Патент на изобретение №2162218

(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ В ВИДЕ ПЛОСКИХ И РЕБРИСТЫХ БАЛОЧНЫХ ПЛИТ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области механических испытаний и предназначено для контроля параметров качества конструкций. Способ контроля интегральных параметров качества железобетонных конструкций в виде плоских и ребристых балочных плит заключается в установке плиты на стенде, ее закреплении на опорах, возбуждении в плите колебаний на резонасной частоте, измерения этой частоты колебаний f и логарифмического декремента затухания колебаний и сопоставлении полученных динамических характеристик с аналогичными характеристиками эталонных плит. Дополнительно осуществляют нагружение плиты сосредоточенной нагрузкой Р, прикладываемой последовательно в заданных сечениях пролета L. Для каждого этапа нагружения определяют соответствующие динамические характеристики и строят графические зависимости f – l_p/L и – l_p/L, где l_p – координата сечения, к которому прикладывается сосредоточенная сила Р. По величине отклонения этих кривых от эталонных судят о пригодности конструкции к эксплуатации, а по форме отклонения – о месте расположения дефекта. Достигаемым техническим результатом является возможность применения данного способа к плоским железобетонным элементам, имеющим дефекты неплоскостности нижней грани, и возможность определения местоположения скрытых дефектов. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области механических испытаний и предназначено преимущественно для контроля параметров качества (прочности, жесткости и трещиностойкости) железобетонных строительных конструкций в виде плоских и ребристых балочных плит.

Известен способ определения частот изгибных колебаний элементов конструкций на стенде [1], который заключается в установке контролируемого элемента на стенде, закреплении его концов в соответствии со схемой его работы в сооружении, приложении некоторой равномерно распределенной нагрузки, возбуждении колебаний на резонансной частоте и определении этой частоты с использованием средств измерения.

Недостаток этого способа заключатся в значительной трудоемкости проведения технологической операции нагружения плиты равномерно распределенной нагрузкой и в большой затрате времени.

Известен способ неразрушающего контроля качества готового железобетонного изделия [1, с. 7-29], включающий закрепление контролируемого изделия на опорах в соответствии с условиями эксплуатации, возбуждение в нем изгибных колебаний, определение частоты колебаний и логарифмического декремента затухания колебаний, сравнение полученных значений динамических параметров контролируемого изделия со значениями тех же параметров, полученных на эталонном изделии при тех же режимах контроля, и определение по результатам сравнения показателей качества готового изделия. Известный способ позволяет произвести интегральную оценку несущей способности, жесткости и трещиностойкости контролируемого железобетонного изделия.

Недостаток этого способа заключается в том, что он дает значительные погрешности при испытании, например, железобетонных плит пустотного настила с дефектами неплоскостности нижней грани, поскольку в этом случае на изгибные колебания накладываются крутильные, которые значительно влияют на точность определения частот изгибных колебаний. Кроме того, с помощью известного способа невозможно определить месторасположение скрытого дефекта, влияющего на снижение качества контролируемого изделия.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит:
– в распространении способа на плоские железобетонные элементы, имеющие дефекты неплоскостности нижней грани,
– в приближенном определении месторасположения скрытого дефекта, влияющего на снижение качества контролируемого изделия.

Это достигается тем, что в способе контроля интегральных параметров качества железобетонных конструкций в виде плоских и ребристых балочных плит, заключающемся в установке плиты на стенде, ее закреплении на опорах, возбуждении в плите колебаний на резонансной частоте, измерении этой частоты колебаний f и логарифмического декремента затухания колебаний и сопоставлении полученных динамических характеристик с аналогичными характеристиками эталонных плит, осуществляют дополнительное нагружение плиты сосредоточенной нагрузкой P, равномерно распределенной в поперечном направлении плиты и прикладываемой последовательно в заданных сечениях пролета L, для каждого этапа нагружения определяют соответствующие динамические характеристики и строят графические зависимости f – l_p/L и – l_p/L, где l_p – координата сечения, к которому прикладывается сосредоточенная сила P, и по величине отклонения этих кривых от эталонных судят о пригодности конструкции по контролируемым параметрам качества к эксплуатации, а по форме отклонения – о месте расположения дефекта.

Сущность изобретения заключается в следующем. Для уменьшения влияния дефекта неплоскостности нижней грани железобетонной плоской или ребристой плит на их динамические характеристики в режиме изгибных колебаний контролируемую плиту нагружают дополнительной сосредоточенной нагрузкой большой массы, прикладываемой в определенных частях пролета. При нагружении плиты достигается более плотное прилегание нижней ее грани к опорным устройствам, а для ребристой плиты достигается более равномерное ее опирание по четырем угловым точкам. За счет этого снижается или исчезает вообще влияние крутильной составляющей на поперечные колебания, что дает возможность более точно определить динамические характеристики контролируемых плит и, соответственно, более точно оценить их параметры качества по этим динамическим характеристикам.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором на схемах “а” – “е” изображены этапы последовательного нагружения балочной плиты сосредоточенной нагрузкой P в различных ее сечениях, а на схеме “ж” – график изменения основной частоты поперечных колебаний в зависимости от места приложения сосредоточенной нагрузки. Индекс в обозначении частоты колебаний соответствует номеру сечения, в котором приложена сосредоточенная нагрузка, a f₀ – соответствует частоте колебаний плиты в ненагруженном состоянии. Кривая 1 на схеме “ж” соответствует графику изменения основной частоты колебаний эталонной плиты, а кривые 2, 3 и 4 – графикам изменения частоты колебаний различных контролируемых плит. Причем кривая 2 соответствует плите с меньшей изгибной жесткостью, чем для эталонной плиты, кривая 3 – с большей изгибной жесткостью, а кривая 4 соответствует плите, изгибная жесткость которой неравномерна по ее длине. Форма кривой 4 указывает, что в левой части плиты изгибная жесткость выше, чем на правом участке, то есть форма этой кривой дает возможность приближенно определять месторасположение скрытого дефекта.

Аналогичный график может быть построен и в том случае, когда в качестве контролируемого динамического параметра будет использоваться логарифмический декремент затухания колебаний .
Способ реализуют следующим образом. Изготавливают эталонную плиту при строгом контроле всех промежуточных технологических операций. После достижения необходимой прочности бетона эту плиту устанавливают на стенде, закрепляют на опорных устройствах и проводят ее вибрационные испытания с целью определения динамических характеристик для каждого этапа загружения сосредоточенной нагрузкой. По результатам этих испытаний строится кривая 1, изображенная на схеме “ж”. Затем с этой плитой проводят статические разрушающие испытания в соответствии с требованиями государственного стандарта и определяют параметры качества (прочность, жесткосткость и трещиностойкость).

С контролируемой плитой серийного изготовления производят только динамические вибрационные испытания для каждого этапа загружения и строят кривую изменения динамического параметра в зависимости от места расположения сосредоточенной нагрузки. Затем, сопоставляя полученные графики для эталонной и контролируемой плит, производят интегральную оценку параметров качества (прочности, жесткости и трещиностойкости) контролируемой плиты и определяют приближенно место расположения скрытого дефекта, если таковой имеется. Методика сопоставительного анализа приведена в соответствующей научной и методической литературе (например, [2]) и для каждого вида изделий разрабатывается отдельно.

Пример реализации способа. Плоскую железобетонную предварительно напряженную плиту пустотного настила ПК 8-58-12, изготовленную в качестве эталона, в 28-дневном возрасте подвергли динамическим испытаниям на заводском стенде в режиме свободных колебаний при изменении места приложения сосредоточенной силы и определили с помощью частотомера Ч3-33 основную частоту колебаний для каждого этапа нагружения. По этим данным построена кривая 1 на схеме “ж”. Затем эту плиту путем статического нагружения равномерно распределенной нагрузкой довели до разрушения и определили контролируемые параметры качества: жесткость при величине контрольной нагрузки P₁ = 51,5 кН (w₀ = 11,6 мм); нагрузку, соответствующую началу трещинообразования в средней зоне плиты (P₂ = 65,5 кН); несущую способность плиты, соответствующую разрушающей нагрузке (P_пр = 105,8 кН).

Изготовили две плиты этого типа, в одной из которых все арматурные стержни были перенапряжены на 10% по сравнению с эталонной, а в другой – недонапряжены также на 10%. Проведя динамические испытания этих плит, построили кривые 3 и 2, изображенные на схеме “ж” чертеже. Необходимые данные для построения этих кривых, полученные экспериментально, приведены в таблице.

Сопоставляя квадраты частот колебаний эталонной плиты и изготовленных с дефектом по методике, изложенной в статье [3], получим интегральные оценки параметров качества:
– для перенапряженной плиты: w₀ = 11,2 мм, P₂ = 67,8 кН, P_пр = 109,6 кН;
– для недонапряженной плиты: w₀ = 12,2 мм, P₂ = 62,1 кН, P_пр = 100,03 кН.

Плиты с дефектами также испытывали статическим нагружением до разрушения с контролем параметров качества. При этом получилось:
– для перенапряженной плиты: w₀ = 10,99 мм, P₂ = 65,5 кН, P_пр = 112,7 кН;
– для недонапряженной плиты: w₀ = 13,11 мм, P₂ = 67,9 кН, P_пр = 105,8 кН.

Как видно из сравнения приведенных данных, фактические значения контролируемых параметров качества плит отличаются от полученных путем сопоставления основных частот колебаний в пределах от 1,9% до 7,5%.

Кривая 3 оказалась подобной кривой 1, что свидетельствует об однородности бетонной смеси и равномерности натяжения всех арматурных стержней; кривая же 2 оказалась немного несимметричной относительно вертикальной оси, что свидетельствует о неравномерности натяжения арматурных стержней и наличии дефекта неплоскостности нижней грани.

Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет осуществить поточный контроль качества плитных конструкций с помощью вибрационного метода, включая и плиты с дефектами неплоскостности нижней грани.

Источники информации
1. Коробко В.И., Слюсарев Г.В. Способ регистрации колебаний и разделения их на компоненты. Авт.св. N 1516800, м. кл⁴ G 01 H 17/00, СССР.

2. Сехниашвили Э. А. Интегральная оценка качества и надежности предварительно напряженных конструкций. – М.: Наука, 1988.

Формула изобретения

Способ контроля интегральных параметров качества железобетонных конструкций в виде плоских и ребристых балочных плит, заключающийся в установке плиты на стенде, ее закреплении на опорах, возбуждении в плите колебаний на резонансной частоте, измерении этой частоты колебаний f и логарифмического декремента затухания колебаний и сопоставлении полученных динамических характеристик с аналогичными характеристиками эталонных плит, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют нагружение плиты сосредоточенной нагрузкой Р, равномерно распределенной в ее поперечном направлении и прикладываемой последовательно в заданных сечениях пролета L, для каждого этапа нагружения определяют соответствующие динамические характеристики и строят графические зависимости f – l_pL и – l_pL, где l_p – координата сечения, к которому прикладывается сосредоточенная сила Р, и по величине отклонения этих кривых от эталонных судят о пригодности конструкции по контролируемым параметрам качества к эксплуатации, а по форме отклонения – о месте расположения дефекта.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 28.04.2001

Номер и год публикации бюллетеня: 33-2002

Извещение опубликовано: 27.11.2002