Способ неразрушающего контроля несущей способности железобетонных конструкций

Изобретение относится к области неразрушающего контроля на прочность строительных железобетонных конструкций. Способ заключается в следующем: определяют места возможных максимальных деформаций в стержнях арматуры и в бетоне, в этих местах устанавливают измерители деформаций, конструкцию нагружают испытательной механической статической нагрузкой, не превышающей предельного ее значения по прочности бетона или арматуры конструкции, и определяют значения деформаций. При этом нагружение конструкции выполняют в одном и том же месте 5-10 раз постоянной по значению статической механической нагрузкой при двух-пяти различных ступенях нагрузки. По результатам двух-пяти испытаний находят средние значения деформаций и соответственно два-пять значений доверительных интервалов измеренных деформаций, по которым строят график зависимости средних значений деформации от нагрузки и доверительные границы. При этом деформации измеряют одновременно в двух крайних стержнях арматуры и в двух крайних местах бетона на верхней грани сжатой зоны элемента в опасном сечении конструктивного элемента. По средним деформациям в арматуре и бетоне строят графики зависимости деформаций от нагрузки и доверительные границы, аппроксимируя их полиномами второй-пятой степени. На графике зависимости деформаций от нагрузки на оси абсцисс (деформаций) откладывают значение предельной деформации по нормативным документам по расчету железобетонных конструкций и графически определяют прочность (предельную нагрузку) конструкции по прочности арматуры и прочности бетона отдельно, принимая наименьшее из двух значений. Технический результат - повышение точности определения несущей способности конструкций. 2 ил.

 

Изобретение предназначено для строительных конструкций - балок, плит, рам из материалов и систем с нелинейной зависимостью между нагрузкой и деформациями, в частности железобетонных.

Цель изобретения - повышение точности определения несущей способности конструктивных элементов, мерой которой является значение предельной (наибольшей) нагрузки, не приводящей элемент или систему в состояние разрушения или к другому виду предельного состояния, например к превышению напряжениями или деформациями в рабочей арматуре или бетоне сжатой зоны элемента предельных значений, установленных нормами расчета железобетонных конструкций (Звездов А.И. Расчет прочности железобетонных конструкций при действии изгибающих моментов и продольных сил по новым нормативным документам / А.И.Звездов, А.С.Залесов // Бетон и железобетон, 2002. - № 2. - с.21-25).

Известен способ неразрушающего контроля несущей способности конструкций (патент № 2006814, кл. МПК 5 G 01 N 3/00, 1991 г.), заключающийся в том, что в испытуемой конструкции выявляются места с возможными наибольшими деформациями. В этих местах устанавливают средства измерения деформаций (тензометры, тензодатчики и др.) и конструкцию нагружают механической статической нагрузкой, не превышающей предельного ее значения, вычисленного теоретически, 5-10 раз, измеряя каждый раз деформации, и находят доверительный интервал среднего значения деформаций. Затем строят график зависимости между нагрузкой и перемещениями (прогибами) по двум точкам (в начале координат и в точке с координатами значения экспериментальной нагрузки, значения перемещения от этой нагрузки). Затем через точки доверительного интервала проводят прямые - доверительные границы параллельно прямой зависимости перемещения от нагрузки, проходящей через начало координат. По графику находят предельную нагрузку.

Недостатком этого способа является малая точность и ненадежность результатов, вызванная тем, что доверительные границы проводят по одной точке доверительного интервала параллельно прямой зависимости перемещения (прогиба) от нагрузки.

Наиболее близким к изобретению является способ неразрушающего контроля несущей способности строительных конструкций (патент № 2161788, кл. МПК 5 G 01 N 3/00, 2001 г.), заключающийся в том, что в конструкции выявляют места возможных наибольших линейных или угловых перемещений, в этих местах устанавливают измерители перемещений (прогибов) и конструкцию или конструктивный элемент нагружают испытательной механической нагрузкой, не превышающей предельного ее значения по прочности и жесткости элемента, и определяют значения наибольших перемещений, при этом нагружают конструкцию в одном и том же месте 5-10 раз, нагружение осуществляют не менее чем при трех различных ступенях нагрузки, по результатам трех средних значений перемещений и соответствующим нагрузкам строят прямую зависимости нагрузки от перемещений (деформаций), определяют три значения доверительных интервалов измерений перемещений, по точкам которых строят доверительные границы измеряемых перемещений, а прочность конструкции определяют с учетом средних значений перемещений и прямолинейных доверительных границ при линейной зависимости между нагрузкой и перемещениями.

Недостатком этого способа является ограниченная его применимость только для материалов и систем с линейной зависимостью между испытательной нагрузкой и перемещениями (прогибами).

Целью изобретения является расширение области применения способа определения несущей способности конструкций и конструктивных элементов из материалов с нелинейной зависимостью между нагрузкой и деформациями конструкции или конструктивного элемента, к которым относятся конструкции из железобетона и других композиционных материалов.

Это достигается тем, что в конструкции выявляют места возможных максимальных деформаций, в этих местах устанавливают измерители деформаций (тензометры, тензорезисторы и др.), конструкцию или конструктивный элемент нагружают испытательной механической статической нагрузкой, не превышающей предельного ее значения по прочности или предельной деформации в арматуре и бетоне, и определяют значения деформаций, при этом нагружают конструкцию в одном и том же месте 5-10 раз, нагружение осуществляют не менее чем при двух-пяти различных ступенях нагрузки, по результатам двух-пяти средних значений деформаций и соответствующим нагрузкам строят кривую, которую аппроксимируют полиномом второй-пятой степени с определением коэффициентов полинома с помощью метода наименьших квадратов, определяют не менее двух-пяти доверительных интервалов измерений деформаций, по точкам которых строят криволинейные доверительные границы измеряемых деформаций, аппроксимируя их полиномами второй-пятой степени с определением коэффициентов полинома с помощью метода наименьших квадратов, на оси абсцисс (деформаций) откладывают значение предельной деформации ε_пр по новым нормативным документам по расчету железобетонных конструкций (Звездов А.И. Расчет прочности железобетонных конструкций при действии изгибающих моментов и продольных сил по новым нормативным документам / А.И.Звездов, А.С.Залесов // Бетон и железобетон, 2002. - № 2. - с.21-25). Для бетона ε_пр=0,002, для арматуры ε_пр=R_s/Е_s, где R_s - расчетное сопротивление арматуры растяжению, Е_s - модуль упругости арматуры. В точке абсциссы (деформаций) восстанавливают перпендикуляр с предельными значениями деформаций ε_пр и находят точку пересечения его со средней кривой полинома, через полученную точку проводят прямую, параллельную оси абсцисс, и на пересечении ее с доверительными границами находят доверительные интервалы предельных деформаций ε_пр, а прочность (предельную нагрузку) конструкции или конструктивного элемента определяют графически по прочности арматуры и прочности бетона отдельно и принимают наименьшее из двух значений.

На фиг.1 показан график зависимости нагрузки от перемещения с доверительными границами 1-2-3-4 и 1'-2'-3'-4' и значение предельной нагрузки F_пр по прочности бетона. Аналогичный график строится для определения F_пр по прочности арматуры. На фиг.2 показаны в поперечном сечении плиты места установки измерителей перемещений в арматуре и бетоне.

Способ осуществляется следующим образом. Определяют опасное сечение конструктивного элемента, т.е. место наибольших возможных перемещений (деформаций), например в середине пролета балки или плиты, в этом месте на арматурных стержнях и на бетоне в сжатой зоне устанавливают измерители перемещений в двух крайних стержнях арматуры и в двух крайних местах бетона на верхней грани элемента. Предварительно конструкцию разгружают от эксплуатационной временной нагрузки. Защитный слой бетона у арматуры скалывают, шлифуют площадку на стержне арматуры для упора опор тензометров. Прикладывают первую ступень нагрузки и определяют перемещения (деформации), повторяя операции 5-10 раз для статистики. Затем прикладывают вторую большую ступень нагрузки и операцию испытаний повторяют для полинома второй степени. Число ступеней нагрузки равно степени принимаемого полинома. Вычисляют среднее значение деформации , средние квадратическне отклонения S_i, доверительные интервалы по формуле , где t - коэффициент Стьюдента, n - число измерений. Полученные точки откладывают в осях координат (F-ε). Из точки 4 доверительного интервала ε_пр при i=1, 2, 3 опускают вертикаль (см. фиг.1) до пересечения с нижней доверительной границей 1'-2'-3'-4' и из точки пересечения проводят горизонталь до пересечения с осью нагрузки F. По точке пересечения с осью нагрузки F находят предельную нагрузку F_пр.

Диаграммы F-ε аппроксимируются полиномами второй-пятой степени, что рекомендовано в работе "Усиление при реконструкции зданий и сооружений" Р.С.Санжаровского, Д.О.Астафьева, В.М.Улицкого, Ф.Зибера. С.Петербург, 1998. - 633 с. на стр.375-376.

Способ неразрушающего контроля прочности железобетонных строительных конструкций, по которому определяют места возможных максимальных деформаций в стержнях арматуры и в бетоне, в этих местах устанавливают измерители деформаций, конструкцию нагружают испытательной механической статической нагрузкой, не превышающей предельного ее значения по прочности бетона или арматуры конструкции и определяют значения деформаций, при этом нагружение конструкции выполняют в одном и том же месте 5-10 раз постоянной по значению статической механической нагрузкой при двух-пяти различных ступенях нагрузки, по результатам двух-пяти испытаний находят средние значения деформаций и соответственно двух-пяти значений доверительных интервалов измеренных деформаций, по которым строят график зависимости средних значений деформации от нагрузки и доверительные границы, отличающийся тем, что деформации измеряют одновременно в двух крайних стержнях арматуры и в двух крайних местах бетона на верхней грани сжатой зоны элемента в опасном сечении конструктивного элемента, по средним деформациям в арматуре и бетоне строят графики зависимости деформаций от нагрузки и доверительные границы, аппроксимируя их полиномами второй-пятой степени, на графике зависимости деформаций от нагрузки на оси абсцисс (деформаций) откладывают значение предельной деформации по нормативным документам по расчету железобетонных конструкций и графически определяют прочность (предельную нагрузку) конструкции по прочности арматуры и прочности бетона отдельно, принимая наименьшее из двух значений.