Способ определения предельного состояния строительных конструкций



Способ определения предельного состояния строительных конструкций
Способ определения предельного состояния строительных конструкций

 


Владельцы патента RU 2417369:

Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский центр "Строительство" (ОАО "НИЦ "Строительство") (RU)

Изобретение направлено на проведение мониторинга по оценке состояния зданий и сооружений, а именно к определению предельного состояния строительной конструкции. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности анализа накопления повреждений в процессе эксплуатации и определение наступления предельного состояния конструкции. Способ включает размещение датчиков акустической эмиссии, регистрацию потока параметров сигналов акустической эмиссии, формирование выборок, определение статистических параметров и оценку состояния конструкции по изменению параметров акустической эмиссии. При этом датчики акустической эмиссии устанавливают на поверхность бетонной конструкции и регистрируют параметры в процессе накопления повреждений, в каждой выборке определяют основные статистические параметры акустической эмиссии и нормируемую энтропию, по численным значениям которых строят линейную зависимость, характерную для зоны, соответствующей появлению в конструкции трещин с шириной раскрытия от 0,3 до 0,5 мм, при изменении угла наклона которой на 90° и более судят о наступлении предельного состояния конструкции. 2 ил.

 

Изобретение относится к контролю состояния строительных конструкций из бетона и железобетона и может быть использовано для мониторинга состояния зданий и сооружений.

Известен способ определения наступления предельного состояния конструкций, состоящий в том, что о наступлении предельного состояния судят по различными признакам - разрушением сжатой зоны бетона, текучестью арматуры, значительной шириной раскрытия трещин в бетоне конструкции /1/.

Недостатком данного способа является то, что конструкция или здание может потерять устойчивость и разрушиться при достижении одного из этих признаков.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, включающий установку на конструкции датчиков акустической эмиссии (АЭ), регистрацию через равные промежутки времени потока параметров сигналов АЭ при локальном разрушении бетона, вычисление по данным акустико-эмиссионным измерениям и параметрам разрушения прочности конструкции /2/.

Недостатком данного способа является то, что прочность определяется для сравнительно небольшого участка конструкции и установить наступление предельного состояния конструкции или всего здания невозможно.

Техническая задача - возможность анализировать накопление повреждений в процессе эксплуатации конструкции с использованием информативных параметров акустической эмиссии, заранее определять наступление предельного состояния конструкции.

Поставленная задача решается таким образом, что в способе определения предельного состояния строительных конструкций, включающем установку на конструкцию датчиков акустической эмиссии, регистрацию потока параметров сигналов акустической эмиссии и оценку состояния конструкции, согласно изобретению, из регистрируемого потока параметров сигналов акустической эмиссии формируют выборки, по которым определяют основные статистические характеристики Раэ, вычисляют нормируемую энтропию Sаэн, по численным значениям функции F=(Раэ, Sаэн) строят линейную зависимость, при изменении угла наклона которой на 90° и более судят о наступлении предельного состояния конструкции.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что из регистрируемого потока параметров АЭ формируют выборки, по выборкам определяют основные статистические характеристики Раэ, параметров сигналов АЭ, вычисляют нормируемую энтропию Sаэн, по численным значениям функции F=(Раэ, Sаэн) строят линейную зависимость, при изменении угла наклона линейной зависимости на 90° и более судят о времени наступления предельного состояния.

Предлагаемый метод обработки данных акустической эмиссии позволит в процессе мониторинга производить оперативный контроль и анализ в режиме реального времени изменения состояния конструкции в процессе ее эксплуатации и определение ее предельного состояния.

Способ поясняется чертежами, где на фиг.1 показана диагностическая диаграмма, фиг.2 - схема размещения датчиков АЭ и измерительных приборов.

Способ осуществляют следующим образом.

Железобетонная балка 1 армировалась двумя предварительно напряженными арматурными стержнями. Балка изготавливалась из напрягающего бетона класса по прочности на сжатие В45. Арматурные стержни располагались в нижней части балки. В качестве рабочей арматуры использовалась предварительно напряженная арматура класса A-V диаметром 16 мм. Усилие натяжения арматуры с учетом всех потерь составило 100 МПа.

На боковой поверхности строительной конструкции - балки при помощи воско-канифольного кампауда крепились датчики АЭ 2. Акустический контакт между датчиком АЭ и бетоном осуществлялся при помощи контактной смазки. Нагрузку к балкам прикладывали при помощи гидравлического домкрата и ручной насосной станции. Нагрузку от домкрата через жесткую распределительную траверсу 3 прикладывали к балке сосредоточенно в двух точках. Балки шарнирно опирались на две опоры. Режим приложения нагрузок был принят ступенчатым. Величина ступени нагружения составляла 10-15% от разрушающей нагрузки Р. Образец доводили до разрушения.

На каждой ступени нагружения через равные промежутки времени производили акустико-эмиссионные измерения. Акустико-эмиссионные измерения выполняли с использованием 8-и канальной цифровой акустико-эмиссионной системы A-Line 32D фирмы «ИНТЕРЮНИС». Последовательность регистрируемых сигналов АЭ, приходящих по каждому каналу, дробилась на выборки. Длина выборки назначается или по заданному количеству сигналов АЭ (N) или по назначенному временному интервалу (Dt), в течение которого регистрировались сигналы АЭ.

Анализ полученных АЭ измерений показал, что накопление повреждений в процессе испытания балки и определение ее предельного состояния целесообразно производить по следующей зависимости (1):

Данная функция представляет собой двухпараметрическую зависимость моды амплитудного распределения в выборке (Amod) от относительной энтропии этого распределения (SAн). Мода представляет собой наиболее часто встречающееся значение амплитуд (А) в выборке. Относительная энтропия амплитудного распределения (SAн) представляет собой функцию, численные значения которой находятся в пределах [0…1], и характеризует степень хаотичности случайного процесса в рассматриваемой выборке.

Для вычисления относительной энтропии амплитудного распределения (SAн) производится нормирование значений амплитудного распределения сигналов АЭ (А) в выборке по формуле (2)

По формуле (3) с учетом значений, полученных по формуле (2), определяем относительную энтропию выборки.

где уi - нормированное значение амплитуды сигнала АЭ.

На диаграмме (фиг.1), построенной по результатам испытания балки, численные значения функции (1) располагались в зоне I, в зоне II и в зоне III. Зона I характерна для большинства этапов нагружения балки. Образование нормальных или наклонных силовых трещин с шириной раскрытия до 0,3…0,5 мм, увеличение прогиба балки существенно не видоизменяет характер расположения численных значений функции (1) в зоне I. Перед разрушением (уровень напряжений в балке s/R=0.94-0.95) появляется зона II. На этом этапе в конструкции появляются магистральные трещины, деформации балки нелинейно растут. Зона III соответствует предразрушающему состоянию, когда конструкция еще не разрушилась, но происходит дальнейший рост магистральных трещин, ширина раскрытия трещин превышает 0.5 мм, разрушается сжатая зона бетона, происходят дальнейшие деформации балки. Последовательный переход от зоны I к зоне II и затем к зоне III характеризуется изменением угла наклона прямой линейной зависимости вида (4), при помощи которой происходит аппроксимация численных значений функции (1).

Коэффициент наклона прямой «В» линейной зависимости (4) меняет свои численные значения от положительных значений (зона I) на отрицательные (зона II и зона III), при этом угол наклона линейной зависимости меняется на 90° и более по сравнению с зоной I.

О наступлении предельного состояния конструкции судят по изменению угла наклона линейной зависимости на 90° и более. Дальнейшая эксплуатация конструкции при данном уровне нагружения приведет к ее разрушению.

Источники информации

1. ГОСТ 8829-94. Изделия строительные железобетонные и бетонные заводского изготовления. Методы испытаний нагружением. Правила оценки прочности, жесткости и трещиностойкости, Москва, 1994 г.

2. Патент РФ №2186385, кл. G01N 33/28, БИ №21, 27.07.2002 (прототип).

Способ определения предельного состояния бетонных строительных конструкций, включающий размещение датчиков акустической эмиссии, регистрацию потока параметров сигналов акустической эмиссии, формирование выборок, определение статистических параметров и оценку состояния конструкции по изменению параметров акустической эмиссии, отличающийся тем, что датчики акустической эмиссии устанавливают на поверхность бетонной конструкции и регистрируют параметры в процессе накопления повреждений, в каждой выборке определяют основные статистические параметры акустической эмиссии и нормируемую энтропию, по численным значениям которых строят линейную зависимость, характерную для зоны, соответствующей появлению в конструкции трещин с шириной раскрытия от 0,3 до 0,5 мм, при изменении угла наклона которой на 90° и более судят о наступлении предельного состояния конструкции.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области испытаний технических систем и предназначено для диагностирования и прогнозирования технического состояния твердотельных конструкций технических систем (1).
Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и предназначен для контроля слябов для производства горячекатаной полосы. .

Изобретение относится к устройствам технической диагностики и неразрушающего контроля материалов и изделий и предназначено для диагностики их предельного состояния и раннего предупреждения об опасности разрушения.

Изобретение относится к диагностированию оборудования и различных изделий на основе использования акустико-эмиссионного метода неразрушающего контроля и может быть использовано в химической, нефтехимической, энергетической, металлургической промышленности, на объектах транспорта.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при прочностных испытаниях конструкций, работающих в среде с высоким уровнем шумов и помех, например при выполнении контроля рельсов в момент прохождения железнодорожного состава.

Изобретение относится к неразрушающему контролю колец подшипников буксового узла железнодорожного транспортного средства с использованием метода акустической эмиссии.

Изобретение относится к неразрушающему контролю металлических мостовых конструкций с использованием метода акустической эмиссии и тензометрии. .

Изобретение относится к области неразрушающего контроля качества сварных швов с использованием метода акустической эмиссии

Изобретение относится к акустико-эмиссионной диагностике материалов и конструкций и может быть использовано для линейной локации источников акустической эмиссии (АЭ) с применением одного приемника и повышения достоверности при определении местоположения источников сигналов АЭ при применении известных методов линейной, плоскостной и объемной локации

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для диагностики сосудов, работающих под давлением, методом акустической эмиссии
Изобретение относится к неразрушающему методу контроля железнодорожного пути
Изобретение относится к неразрушающему методу контроля степени износа тележки железнодорожного вагона

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для контроля качества сварных швов в процессе сварки методом акустической эмиссии

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля прочности и предназначено для определения предела прочности материала испытуемых изделий, может быть применено для обнаружения дефектов материала сосудов давления, трубопроводов и деталей машин

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля прочности и предназначено для диагностики состояния металлоконструкций подъемно-транспортных машин

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и диагностики металлических деталей и конструкций методом акустической эмиссии и может быть использовано для прогнозирования остаточного ресурса изделий или времени эксплуатации при периодической диагностике их технического состояния
Наверх