Способ измерения усилия в рабочей стержневой арматуре железобетонного сооружения и устройство для его осуществления (варианты)

 

Изобретения относятся к области измерения усилий в рабочей арматуре железобетонного сооружения и могут быть использованы для контроля безопасности сооружений, в частности на действующих АЭС. При реализации способа вдоль арматурного стержня образуют две штрабы, в одной из которых на обнаженную арматуру устанавливают датчики деформации и измеряют начальную относительную продольную деформацию арматуры. В другой штрабе перерезают арматуру и последовательно вскрывают бетонный слой с обнажением арматуры между штрабами до образования единой штрабы. Вторично измеряют относительную продольную деформацию. По разности двух измеренных деформаций вычисляют действовавшее в арматуре до ее перерезания усилие. Установленным на место вырезанного отрезка обнаженного арматурного стержня преобразователем силы измеряют текущие значения усилий в арматуре железобетонного сооружения. При установке преобразователя силы последовательно с ним в тот же арматурный стержень устанавливают натяжное устройство, с помощью которого воспроизводят заданное значение усилия. Это усилие контролируют преобразователем силы и/или датчика и деформации. После этого штрабу бетонируют. Технический результат: повышение точности измерений. 4 с. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретения относятся к области измерения усилий в рабочей арматуре железобетонного сооружения, в котором преобразователи силы в процессе возведения сооружения не установлены или вышли из строя в процессе эксплуатации и подлежат замене, и может быть использовано научными, проектно-конструкторскими и эксплуатирующими сооружение организациями для контроля его безопасности, в частности на действующих АЭС.

Известен традиционный способ измерения усилий в рабочей арматуре сооружения, заключающийся в установке в ней до бетонирования промышленно выпускаемых арматурных преобразователей силы или деформации (струнных, тензометрических, магнитострикционных и др.) с последующим измерением усилий или деформаций в процессе строительства и эксплуатации сооружения (см.А.А.Угинус, В.П.Бомбчинский. Контрольно-измерительная аппаратура гидротехнических сооружений. Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре. М., 1954, с.172-177).

При реализации известного способа, как правило, для установки преобразователей силы используется электросварка, вследствие чего в арматуре возникают местные сварные начальные усилия, измеряемые установленным преобразователем. Эти начальные усилия существенно искажают реальную картину перераспределения усилий между бетоном и арматурой, предопределяя с самого начала отличие работы контролируемых арматурных стержней от работы других, рядом расположенных с ними стержней.

Другим недостатком способа является отсутствие на сегодня практических рекомендаций по экспериментальному определению усилий в арматуре в местах, где преобразователи в процессе строительства сооружения установлены не были либо были установлены, но вышли из строя и нуждаются в замене. Данный способ не предполагает установку (замену) арматурного преобразователя силы на эксплуатируемом сооружении, особенно при наличии в рабочей арматуре существенных эксплуатационных усилий растяжения или сжатия.

Наиболее близким к заявленному способу по технической сущности и достигаемому результату является способ измерения текущего напряженного состояния арматуры железобетонного эксплуатируемого сооружения к моменту установки преобразователя силы, заключающийся в том, что в зоне возникновения трещин образуют две штрабы, в одной из которых устанавливают на арматуру тензорезисторы, а затем в другой штрабе перерезают арматуру, при этом штрабы располагают на расстоянии не менее длины анкеровки и осуществляют последовательное вскрытие бетонного слоя с обнажением арматуры между штрабами и измерение деформации арматуры после вскрытия каждого участка, а окончательное измерение деформации арматуры производят после соединения двух штраб в единую штрабу. По определенной разности деформаций арматуры, измеренных до ее перерезки и после того, как завершено образование единой штрабы, по закону Гука и сечению арматурного стержня определяют действующие до перерезки в арматуре усилия F (RU 2099676 С1, МПК7 G 01 L 1/00, 1/22, 20.12.97).

Если при этом во вскрытую арматуру вваривается преобразователь силы, то его начальные показания (при отсутствии дополнительных усилий от сварки) равны нулю. Поэтому измеренные установленным преобразователем усилия каждый раз суммируют с найденным значением усилия F.

Недостатком способа является низкая точность измерений, обусловленная искажением реальной картины напряженно-деформированного состояния железобетонной конструкции в месте установки преобразователя силы, вызванное разгрузкой контрольного стержня, особенно на участке, где было нарушено его первоначальное сцепление с бетоном, в то время как в других, рядом расположенных стержнях, действуют усилия, как правило, превышающие усилия F. В перераспределении усилий между стержнями наблюдается неопределенность, что обуславливает существенные погрешности в результатах измерений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к вариантам заявленного устройства является устройство для реализации известного способа измерения напряженного состояния арматуры железобетонного эксплуатируемого сооружения с помощью преобразователя силы, имеющего с двух сторон удлинители для встройки его в рабочую арматуру (RU 2099676 С1, МПК7 G 01 L 1/00, 1/22, 20.12.97).

Известное устройство также обладает низкой точностью измерений усилий вследствие причин, рассмотренных выше при описании недостатков, присущих способу, выбранному в качестве прототипа.

Техническим результатом, на достижение которого направлены заявленные изобретения, является повышение точности измерения усилий в рабочей стержневой арматуре эксплуатируемого железобетонного сооружения.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе измерения усилия в рабочей стержневой арматуре железобетонного сооружения, заключающемся в том, что вдоль арматурного стержня на расстоянии не менее длины анкеровки образуют две штрабы, в одной из которых на обнаженную арматуру устанавливают датчики деформации и измеряют начальное значение относительной продольной деформации арматуры, затем в другой штрабе перерезают арматуру, последовательно вскрывают бетонный слой с обнажением арматуры между штрабами до образования единой штрабы и вторично измеряют значение относительной продольной деформации арматуры, по разности двух измеренных деформаций вычисляют действовавшее в арматуре до ее перерезания усилие, затем на место вырезанного отрезка обнаженного арматурного стержня устанавливают преобразователь силы и измеряют текущие значения усилий в арматуре железобетонного сооружения, при установке преобразователя силы последовательно с ним в тот же арматурный стержень устанавливают натяжное устройство для создания в месте установки преобразователя силы однородного напряженно-деформированного состояния железобетонной конструкции, соответствующего ее текущему состоянию к моменту перерезки арматурного стержня, затем с помощью натяжного устройства воспроизводят заданное значение усилия, которое контролируют преобразователем силы и/или датчиками деформации, после чего штрабу бетонируют.

Кроме того, для достижения указанного результата в качестве заданного значения усилия выбирают усилие, действовавшее в арматуре до ее перерезания.

Дополнительно для достижения указанного результата учитывают изменение показаний установленного преобразователя силы в процессе твердения бетона в штрабе путем внесения упомянутого изменения в виде поправки в текущие значения измеряемых усилий.

Согласно первому варианту заявленного устройства указанный технический результат достигается тем, что в устройство для измерения усилия в рабочей стержневой арматуре железобетонного сооружения с помощью установленного в ней преобразователя силы с удлинителями, введено натяжное устройство, содержащее упоры и взаимодействующие с ними по резьбе натяжную гайку и контргайки, при этом упоры выполнены в виде двух стержней, каждый с наружной резьбой на одном конце, один стержень - с правой, а другой - с левой резьбой, натяжная гайка - в виде ниппеля со срединной канавкой и внутренними резьбами на концах, соответствующими наружным резьбам, выполненным на стержнях, и лысками под гаечный ключ на наружной поверхности натяжной гайки, причем свободные от резьбы концы стержней выполнены с возможностью их жесткого соединения одного - с рабочей арматурой, другого - с удлинителем преобразователя силы, при этом до жесткого соединения с рабочей арматурой резьбовые концы стержней соединены с натяжной гайкой с зазором между их торцами на ширину срединной канавки.

Указанный технический результат также достигается за счет того, что в устройстве натяжная гайка выполнена из бронзы или сплава В95Т, а стержни - из стали.

Указанный технический результат также достигается тем, что в устройстве один из стержней выполнен на конце одного из удлинителей преобразователя силы.

В соответствии со вторым вариантом заявленного устройства указанный технический результат достигается тем, что в устройство для измерения усилия в рабочей стержневой арматуре железобетонного сооружения с помощью установленного в ней преобразователя силы с удлинителями введено натяжное устройство, содержащее упоры и взаимодействующие с ними натяжную гайку и контргайки, при этом натяжная гайка выполнена с внутренней правой резьбой с одной стороны и с упорным выступом с отверстием под один из упоров с другой стороны, указанный упор выполнен в виде болта с круглой головкой, смонтированного на одном из удлинителей преобразователя силы, с возможностью опирания круглой головки болта на упорный выступ натяжной гайки и закрепления болта на нем контргайкой, другой упор выполнен в виде полого цилиндра с наружной правой резьбой с возможностью его жесткого закрепления на рабочей арматуре.

Согласно третьему варианту в устройство для измерения усилия в рабочей стержневой арматуре железобетонного сооружения с помощью установленного в ней преобразователя силы с удлинителями введено натяжное устройство, содержащее упоры и взаимодействующие с ними по резьбе натяжную гайку и контргайки, при этом упоры выполнены в виде двух стержней, каждый с наружной резьбой на одном конце, один стержень с правой, другой - с левой резьбой, в качестве натяжной гайки использованы удлинители преобразователя силы, выполненные в виде глухих колпачковых натяжных гаек, одной - с правой, а другой - с левой резьбой, и лысками под гаечный ключ на наружных цилиндрических частях, а свободные от резьбы концы стержней выполнены с возможностью их жесткого соединения с рабочей арматурой.

Заявленные изобретения представлены на чертежах, где фиг.1 - схема, поясняющая сущность заявленного способа, фиг.2-4 - схемы трех вариантов устройств для осуществления способа.

В первоначально образуемой штрабе А (фиг.1) на обнаженную арматуру устанавливают датчики деформации (тензорезисторы или преобразователь деформации ПЛДС-150). После измерения установленными датчиками деформации начальной относительной продольной деформации арматуру в другой первоначально образованной штрабе Б перерезают. В зонах I - III последовательно вскрывают арматуру до образования единой штрабы.

После этого установленным в штрабе А датчиком деформации вторично измеряют значение относительной продольной деформации и по разности двух измеренных значений по закону Гука вычисляют действовавшее в рабочей арматуре до ее перерезания эксплуатационное усилие F.

Затем вырезают в контролируемом арматурном стержне отрезок необходимой длины, которая зависит от используемого варианта натяжного устройства, и вместо него встраивают (вваривают) преобразователь усилия и последовательно с ним натяжное устройство.

С помощью гаечного ключа с удлиненной рукояткой, зев которого опирается на лыски, выполненные на натяжной гайке натяжного устройства, воспроизводят заданное значение растягивающего или сжимающего усилия в контролируемом арматурном стержне, после чего затягивают контргайки натяжного устройства.

Как правило, в качестве заданного значения усилия выбирают определенное выше эксплуатационное усилие F.

После этого бетонируют штрабу, следя за показаниями установленного преобразователя силы в процессе твердения бетона. При обнаружении изменений в показаниях в указанный период их учитывают в виде поправки; из измеренного преобразователем силы усилия вычитают найденное изменение.

В зоне IV дополнительно вскрывают арматуру для монтажа упора, выполненного в виде полого цилиндра, на рабочей арматуре для второго варианта устройства.

В соответствии с первым вариантом (фиг. 2) устройство для измерения усилий в рабочей стержневой арматуре железобетонного сооружения с помощью установленного в ней преобразователя силы с удлинителями содержит натяжное устройство, состоящее из упоров, выполненных в виде стержней с односторонними длинными мелкими резьбами: стержень 1 - с правой, стержень 2 - с левой резьбой. Натяжная гайка выполнена в виде ниппеля 3 с двумя внутренними длинными мелкими резьбами и разделяющей их срединной канавкой 4. С одной стороны от торца натяжной гайки до срединной канавки резьба правая, а с другой - левая. На наружной стороне гайки выполнены лыски под гаечный ключ. Перед вваркой в рабочую арматуру стержни 1, 2 с двух сторон ввинчиваются в натяжную гайку 3 до образования зазора между их торцами на ширину t срединной канавки 4. С обеих сторон на стержни 1, 2 навинчиваются контргайки 7, причем их поверхности не касаются соответствующих торцевых поверхностей натяжной гайки.

Затем конец стержня 1 жестко присоединяется (приваривается) с помощью накладок или ванной сварки к рабочей арматуре железобетонного сооружения, а конец стержня 2 - к удлинителю 5 преобразователя 6 силы. Предполагается, что другой удлинитель 5 преобразователя силы уже приварен к рабочей арматуре.

Схему на фиг.2 характеризует наибольший установочный габарит (длина), в котором последовательно размещены преобразователь 6 силы и натяжное устройство.

В соответствии со вторым вариантом (фиг.3) устройство содержит натяжное устройство, состоящее из упоров 1, 2 и натяжной гайки 3. Натяжная гайка 3 выполнена с внутренней мелкой правой резьбой с одной стороны и с упорным выступом 4 с отверстием под упор 2 с другой стороны. Упор 2 выполнен в виде болта с круглой головкой, исполненного на конце одного из удлинителей 5 преобразователя 6 силы с возможностью опирания круглой головки болта на упорный выступ 4 натяжной гайки 3 и законтривания болта контргайкой 7.

Упор 1 выполнен в виде полого цилиндра с наружной правой резьбой с возможностью его жесткого закрепления на рабочей арматуре и закрепления резьбового соединения упора 1 с натяжной гайкой 3 контргайкой 8.

Преобразователь силы поставляется на объект установки в собранном виде с удлинителями 5, натяжной гайкой 3, затянутой контргайкой 7.

Установка натяжного устройства в заявленном устройстве по второму варианту осуществляется в следующей последовательности. К рабочей арматуре приваривают надетый на нее упор 1 и навинчивают на него контгайку 8 до крайнего левого положения, когда все нитки резьбы контргайки 8 еще находятся в зацеплении с резьбой упора 1. Скручивают с резьбы контргайку 7 на узкую часть (без резьбы) упора 2 и сдвигают натяжную гайку 3 по направлению к измерительному элементу преобразователя 6 силы. Пристыковывают, не сваривая, удлинитель 5 к рабочей арматуре. Навинчивают натяжную гайку 3 на упор до достижения круглой головкой болта упорного выступа 4. Приваривают удлинитель 5 к рабочей арматуре. После соединения удлинителя 7 преобразователя 6 силы с рабочей арматурой вращением натяжной гайки по часовой стрелке воспроизводят заданные растягивающее или против часовой стрелки сжимающее усилия в рабочей арматуре, после чего закрепляют контргайку 8.

В соответствии с третьим вариантом (фиг.4) устройство содержит натяжное устройство, состоящее из упоров, выполненных в виде двух стержней 1, 2 с наружной резьбой, натяжной гайки 3 и контргаек 4, 5 соответственно с правой и левой резьбами. В качестве натяжной гайки 3 используют удлинители преобразователя 6 силы, выполненные в виде глухих колпачковых натяжных гаек, одной - с правой, а другой - с левой резьбами, и лысками под зев гаечного ключа на наружных цилиндрических частях. Глухие колпачковые натяжные гайки выполнены с возможностью взаимодействия с помощью резьбового соединения со стержнями 1, 2, а свободные концы стержней выполнены с возможностью жесткого их соединения с рабочей арматурой.

При установке натяжного устройства предварительно стержни 1, 2 заворачивают до упора в глухие колпачковые натяжные гайки, затем выворачивают на три оборота, после чего приваривают свободные концы стержней к рабочей арматуре. Преимуществом данного устройства является возможность использования двух гаечных ключей одновременно для воспроизведения заданного усилия.

Описанные выше варианты устройств обеспечивают повышение точности измерения усилий в рабочей стержневой арматуре железобетонного эксплуатируемого сооружения при реализации заявленного способа.

Формула изобретения

1. Способ измерения усилия в рабочей стержневой арматуре железобетонного сооружения, заключающийся в том, что вдоль арматурного стержня на расстоянии не менее длины анкеровки образуют две штрабы, в одной из которых на обнаженную арматуру устанавливают датчики деформации и измеряют начальное значение относительной продольной деформации арматуры, затем в другой штрабе перерезают арматуру, последовательно вскрывают бетонный слой с обнажением арматуры между штрабами до образования единой штрабы и вторично измеряют значение относительной продольной деформации арматуры, по разности двух измеренных деформаций вычисляют действовавшее в арматуре до ее перерезания усилие, затем на место вырезанного отрезка обнаженного арматурного стержня устанавливают преобразователь силы и измеряют текущие значения усилий в арматуре железобетонного сооружения, отличающийся тем, что при установке преобразователя силы последовательно с ним в тот же арматурный стержень устанавливают натяжное устройство для создания в месте установки преобразователя силы однородного напряженно-деформированного состояния железобетонной конструкции, соответствующего ее текущему состоянию к моменту перерезки арматурного стержня, затем с помощью натяжного устройства воспроизводят заданное значение усилия, которое контролируют преобразователем силы и/или датчиками деформации, после чего штрабу бетонируют.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве заданного значения усилия принимают усилие, действовавшее в арматуре до ее перерезания.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что учитывают изменение показаний установленного преобразователя силы в процессе твердения бетона в штрабе путем внесения упомянутого изменения в виде поправки в текущие значения измеряемых усилий.

4. Устройство для измерения усилия в рабочей стержневой арматуре железобетонного сооружения с помощью установленного в ней преобразователя силы с удлинителями, отличающееся тем, что в него введено натяжное устройство, содержащее упоры и взаимодействующие с ними по резьбе натяжную гайку и контргайки, при этом упоры выполнены в виде двух стержней, каждый с наружной резьбой на одном конце, один стержень - с правой, а другой - с левой резьбой, натяжная гайка - в виде ниппеля со срединной канавкой и внутренними резьбами на концах, соответствующими наружным резьбам, выполненным на стержнях, и лысками под гаечный ключ на наружной поверхности натяжной гайки, причем свободные от резьбы концы стержней выполнены с возможностью их жесткого соединения одного - с рабочей арматурой, другого - с удлинителем преобразователя силы, при этом до жесткого соединения с рабочей арматурой резьбовые концы стержней соединены с натяжной гайкой с зазором между их торцами на ширину срединной канавки.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что натяжная гайка выполнена из бронзы или сплава В95Т, а стержни - из стали.

6. Устройство по п.4 или 5, отличающееся тем, что один из стержней выполнен на конце одного из удлинителей преобразователя силы.

7. Устройство для измерения усилия в рабочей стержневой арматуре железобетонного сооружения с помощью установленного в ней преобразователя силы с удлинителями, отличающееся тем, что в него введено натяжное устройство, содержащее упоры и взаимодействующие с ними натяжную гайку и контргайки, при этом натяжная гайка выполнена с внутренней правой резьбой с одной стороны и с упорным выступом с отверстием под один из упоров с другой стороны, указанный упор выполнен в виде болта с круглой головкой, смонтированного на одном из удлинителей преобразователя силы, с возможностью опирания круглой головки болта на упорный выступ натяжной гайки и закрепления болта на нем контргайкой, другой упор выполнен в виде полого цилиндра с наружной правой резьбой с возможностью его жесткого закрепления на рабочей арматуре.

8. Устройство для измерения усилия в рабочей стержневой арматуре железобетонного сооружения с помощью установленного в ней преобразователя силы с удлинителями, отличающееся тем, что в него введено натяжное устройство, содержащее упоры и взаимодействующие с ними по резьбе натяжную гайку и контргайки, при этом упоры выполнены в виде двух стержней, каждый с наружной резьбой на одном конце, один стержень - с правой, а другой - с левой резьбой, в качестве натяжной гайки использованы удлинители преобразователя силы, выполненные в виде глухих колпачковых натяжных гаек, одной - с правой, а другой - с левой резьбой, и лысками под гаечный ключ на наружных цилиндрических частях, а свободные от резьбы концы стержней выполнены с возможностью их жесткого соединения с рабочей арматурой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4