ.. Поэтому, изготовив эталонную конструкцию для данного изделия под строгим контролем всех технологических операций и проведя ее динамические испытания, строят для нее эталонные графические зависимости σ_sp-f_э, σ_sp-δ_э. При испытании серийной конструкции для каждого арматурного стержня в отдельности определяют динамические характеристики f_с и δ_c, сопоставляя их с эталонными графиками σ_sp-f_э и σ_sp-δ_э, находят величину действительного напряжения σ_sp в каждом арматурном стержне обследуемой конструкции.

Оценка действительного напряжения σ_sp в каждом арматурном стержне дает возможность более объективно и с большей степенью надежности судить о напряженно-деформированном состоянии в сечениях обследуемой конструкции. Кроме того, при продольных колебаниях из-за большого перепала акустических импедансов арматуры и бетонного камня в диапазоне звуковых частот динамические параметры арматуры практически не зависят от условий обжатия арматурного стержня бетонной массой, объема бетона,формы и площади сечений конструкции. Это обстоятельство позволяет распространить предлагаемый способ на конструкции, работающие в условиях простого или сложного напряженного состояния, а также конструкции с переменной жесткостью сечения по ее длине.

Как показала практика, осуществить надежную и достоверную оценку величины преднапряжения арматуры по декременту колебаний затруднительно по причине определения последнего со значительными погрешностями за счет неправильного определения ширины резонансной кривой арматурных стержней, поскольку в большинстве случаев при снятии резонансной кривой арматурных стержней в действительности регистрируется суперпозиция резонансных кривых арматурного стержня и бетона двугорбая резонансная кривая всего изделия (см. фиг. 1).

Как видно из фиг. 1, составляющие резонансные кривые (двугорбой кривой) отличаются между собой по их ширине и положению основной резонансной частоты. Характерно, что ширина резонансной кривой изделия существенно больше резонансной кривой арматурных стержней. На практике для определения величины декремента колебаний используют выражение (Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник. Кн. 2/Под ред. В.В.Клюева. М. Машиностроение, 1986. с. 312) где f₀ собственная частота основного тона; f₁, f₂ частоты, соответствующие уменьшению амплитуды в 2 раза относительно резонансного значения; (f₂ f₁) ширина резонансной кривой на уровне 0,5.

Из этого выражения видно, как точность определения ширины резонансной кривой (f₂ f₁) влияет на точность определения декремента колебаний, а тем самым и на точность и достоверность определения величины преднапряжения арматуры. Для случая, иллюстрированного фиг. 1, ширина резонансной кривой всего изделия явно не коррелирует с действительной шириной резонансной кривой арматурных стержней (f_2изд f_1изд) >> (f_2арм f_1арм), что указывает на необходимость выделения собственной резонансной кривой, соответствующей арматурному стержню, из результирующей двугорбой резонансной кривой.

Поскольку резонансная кривая арматуры в "чистом виде" отсутствует и без использования дополнительных режимных операций выделена быть не может, то с целью выделения этой кривой предлагается осуществлять периодическое качание частоты возбуждения продольных колебаний арматурного стержня со скоростью девиации частоты достаточной для выделения только широкой резонансной кривой бетона. Это основано на том, что широкопетлевыерезонансные кривые низкодобротны и наоборот, а при достаточно высокой скорости девиации частоты возбуждения успевает возбудиться ("отозваться") только низкодобротная резонансная система. При этом, узкопетлевые резонансные кривые арматурных стержней не дают кривых возбуждения. Выделенная с помощью такого приема резонансная кривая бетона вычитается из результирующей кривой по ординатам, что позволяет получить (выделить) резонансную кривую арматурного стержня в "чистом виде" (фиг. 2), по которой определяют истинное значение декремента колебаний и в последующем с большей степенью точности и достоверности находят величину преднапряжения арматуры.

Следовательно, использование предлагаемого приема существенно повышает надежность оценки преднапряжения в сечениях контролируемой конструкции.

Оперативность и удобство одностороннего доступа при проведении неразрушаюшего контроля вызвано следующими причинами: сложностью подготовки торцов арматурного стержня; необходимостью подведения к торцам стержня протяженных соединительных кабелей (к возбудителю и приемнику колебаний) в случае проведения измерений на длинномерных изделиях; значительными затратами времени при обеспечении надежного акустического контакта с двух удаленных торцов арматурного стержня.

Анализ совокупности признаков заявляемого способа показывает, что по сравнению с прототипом и другими техническими решениями, совокупность приемов, обеспечивающая получение технического результата является новой, а путь решения не очевиден.

На фиг. 3 приведена схема реализации способа для случая двухстороннего доступа при возбуждении продольных колебаний переменной частоты в арматурном стержне. В готовой конструкции с одного из торцов арматурного стержня 1 возбуждают продольные механические колебания переменной частоты в арматуре излучателем 2 путем подачи на него через усилитель 5 электрического сигнала заданного уровня с генератора качающейся частоты (задатчика колебаний), входящего в состав прибора для исследования амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) 4. Регистрацию резонансных кривых, посредством приемника механических колебаний 3, осуществляют с помощью прибора для исследования АЧХ 4.

Реализация способа для случая одностороннего доступа может быть осуществлена с использованием схемы, представленной на фиг. 4, которая отличается от рассмотренной выше (фиг. 3) тем, что излучатель 2 и приемник 3 механических колебаний размещены с одной стороны контролируемого объекта (арматурного стерня) и контролируют лишь с одним торцом стержня, но в двух его точках.

В проводимых неразрушающих динамических испытаниях были использованы следующие приборы и средства контроля: излучатель механических колебаний 2 электродинамический вибровозбудитель колебаний 11075 (Роботрон); приемник механических колебаний 3 пьезоэлектрический преобразователь типа КД35А (Роботрон); задатчик и регистратор колебаний, входящие в состав прибора 4 прибор для исследования АЧХ типа Х1-53; усилитель колебаний 5 усилитель мощности типа LV-103 (Роботрон).

Способ осуществляется следующим образом. Для заданного типа изделий изготавливают эталонные конструкции при строгом соблюдении всех технологических операций при напряжениях в арматуре, изменяющихся от 0 до σ_o Эти конструкции закрепляют на опорах и проводят их динамические испытания для каждого арматурного стержня в режиме возбуждения продольных колебаний переменной частоты по приведенной ниже последовательности операций.

С помощью прибора для исследования АЧХ 4, выход которого через усилитель 5 подключен к излучателю механических колебаний 2, в арматурном стержне 1 возбуждают продольные колебания переменной частоты. Эти колебания воспринимаются с торца арматурного стержня 1 приемником 3 и поступают на детекторный вход прибора для исследования АЧХ 4, где и происходит их регистрация. Первоначально прибором для исследования АЧХ 4 снимают результирующую резонансную кривую (АЧХ) изделия в целом на частоте качания, при которой не происходит заметного искажения получаемого процесса. Полученная АЧХ обычно имеет вид двугорбой резонансной кривой, состоящей из левой широкой (низкодобротной) резонансной кривой бетона, и правой узкой (высокодобротной) резонансной кривой арматурного стержня, причем последняя расположена на правом склоне кривой бетона (фиг. 1). При повышении частоты качания прибора для исследования АЧХ 4 резонансная кривая арматурного стержня 1 станет уменьшаться по амплитуде до полного установления монотонности спада правого склона широкой резонансной кривой бетона в "чистом виде". Из исходной двугорбой кривой известными способами вычитают мгновенные значения уровней выделенной широкой резонансной кривой, в результате получают (выделяют) собственную резонансную кривую арматуры (фиг. 2), по которой находят динамические параметры (частоту и декремент колебаний) и определяют величину преднапряжения стержня.

Проведя испытания арматурных стержней во всех эталонных конструкциях в режиме возбуждения продольных колебаний переменной частоты, строят эталонные графики изменения величины σ_sp от частоты колебаний f_э и декремента δ_э.. Затем по аналогичной методике испытывают конструкцию серийного изготовления, определяя величины f_c и δ_c для каждого арматурного стержня. По графикам σ_sp-f_э и σ_sp-δ_э определяют величину преднапряжения σ_sp в каждом арматурном стержне серийной конструкции, а по их значениям судят о действительном напряженно-деформированном состоянии в конструкции, качестве ее изготовления и эксплуатационной надежности.

Предлагаемый способ может быть использован при изготовлении железобетонных конструкций на заводах стройиндустрии для оценки величины преднапряжения арматуры в изделиях не только постоянной, но и переменной по длине жесткости, работающих как в условиях плоского изгиба, так и любом другом напряженном состоянии.

Формула изобретения

1. Способ определения величины преднапряжения арматуры в готовой строительной конструкции, заключающийся в возбуждении в ней колебаний, измерении параметров колебаний, сравнении измеренных параметров с соответствующими эталонными значениями параметров эталонной конструкции и определении по результатам сравнения величины преднапряжения, отличающийся тем, что осуществляют возбуждение продольных колебаний переменной частоты в каждом входящем в состав конструкции арматурном стержне в отдельности, измеряют резонансную частоту и декремент колебаний в каждом арматурном стержне, производят качание частоты возбуждения арматурного стержня вокруг частоты резонанса бетона со скоростью, при которой низкодобротная резонансная кривая бетона сформирована полностью, а высокодобротная резонансная кривая арматурного стержня еще не сформирована, вычитают из результатирующей двугорбой резонансной кривой арматурного стержня и бетона полученную низкодобротную резонансную кривую бетона и по ширине собственной резонансной кривой каждого арматурного стержня определяют действительное значение его декремента колебаний и величину преднапряжения арматуры в готовой строительной конструкции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что возбуждение колебаний и измерение их параметров осуществляют с одной из торцевых сторон каждого арматурного стержня при раздельном контакте возбудителя и приемника колебаний с торцом арматурного стержня.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4