Способ диагностики преднапряженных железобетонных пролетных строений балочного типа

Авторы патента:

Чаплин Иван Владимирович (RU)

Яшнов Андрей Николаевич (RU)

G01L5/04 - для измерения натяжения канатов, кабелей, проводов, нитей, ремней, лент и других гибких элементов

Владельцы патента RU 2589459:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) г. Новосибирск (RU)

Изобретение относится к контролю и диагностике преднапряженных железобетонных балок и пролетных строений мостов. Способ заключается в воздействии сосредоточенной динамической ударной нагрузкой на балку после преднапряжения арматуры, измерении основной частоты колебаний, определении аналитической величины собственной частоты колебаний конструкции с учетом прогнозируемой расчетной величины напряжения в середине пролета в верхней сжатой фибре балочной конструкции, силы предварительного натяжения в арматуре, модуля упругости, расчетной длины арматуры, расстояния от нейтральной оси до сжатой фибры, силы Эйлера. О величине преднапряжения арматуры судят по отклонению измеренной частоты колебаний от аналитической частоты колебаний. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения величины преднапряжения арматуры за счет возможности учета всех потерь преднапряжения арматуры при любом способе натяжения арматуры (на упоры, на бетон). 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к способам неразрушающего контроля технического состояния пролетных строений (ПС) и может быть использовано для контроля и диагностики преднапряжения арматуры в железобетонных балках и пролетных строениях мостов.

Известен способ измерения натяжения арматуры (см. патент РФ №2372593), заключающийся в том, что арматуру помещают между рычагами с индентором, устанавливают необходимый зазор глубины внедрения индентора регулируемыми ограничителями, прикладывают посредством указанных рычагов сжимающее усилие, внедряют индентор в арматуру с возможностью измерения усилия, необходимого для внедрения индентора в арматуру, сравнивают показания индикатора на ненапряженной и напряженной арматуре, на основании которых делают вывод о степени натяжения арматуры.

Недостаток этого способа заключатся в том, что он не дает возможности определить величину преднапряжения арматуры, находящейся внутри готовой конструкции.

Известен также способ определения величины предварительного напряжения в арматурных стержнях с передачей усилия преднапряжения на ее торцы (патент РФ №2217748), принятый в качестве прототипа, заключающийся в возбуждении свободных колебаний в конструкции до и после напряжения арматуры, измерении соответствующих основных частот колебаний и аналитическом определении интегральной величины преднапряжения арматуры с учетом этих частот колебаний, суммарной площади арматурных стержней, их длины, веса конструкции и эксцентриситета приложения усилия преднапряжения относительно нейтральной оси сечения, при этом испытываемую конструкцию нагружают равномерно распределенной нагрузкой, измеряют основную частоту колебаний в нагруженном состоянии и определяют величину преднапряжения арматуры по формуле:

Основным недостатком данного способа является ограниченная область его использования: диагностика преднапряженных железобетонных конструкций балочного типа с натяжением арматуры на бетон. Также недостатками является трудоемкость измерений частоты колебаний до и после натяжения арматуры и загружение распределенной нагрузкой сооружения; учет не всех потерь преднапряжения согласно Приложению Ρ (см. СП 35.13330.2011. Мосты и трубы).

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении точности определения величины преднапряжения арматуры, находящейся в конструкции балочного типа, независимо от способа ее натяжения (на бетон, на упоры), учета всех потерь преднапряжения арматуры, согласно Приложению Р (см. СП 35.13330.2011. Мосты и трубы); упрощении способа определения преднапряжения арматуры.

$ω = \frac{10,95}{l} \sqrt{\frac{E y}{(1 - \frac{N_{p}}{Р_{э л .}}) σ_{П Н Ж Б}}}$ ,

где y - расстояние от нейтральной оси до крайней сжатой фибры; Ε - модуль упругости бетона; Р_эл - сила Эйлера, l - расчетная длина арматуры; σ_пнжб - расчетное нормальное напряжение в середине пролета в крайней сжатой фибре; Ν_p - расчетная продольная сила от предварительного натяжения арматуры с учетом потерь в середине пролета (определяемая согласно Приложению Ρ см. СП 35.13330.2011. Мосты и трубы) и о величине преднапряжения арматуры, находящейся в балочной конструкции, судят по отклонению измеренной основной частоты колебаний от аналитической частоты колебаний.

Способ реализуется следующим образом. В контролируемой балке возбуждают свободные колебания после преднапряжения арматуры, воздействуя на конструкцию сосредоточенной динамической ударной нагрузкой, приложенной в середине пролета, например, падающим с высоты 0,1-0,6 м и не превышающим 100 кГ грузом. В режиме свободных колебаний измеряют основную частоту колебаний балки, используя все необходимые геометрические и физические параметры балки, подставляют их в формулу $ω = \frac{10,95}{l} \sqrt{\frac{E y}{(1 - \frac{N_{p}}{Р_{э л .}}) σ_{П Н Ж Б}}}$ ,

и определяют величину аналитической собственной частоты колебаний. Затем по отклонению измеренной частоты колебаний от аналитической судят о величине преднапряжения арматуры.

Пример реализации способа

Была проведена диагностика типовой преднапряженной железобетонной балки, полной длиной 33 м с предварительно напрягаемой арматурой применительно к типовым конструкциям Союздорпроекта серии 3.503.1-81 инв. №100 (выпуск 7-1). В контролируемой балке возбудили свободные колебания, воздействуя на нее сосредоточенной динамической ударной нагрузкой, приложенной в середине пролета упавшим с высоты 0,25 м и массой 77 кГ грузом. В режиме свободных колебаний измерили с помощью вибродатчиков-акселерометров автоматизированного измерительного комплекса «Тензор МС» (разработка НИЛ «Мосты» СГУПС) собственную частоту колебаний балки, которая составила 4,10 Гц. Геометрические и физические характеристики балки взяты из типового проекта. Расчет прогнозируемого предварительного напряжения арматуры для этой балки (в стадии эксплуатации) производился по Приложению Ρ (см. СП 35.13330.2011. Мосты и трубы) и его значение составило 836,8 МПа. Подставив значение геометрических и физических характеристик и значение прогнозируемого предварительного напряжения арматуры в заявляемую формулу, определили аналитическую частоту колебаний, которая составила 4,04 Гц. Сравнение измеренной и аналитической частоты вертикальных колебаний балки свидетельствует о том, что потери напряжений полностью не завершились. Контролируемая балка может быть допущена к эксплуатации.

Преимущества предлагаемого способа перед способом-прототипом заключаются в возможности определения величины преднапряжения арматуры в преднапряженной железобетонной конструкции при любом способе натяжения арматуры (на упоры, на бетон); возможности учета всех потерь преднапряжения арматуры, согласно Приложению Ρ (см. СП 35.13330.2011. Мосты и трубы); упрощении определения преднапряжения арматуры по частоте собственных колебаний балочных конструкций.

Способ диагностики преднапряженных железобетонных пролетных строений балочного типа, заключающийся в возбуждении свободных колебаний в конструкции после преднапряжения арматуры и измерении основной частоты колебаний, отличающийся тем, что на конструкцию воздействуют сосредоточенной динамической ударной нагрузкой и определяют аналитическую величину собственной частоты колебаний конструкции с учетом прогнозируемой расчетной величины напряжения в середине пролета в верхней сжатой фибре балочной конструкции, силы предварительного натяжения в арматуре, модуля упругости, расчетной длины арматуры, расстояния от нейтральной оси до сжатой фибры, силы Эйлера по формуле:

где l - расчетная длина арматуры;
E - модуль упругости бетона;
y - расстояние от нейтральной оси до крайней сжатой фибры;
N_р - расчетная продольная сила от предварительного натяжения арматуры с учетом потерь в середине пролета;
P_эл - сила Эйлера;
σ_пнжб - расчетное нормальное напряжение в середине пролета в крайней сжатой фибре,
и о величине преднапряжения арматуры судят по отклонению измеренной частоты колебаний от аналитической частоты колебаний.

Изобретение относится к железнодорожным ручным тормозам. Железнодорожный ручной тормоз содержит пустотелый корпус, создающую силу цепь, отходящую от корпуса и соединенную с рычажной тормозной системой вагона, и цепной барабан.

Способ измерения натяжения длинномерных изделий // 2555196

Изобретение относится к силоизмерительной технике, в частности к способам определения натяжений протяженных изделий, например металлических проводов и тросов, оптоволоконных кабелей, полимерных канатов, арматуры и др.

Способ контроля равномерного натяжения и выравнивания плоских упругих материалов и устройство его реализующее // 2546709

Изобретение относится к области опто-акустических измерений натяжений упругих материалов. Способ контроля равномерного натяжения и выравнивания плоских упругих материалов заключается в механическом измерении и контроле за усилиями натяжения.

Способ определения натяжения шнура // 2534431

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вантовых конструкций. Способ определения натяжения шнура заключается в защемлении шнура между двумя зажимами, в центр которого приложена постоянная поперечная нагрузка и измерение максимального прогиба.

Способ определения равномерного натяжения мембраны из изотропного материала // 2497088

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения натяжений мембранных элементов конструкций. Способ состоит в том, что мембрану защемляют двумя кольцами, расположенными по разные стороны поверхности мембраны, и прикладывают поперечную нагрузку, распределенную по площади круга, центр которого совпадает с центрами защемляющих колец, измеряют величину максимального прогиба мембраны и определяют равномерное натяжение мембраны σ(0) по формуле σ ( 0 ) = P 2 I H π ; I = ∫ d b [ B 2 [ 1 − 1 1 + H 2 B 2 ] − 1 r ∫ b r B 2 1 + H 2 B 2 d r ] r d r B = 4 b 2 r 2 ln r b + 2 b 2 ( d 2 + r 2 ) − 2 r 2 ( b 2 + d 2 ) r ( b 4 − d 4 + 4 b 2 d 2 ln d b ) Где σ(0) - величина равномерного натяжения мембраны, Н/м.

Устройство для измерения натяжения гибких длинномерных изделий // 2494361

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля и индикации величины натяжения проводов, тросов. Заявляемое устройство включает фиксатор, рычажный элемент для создания изгиба измеряемого изделия, электронный блок, размещенный в протяженной балке со встроенным чувствительным элементом в виде тензодатчика и с тремя опорами - центральной и концевыми.

Устройство для измерения натяжения нити между бегунком и паковкой кольцевой прядильной машины // 2485226

Изобретение относится к устройству для измерения натяжения нити между бегунком и паковкой кольцевой прядильной машины, которое содержит шпиндель, установленный на нем приводной шкив и патронодержатель с бортиком, выполненным в нижней его части и соприкасающимся с шарикоподшипником.

Регистратор напряжения гибких соединений // 2410657

Изобретение относится к области контроля и регистрации, измерения, обработки и хранения данных, а именно контроля состояния гибких соединений, используемых в различных сферах промышленности и отраслях народного хозяйства.

Стенд для исследования параметров забойного скребкового конвейера с двухцепным горизонтально замкнутым тяговым органом // 2403544

Изобретение относится к конвейеростроению. .

Устройство измерения длины (варианты) и способ его использования (варианты) // 2382328

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения длины гибких длинномерных материалов типа кабеля, каната, проволоки, стального троса и других материалов круглого сечения.

Устройство и способ определения натяжения на направляющем канате висячих подмостей при строительстве шахты // 2611092

Настоящее изобретение относится к строительству шахтной системы, в частности к устройству и способу определения натяжения на направляющем канате висячих подмостей при строительстве шахты. Заявлено устройство для определения натяжения на направляющем канате висячих подмостей при строительстве шахты, в котором направляющий канат (1) выпущен лебедкой (7), пропущен с закруглением поверх подъемного шкива (8), соединен с висячими подмостьями (10) и затем натянут; подъемный шкив (8) размещен в положении выше лебедки (7), а устройство содержит скользящее устройство (3), два натяжных каната (2), тяговый канат (4) и тензодатчик (5), который размещен на натяжных канатах (2) и тяговом канате (4) соответственно, скользящее устройство (3) установлено вокруг натянутого направляющего каната (1), два натяжных каната (2) прикреплены к двум сторонам скользящего устройства (3) соответственно и размещены параллельно направляющему канату (1), тяговый канат (4) прикреплен к нижней части скользящего устройства (3) и размещен перпендикулярно направляющему канату (1). Технический результат заключается в обеспечении устройства и способа определения натяжения на висячих подмостьях при строительстве шахты, которые устраняют ограниченную применимость для канатов из стальной проволоки из-за различной толщины и высоких затрат, то есть обеспечивают универсальность применения, и в устранении неудобств, вызываемых размещением тензодатчика непосредственно на направляющем канате, а также в обеспечении высоких требований к канату из стальной проволоки по толщине. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ определения усилия натяжения вантового элемента моста // 2613484

Изобретение относится к метрологии, в частности к способам неразрушающего контроля мостовых сооружений. Способ предполагает возбуждение свободных колебаний вантового элемента путем приложения импульсного воздействия в месте его прикрепления к анкерному устройству. Осуществляют измерение колебаний датчиком-акселерометром, передачу измерительной информации в измерительный блок и далее в программный модуль, где происходит их обработка. При этом усилие определяется на основе первых трех кратных зафиксированных частот собственных колебаний вантового элемента. При расчетах продольного усилия в вантовом элементе учитываются такие параметры, как погонная масса вантового элемента, масса антивандальной оболочки, собственная частота колебаний вантового элемента, длина вантового элемента, длина анкерного устройства. По усредненному значению вычисленных усилий оценивают усилие натяжения ванта моста. Технический результат – повышение точности измерений. 2 ил., 1 табл.

Устройство для определения сопротивления геосинтетических материалов ударной динамической нагрузке // 2623839

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к производству геосинтетических материалов из химических волокон (нитей), и испытанию их на определение сопротивления ударной динамической нагрузке. Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для определения сопротивления геосинтетических материалов ударной динамической нагрузке между направляющим стержнем и ударным конусом помещена цилиндрическая часть, на которой снаружи размещен ферромагнитный сердечник в форме полого цилиндра, защитный экран выполнен из немагнитного материала, инертного к электромагнитным волнам, а на его внешней стороне установлена катушка индуктивности, при этом высота ферромагнитного сердечника соответствует длине катушки индуктивности, а длина катушки индуктивности больше высоты ударного конуса в 1,5 раза; при этом катушка индуктивности включена в измерительную цепь, где она электрически соединена с мостовой измерительной схемой, к входу которой подключен генератор сигналов, а к выходу - усилитель-детектор и последовательно соединенные между собой квадратор, нормирующий преобразователь и измерительный прибор. Технический результат – повышение быстродействия и точности процесса испытания. 2 ил., 1 табл.

Способ и устройство для волоконно-оптического измерения температуры и/или натяжения на основе бриллюэновского рассеяния // 2635816

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения температуры и натяжения оптического волокна. Предложено устройство для волоконно-оптического измерения температуры и/или натяжения на основе рассеяния Бриллюэна, содержащее по меньшей мере один лазерный источник (1) света, выполненный с возможностью испускания лазерного излучения, оптическое волокно (5), в которое вводят лазерное излучение и из которого выводят генерированный на основе рассеяния Бриллюэна бриллюэновский сигнал. Устройство также содержит датчики, детектирующие выведенные бриллюэновские сигналы, средства обработки данных, определяющие на основе детектированных бриллюэновских сигналов локальную температуру и/или натяжение, по меньшей мере, участков оптического волокна (5), по меньшей мере один оптический поляризационный разделитель (10, 11) пучка, разделяющий выведенные бриллюэновские сигналы на две компоненты (12, 13) с отличающейся поляризацией, по меньшей мере один оптический объединитель (16, 17), добавляющий лазерное излучение к бриллюэновскому сигналу. Технический результат – повышение точности получаемых данных. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил.