Содержание к диссертации
Введение
I Краткий обзор методов неразрутающего контроля качества железобетонных конструкций
1.1. Общее состояние вопроса по контролю качества железобетона 9
1.2 Краткая характеристика методов контроля качества строительных конструкций 10
1.3 Цели и основные задачи исследования 29
II Теоретическое обоснование возможности применения вибрационного метода для контроля качества железобетонных конструкций балочного типа
2.1 Взаимосвязь максимального статического прогиба и собственной частоты колебаний в однопролётных балках
2.1.1 Взаимосвязь максимального прогиба и основной частоты колебаний балок при поперечном изгибе 31
2.1.2 Взаимосвязь максимального прогиба и основной частоты колебаний балок при продольно-поперечном изгибе 32
2.2 Определение величины предварительного напряжения арматуры... 36
2.3 Определение собственной частоты колебаний в центрально армированной преднапряжённой балке с арматурой, не связанной с материалом конструкции
2.3.1 Система с центральным расположением напрягаемой арматуры 37
2.3.2 Система с внецентренным расположением напрягаемой арматуры... 40
2.4 Способ контроля жёсткости, трещиностойкости и прочности изгибаемых железобетонных конструкций 44
2.5 Применение колебаний звукового диапазона для диагностики железобетонных изделий в режиме продольных колебаний 46
2.5.1 Определение основной частоты колебаний 47
2.5.2 Определение максимального прогиба 48
2.6 Основные выводы по главе 2 49
III Экспериментальные исследования параметров качества железобетонных предварительно напряженных плит вибрационным методом
3.1 Цели проведения экспериментальных исследований 51
3.2 Описание объектов исследования 52
3.2.1 Железобетонные предварительно напряженные пустотные плиты... 52
3.2.2 Железобетонные плиты дорожного покрытия 53
3.2.3 Металлическая балка 54
3.3 Приборы, оборудование и средства измерений, использумые при испытании железобетонных конструкций 55
3.4 Подготовка и проведение вибрационных испытаний железобетонных преднапряженных плит 58
3.5 Анализ погрешности результатов эксперимента 59
3.6 Результаты вибрационных и статических испытаний
3.6.1 Результаты испытаний плит пустотного настила 63
3.6.2 Результаты испытаний металлической балки 70
3.6.3 Результаты испытаний плит дорожного покрытия 76
3.7 Диагностика жёсткости, трещиностоикости и прочности изгибаемых железобетонных конструкций вибрационным методом 81
3.8 Результаты испытаний плит дорожного покрытия в режиме продольных колебаний 83
3.9 Методические рекомендации для проведению вибрационных испытаний железобетонных плит в режиме поперечных и продольных колебаний
3.9.1 Общие положения и технические требования 91
3.9.2 Приборы, средства контроля и измерений 92
3.9.3 Подготовка и испытание эталонных изделий 93
3.9.4 Испытание серийных плит 94
3.10.Основные выводы по главеЗ . 95
Основные выводы „ 97
Заключение 98
Список литературы
- Краткая характеристика методов контроля качества строительных конструкций
- Взаимосвязь максимального прогиба и основной частоты колебаний балок при продольно-поперечном изгибе
- Железобетонные плиты дорожного покрытия
- Результаты вибрационных и статических испытаний
Введение к работе
Актуальность работы. Современные методы контроля качества железобетонных конструкций широко применяются для исследования их физико-механических характеристик как при изготовлении так и в период эксплуатации. Из всего объема продукции, выпускаемой предприятиями строительной индустрии, сборные железобетонные конструкции являются наиболее распространенными. Поэтому проблема контроля качества и надежности выпускаемой продукции остается актуальной. Регламентируемые ГОСТом 8829-94 [37] статические испытания железобетонных конструкций проводятся в заводских условиях с целью установления их основных параметров качества: прочности, жесткости и трещиностойкости. Такие испытания проводятся на определенной выборке из партии изделий, по результатам которых судят о качестве всей партии. Основными недостатками этого метода являются: отсутствие гарантии надежности и качества всех неиспытанных изделий из контрольной партии, нетехнологичность и неэкономичность метода, требующего разрушения большого количества изделий.
Неразрушающие методы контроля, в частности вибрационные, позволяют избавиться от недостатков, присущих разрушающим методам контроля. Но, несмотря на очевидные преимущества и определенные достижения в развитие этих методов, в настоящее время они не находят должного применения на предприятиях строительной индустрии. Кроме того, в нашей стране отсутствует стандарт на применение вибрационных методов для контроля физико-механических характеристик и оценки качества строительных конструкций.
Одной из основных причин такого положения является отсутствие надежной методологической базы, основанной на фундаментальных закономерностях строительной механики. Поэтому совершенствование вибрационных методов контроля качества железобетонных предварительно напряженных конструкций, изучение и уточнение взаимосвязей контролируемых параметров с характери-
стиками конструкций является актуальной задачей, имеющей важное народнохозяйственное значение.
Цель исследования состоит в развитии, совершенствовании и применении вибрационных методов для контроля прочностных и деформативных показателей и интегральной оценки величины предварительного напряжения арматуры железобетонных конструкций балочного типа с внецентренным расположением напрягаемой арматуры.
Основными задачами исследования являются:
1 Разработка теоретических основ вибрационного метода для контроля интегральной величины предварительного напряжения железобетонных конструкций балочного типа, включая:
построение расчетных зависимостей для определения основной частоты поперечных колебаний в изгибаемых предварительно напряженных упругих конструкциях с внецентренным расположением напрягаемой арматуры;
разработку математической модели для определения интегральной величины предварительного напряжения упругих конструкций балочного типа при внецентренном приложении усилия преднапряжения по основной частоте их колебаний.
выявление взаимосвязи жесткостных и динамических параметров упругих конструкций балочного типа при продольных колебаниях.
Разработка способа вибрационного контроля жесткости, трещиностой-кости и прочности железобетонных плит пустотного настила.
Проведение экспериментальных исследований по контролю величины преднапряжения арматуры, прочности, жесткости и трещиностойкости железобетонных плит перекрытия и дорожных плит.
4. Разработка методических рекомендаций по применению вибрационного
способа контроля качества железобетонных конструкций.
Методы исследования. В работе использовались классические методы строительной механики, экспериментальные методы исследования плит — стати-
ческий (разрушающий) и вибрационный (неразрушающий). При обработке экспериментальных данных использовались аналитические и численные методы (методы математической статистики).
Полученные данные обрабатывались с использованием ЭВМ. В работе применялось следующее программное обеспечение: система математических расчетов Maple 3, графический редактор Actrix Technical 2000, табличный редактор Excel 2000.
Достоверность научных положений диссертации подтверждается:
использованием фундаментальных принципов и методов строительной механики;
сопоставлением экспериментальных результатов с теоретическими и другими результатами, известными из научной и справочной литераторы.
Научная новизна диссертационной работы:
расчетные аналитические зависимости для определения основной частоты поперечных колебаний в изгибаемых предварительно напряженных упругих конструкциях с балочного типа с внецентренным расположением напрягаемой арматуры;
математическая модель для определения интегральной величины предварительного напряжения упругих конструкций балочного типа при внецентрен-ном приложении усилия преднапряжения по основной частоте их колебаний;
функциональная взаимосвязь характерных параметров при изгибных колебаниях упругих конструкций балочного типа при возбуждении продольных колебаний;
способ вибрационного контроля прочности, жесткости железобетонных плит пустотного настила, включающий построение с помощью аппроксимирующих функций области распределения основных частот колебаний для железобетонных плит перекрытия типа ПК 8-58-12, соответствующих критерию их пригодности для условий эксплуатации;
- методические рекомендации по проведению вибрационных испытаний
железобетонных плит с использованием вибрационного способа контроля.
Практическая ценность. Разработанные способы и методика контроля качества железобетонных плит пустотного настила могут быть использованы в строительной индустрии. Они позволяют организовать проведение поточного контроля качества выпускаемой конструкций с возможностью автоматизации процессов контроля.
Апробация работы. Материалы и основные результаты, изложенные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на: 55-й Международной научно-технической конференции молодых учёных (аспирантов, докторантов и студентов) "Актуальные проблемы современного строительства" (Санкт-Петербург - 2001); Всероссийской научно-технической конференции "Архитектура и строительство XXI века" (Орел - 2002); IV-м Всероссийском семинаре "Проблемы оптимального проектирования сооружений" (Новосибирск 2002); Вторых международных академических чтениях "Новые энергосберегающие архитектурно-конструктивные решения жилых и гражданских зданий" (Орёл — 2003); Н-ой Международной научно-практической конференции "Современные проекты, технологии и материалы для строительного, дорожного комплексов и жилищно-коммунального хозяйства" (Брянск- 2003).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ, получен патент РФ на изобретение.
На защиту выносятся:
расчетные зависимости для определения основной частоты поперечных колебаний и математическая модель для определения интефальной величины предварительного напряжения упругих конструкций балочного типа при внецен-тренном расположении преднапрягаемой арматуры;
аналитические зависимости характерных параметров при изгибе и колебаниях упругих конструкций балочного типа при возбуждении продольных колебаний;
способы вибрационного контроля жесткости, трещиностойкости и прочности железобетонных плит пустотного настила;
результаты экспериментальных исследований по контролю величины преднапряжения арматуры, прочностных и деформативных параметров в железобетонных конструкциях балочного типа;
методика и рекомендации по применению нового вибрационного способа контроля качества железобетонных конструкций.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, заключения, списка используемой литературы и приложения. Работа изложена на 144 страницах, включает 27 иллюстраций, 12 таблиц и 34 страницы приложений. Библиография включает 120 наименований работ.
Во введении обосновывается актуальность выполненной диссертации, сформулирована её цель и задачи, кратко изложены основные результаты работы.
В первой главе приводится обзор работ по неразрушающим методам контроля качества строительных конструкций.
Во второй главе приводятся теоретическое обоснование применения модифицированного вибрационного метода для контроля качества железобетонных пустотных плит с использованием изгибных колебаний.
В третьей главе приводятся описание стенда, приборов и средств измерений, последовательности операций при организации контроля качества конструкций вибрационным методом. Приводятся результаты экспериментальных исследований преднапряжённой металлической балки со свободно расположенной арматурой в режиме поперечных колебаний, железобетонных дорожных плит в режиме поперечных колебаний, пустотных плит с различной величиной предварительного напряжения арматуры, а также анализ и результаты обработки опытных данных.
В приложении приведены виброграммы испытаний конструкций, графическое представление результатов эксперимента.
I КРАТКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Краткая характеристика методов контроля качества строительных конструкций
В настоящее время строительные конструкции испытывают разрушающими (статическими) и неразрушающими методами.
Разрушающий метод контроля прочности, жёсткости и трещиностойкости железобетонных конструкций регламентируется ГОСТ 8829-94 [37]. Согласно ГОСТ для статических испытаний железобетонных конструкций на прочность, жёсткость и тре щи ностой кость отбирают в соответствии с указаниями технической документации на эти изделия не менее 1% изделий от каждой партии, но не менее 2 штук, если размер партии составляет менее 200 штук. По результатам испытания данной выборки судят о качестве всей партии изделий. Этот метод применяется для стандартных испытаний конструкций на предприятиях строй-индустрии. Он не даёт полной гарантии надёжности всех конструкций в контролируемой партии и экономически неэффективен, так как изделия доводятся до разрушения.
Развитие физики и радиоэлектроники позволило разработать и внедрить в исследовательскую практику так называемые неразрушающие методы контроля качества материалов. Неразрушающие методы позволяют определить важнейшие физико-механические характеристики конструкций при контроле их качества: прочность и плотность бетона, наличие и расположение арматуры в изделии, проводить дефектоскопию конструкций. Появляется возможность оценивать качество изделий по уровню их эксплуатационной надёжности, что позволяет максимально использовать потенциальные возможности материалов и конструкций и получить значительный экономический эффект [26, 115, 116].
Эти методы имеют ряд достоинств, из которых отметим: - сохранение цельности контролируемой конструкции или изделия (при испытании не повреждают конструкцию и, тем самым, не снижают ее несущую способность); - возможность многократного испытания образца или конструкции как в как процессе строительства, так и в период эксплуатации, что дает возможность получать более точные значения характеристик в процессе испытания, а также установить закономерности изменения контролируемого параметра во времени; - сравнительно малая затрата времени для проведения испытаний. Определение прочности бетона неразрушающим методом производится на заводах и полигонах сборных железобетонных конструкций, строительных ком бинатах и на других объектах при проверке прочности бетона, при замоноличи-вании сборных конструкций (например, для выявления возможности начала монтажа следующего этажа здания), при установке подмостей и опалубки на перекрытие, при пуске в эксплуатацию сооружения до полного набора прочности бетоном, при проверке прочности бетона конструкций, находящихся в эксплуатации, при реконструкции сооружений, при обследовании сооружений и конструкций с выявлением необходимости их усиления и др.
Применяемые в настоящее время методы, приборы и приспособления для определения прочностных характеристик бетона в конструкциях без их разрушения можно разделить на механические и физические. Такое деление является условным, так как все эти методы основаны на достижениях физики, однако в специальной строительной литературе принята именно такая терминология.
Механические методы основаны на определении какой-либо механической характеристики, по которой вычисляют предел прочности на сжатие. Физические методы основаны: на измерении скорости распространения ультразвука в бетоне, зависящего от плотности и от прочностных характеристик бетона; ослабления гамма-лучей (у-лучей) или энергии магнитных волн, проходящих через испытываемый бетонный элемент; изменения магнитной проницаемости и т. д. Классификация основных физических методов контроля представлена на рисунке 1.1. Из механических приборов для испытания бетона применяют приборы для измерения величины упругого отскока и приборы для образования вмятин на поверхности бетона.
Определение прочности бетона по величине упругого отскока основано на том, что между упругостью бетона, которая характеризуется величиной упругого отскока падающего на него тела (металлического шарика), и пределом прочности существует статистическая связь.
Взаимосвязь максимального прогиба и основной частоты колебаний балок при продольно-поперечном изгибе
Многопустотные предварительно напряженные плиты относятся к конст рукциям балочного типа с внецентральным расположением напрягаемой армату ры. К такому же типу конструкций относятся плоские плиты перекрытий сплош ного сечения, ребристые плиты. Их расчетная схема соответствует однопролёт ной балке, лежащей на двух опорах и нагруженной распределенной поперечной нагрузкой, распределенной продольной нагрузкой и распределенным погонным моментом (рисунок 2.2-а, б).
Для определения величины предварительного напряжения osp в этих конструкциях воспользуемся функциональной зависимостью, которая связывает максимальный прогиб w0 шарнирно опертой балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой q и ее основную частоту колебаний в ненагруженном состоянии ох. w0o? = l,268q/m, (2.12) Множитель 1,268 выбран в соответствии со схемой испытаний из таблицы 2.1. Подставим в эту формулу выражение (2.9) для определения максимального прогиба и, проведя необходимые преобразования, получим: [уп) со —— - 1,268-; votq 1-PJP3 т (y0)f2 =0,03212 ! №\ , W y т1-дпр/дхЗ,2е/Є Решая полученное уравнение относительно qnp найдем: Чпр 2РЭ l f2lf02 = 8тЄ-(г02-/2) І l 25,606mf2e/q l-2506mf2ejq Далее, переходя к напряжениям, получим: Smt{f2-f2) ч2 о ) = 1(пАа). (2.13) 1-25,606т/2 e/qt В случае когда напрягаемая арматура расположена центрально или (е = 0) то вы ражение (2.13) примет вид: qnpi ( r2\ I / где Аа- сумма площадей всех напрягаемых арматурных стержней. Такой же результат получен в диссертационной работе Д.И. Красильникова.
Таким образом, опеределяя экспериментально основные частоты колебаний балки (балочной плиты) в ненапряженном и напряженном состояниях, можно найти величину пред напряжения арматуры в железобетонных балках.
Рассмотрим последовательность создания предварительного напряжения в балке, представленной на рисунке 2.3. Пусть балка, закреплённая шарнирно на опорах сжата центрально в продольном направлении силой Р. В центральный ка 4 ; нал балки введена арматура, левый конец которой не закреплён и может выдвигаться из него по мере возрастания сжимающей силы Р (схема А).
После перемещения правого конца балки на контролируемое расстояние Д левый конец арматуры закрепляется и внешняя нагрузка снимается (схема Б). Под действием упругих сил правый конец балки переместится вправо на расстояние S и в арматуре возникнет растягивающее усилие X. Снятие сжимающей нагрузки Р в рассматриваемой балке равносильно приложению к ней растягивающей силы Р. Таким образом, балка оказалась в преднапряжённом состоянии, в котором величина предварительного напряжения определяется растягивающим усилием X.
Полученная комбинированная система является один раз статически неопределимой. Для нахождения неизвестного усилия X воспользуемся методом сил1. Основная система этого метода изображена на схеме В. Задача сводится к решению канонического уравнения: SuX + AIF=0. (2.14)
Для нахождения единичного 5ц и грузового AiP перемещений строим соответственно единичную и грузовую эпюры нормальных сил (см. схему Г, Д). Перемножая эпюры находим значения коэффициентов канонического уравнения. + ( j ; 8„= \ а а n6si6j ЕЛ ЕЛ АИ,=-Р/(ЕЛ) Здесь индекс "а" соответствует физическим и геометрическим параметрам арматуры, а индекс "б" - балки, Е - модуль упругости материала, А - площадь сечения балки.
Преднапряжённая балка, изображённая на схеме В находится под действием растягивающей силы Р, -Р-Х. Для неё максимальный прогиб будет опре чи деляться по формуле максимального прогиба сжато-изогнутого стержня [21], в которой необходимо использовать знак плюс: где (РЭУ=Р3 — Р- критическая сила с учётом её снижения на величину силы предварительного сжатия; уо — максимальный прогиб от поперечной нагрузки (см. таблицу 2.1). Подставляя (2.16) в выражение (2.12) получим формулу для вычисления основной частоты колебаний балки:
Здесь т& те - погонная масса напрягаемой арматуры и балки, причём тб + та то поскольку т6 » та; (EI) - изгибная жёсткость балки с учётом влияния на неё силы предварительного сжатия Р и включения в работу напрягаемой арматуры.
Формула (2.17) позволяет определять собственную частоту колебаний цен трально армированной предварительно напряжённой балки с передачей на её торцы усилия от натяжения арматуры. Анализ формулы (2,17) показывает, что частота колебаний напрягаемой балки будет выше, чем ненапрягаемой.
Рассмотрим последовательность создания предварительного напряжения в балке, представленной на рисунке 2.4. Пусть балка, закреплённая шарнирно на опорах сжата центрально в продольном направлении силой Р. В канал балки, расположенный с эксцентриситетом, введена арматура, левый конец которой не закреплён и может выдвигаться из него по мере возрастания сжимающей силы Р (схема А).
Создание предварительного напряжения в конструкции осуществляется аналогично способу, описанному в предидущем параграфе.
Таким образом, балка оказалась в преднапряжённом состоянии, в котором величина предварительного напряжения определяется растягивающим усилием X. Кроме того, так как сила приложена с эксцентриситетом е, то появляеося дополнительный изгибающий момент т-Р в. Данная система является один раз статически неопределимой. Для нахождения неизвестного усилия X воспользуемся методом сил. Основная система этого метода изображена на схеме В. Задача сводится к решению канонического уравнения
Железобетонные плиты дорожного покрытия
Для проверки разработанных теоретических положений предлагаемого метода и определения возможной области его эффективного использования экспериментальные исследования производились на различных типах конструкций.
Основным типом конструкций, для которого разрабатывается данный метод, являются предварительно напряженные железобетонные пустотные плиты. Дополнительные исследования производились с использованием металлической балки сквозного сечения и предварительно напряженных железобетонных плит дорожного покрытия. В отличие от пустотных плиты дорожного покрытия армируются симметрично. Интерес для исследования в этом случае представляет влияние расположения предварительно напряженной арматура на частоту поперечных колебаний.
Металлическая балка была изготовлена таким образом, чтобы имелась возможность изменять величину предварительного напряжения и положение арматуры относительно нейтральной оси. Кроме этого арматура имеет «висячее» расположение в сечении конструкции, то есть усилие обжатия передает только на ее торцы.
Для экспериментальных исследований было изготовлено три партии предварительно напряженных пустотных плит. Первая партия включала 9 изделий марки ПК 8-58-12. Длина, ширина и толщина плит этой марки соответственно равны: 5,76 м, 1Д9 м, и 0,22м. Собственный вес каждой из плит был приблизительно одинаков и составил 20 кН.
Вторая партия включала 9 изделий марки ПК 8-58-15. Длина, ширина и толщина плит этой марки соответственно равны: 5,76 м, 1,49 м и 0,22 м. Собственный вес плиты № 1 составил 27,5 кН, № 2 - № 5 — 28,0 кН, № 6 - 27,5 кН, №7 и №8 - 28,0 кН, №9 - 28,5 кН.
Армирование всех плит осуществлялось в соответствии с.альбомом чертежей серии ИИ-04-4, выпуск 19. Плиты марки ПК 8-58-12 армировались пятью стержнями (1012 мм, 4010 мм), а плиты марки ПК 8-58-15 шестью стержнями (2012 мм, 4010 мм) преднапряженной арматуры класса Ат -V.
Все плиты каждой партии изготавливались в одной и той же опалубке. Предварительное напряжение арматуры осуществлялось термическим способом с натяжением на упоры. Изменение величины преднапряжения арматуры достигалось изменением длины арматуры, устанавливаемой на упоры. Величина изменения длины подсчитывалась аналитически и для каждой ступени преднапряжения арматурные стержни подготавливались индивидуально. После установки в опалубку арматурные стержни были подготовлены для тензометрирования, для чего к каждому стержню перед его натяжением на упоры был прикреплен тензодатчик типа НТМ-450. Величина предварительного натяжения стержней контролировалась с помощью прибора ЦТМ-5. После укладки бетона, соответствующей термообработки плит и установки их на стенд для испытаний, вновь производилось тензометрирование с помощью ЦТМ-5. По величине преднапряжения всех арматурных стержней в плите подсчитывалось усредненное значение преднапряжения плиты в целом.
Плиты дорожного покрытия были изготовлены в заводских условиях в соответствии с нормативными требованиями к конструкциям данного типа ТУ 35 Испытания плит дорожного покрытия проводились совместно с аспирантом Д.И. Красил ыш-ковым, а металлической балки с аспирантами Д.И. Красилышковым и А.П. Юровым. 871-89 под строгим контролем всех технологических операций, начиная от установки опалубки и заканчивая процессом их термообработки и складирования.
Особое значение уделялось проверке соответствия величины предварительного натяжения арматуры её проектному значению. Для обеспечения идентичности экспериментальных образцов бетонная смесь для бетонирования всех четырёх плит использовался из одного замеса. По условию эксперимента плиты были изготовлены с различной величиной предварительного напряжения арматуры.
Расчётный пролёт конструкций равен 6 м. В качестве рабочей применялась термически упрочнённая арматура периодического профиля класса AT-V диаметром 12 мм. Поперечное сечение 14 200 см армировалось симметрично десятью стержнями, по пять в верхней и нижней зоне. Бетонирование осуществлялось тяжёлым бетоном класса В27,5.
В плитах №1 и №2 величина предварительного напряжения всех арматурных стержней соответствовала проектному значению с о = 650 МПа. В плите №3 50% стержней не напрягались вообще, остальные 50% напрягались до проектного значения. В плите №4 все стержни были ненапряженными.
Металлическая балка выполнена коробчатого сечение из двух швеллеров № 14 ГОСТ 8240-93, закрепленных между собой прерывистым сварным швом. К торцам коробчатого сечения приварены металлические фасонки толщиной 15 мм, предназначенные для крепления анкерных устройств арматуры и передачи усилия преднапряжения на сечение. Длина балки составляет 4,645 м, а расчетный пролет /= 4,57 м. Схема балки представлена на рисунке 3.1. В качестве напрягаемой использовалась проволочная арматура периодического профиля Вр-I диаметром 5 мм с пределом текучести 300 Мпа. В средней части пролета в стенках сечения балки вырезано сквозное окно, предназначенное для возбуждения поперечных колебаний в арматуре и измерения силы ее натяжения.
Результаты вибрационных и статических испытаний
На графике кривые 1, 2, 3 и 4 соответствуют дополнительной внешней нагрузке соответственно 0 кН/м, 1,23 кН/м, 2,28 кН/м и 3,26 кН/м. Из графика видно, что сила обжатия бетона оказывает существенное влияние на частоту. С увеличением величины пред напряжения арматуры, а, следовательно, и силы обжатия бетона, основная частота колебаний рассматриваемых конструкций возрастает.
На основании полученных экспериментальных данных можно сделать следующие выводы: - с возрастанием интенсивности поперечной нагрузки основная частота колебаний как преднапряжённых так и ненапряжённых конструкций уменьшается; - при действии на преднапряжённую дорожного плиту, лежащую на двух опорах, поперечной нагрузки меньшей или равной пределу трещиностоикости, ее можно рассматривать как упругую балку, работающую на продольно-поперечный изгиб; - с возрастанием величины преднапряжения частота колебаний дорожной плиты увеличивается, а максимальный прогиб уменьшается вследствии увеличения изгибной жесткости; - с увеличением пролёта I дорожной плиты основная частота колебаний конструкции уменьшается; - после снятия поперечной нагрузки и проведения повторных испытаний наблюдается снижение основной частоты колебаний, вызванное наличием остаточных пластических деформаций и образованием микротрещин в толще конструкции,
Для диагностики жесткости, прочности и трещиностойкости сборных железобетонных плит разработаны два способа неразрушающего сплошного вибрационного контроля. Их подробное описание приведено в главе 1. Применение этих способов позволяет повысить качество готовой выпускаемой продукции за счёт своевременного выявления бракованных изделий данного типа (непосредственно на заводе-изготоваителе) и принятия необходимых мер по устранению причин появления возможных дефектов.
В качестве примера рассмотрим реализацию метода на примере плит серии ПК8-58-12. Эталонные кривые были построены по экспериментальным данным для плит П1-3 (изготовлена в соответствии с требованиями к данному типу конструкций) и Ш-4 (изготовлена с учетом минимально-допустимых требований к данному типу конструкций). Эталонная кривая для первой и второй плиты описывается соответственно уравнениями; /= O,0006P4-0,0224Ps + 0.2808Р2 - IJ488P + 10,92 (Гц), /= 0,001Р4- 0,0336Р3 + 0,4023Р2 - 2J979P + 10,89 (Гц). На графике (рисунок 3.13) изображены эталонные кривые, точками обозначены частоты колебаний плит П1-5 и П1-6 при нагрузке q = 3,34 кН/м.
Значение частот колебаний плит ПІ-5 и П1-6 не попадают в область, ограниченную двумя эталонными кривыми. Следовательно, они не соответствует требованиям жёсткости, трещиностой кости и прочности, предъявляемым к данному типу конструкций, и не пригодны к эксплуатации.
Аналогично метод реализуется для плит дорожного покрытия. Как и в первом случае по экспериментальным данным для двух плит №1 и №2, первая из которых изготовлена с учётом средне допустимых отклонений от проектных требований, а вторая - с учётом минимально возможных допусков, построены эталонные кривые. / = 5,96-0,000587 - Р4 + 0,00983 Р3 - 0,0516 Р2 0,2475 Р (Гц), f = 5,75 - 0,00124 Р4 + 0,01632 Р3 - 0,06494 Р2 - 0,252 Р (Гц). На графике (рисунок 3.15) построены эталонные кривые и значение частоты колебаний плиты №3 при нагрузке Р = 1,17 кН/м (обозначено точкой).
Полученное значение частоты колебаний не попадает в область, ограниченную двумя эталонными кривыми, следовательно плита №3 не соответствует требованиям, предъявляемым к данному типу изделий, и не пригодна к эксплуатации.
Предложенный метод вибрационного контроля по сравнению с существующими в настоящий момент методами статических испытаний [37] позволяет не только снизить трудоёмкость контроля в целом, но и повысить достоверность результатов при распространении их на всю контролируемую партию. продольных колебаний К числу контролируемых параметров конструкций при испытании их в режиме продольных колебаний относятся резонансная частота/и декремент 5.
Схема подключения средств возбуждения и регистрации продольных колебаний в исследуемом объекте представлена на рисунке 3.15.
Методика и последовательность операций проводимых вибрационных испытаний состоит в следующем. Контролируемое изделие устанавливают на опоры по схеме однопролётной шарнирно опёртой балки. После подключения устройств возбуждения и регистрации колебаний в железобетонном изделии возбуждают продольные колебания сред нечастотного звукового диапазона. Плавным вращением ручки генератора осуществляется изменение частоты сигнала, подаваемого на излучатель колебаний, а с помощью частотомера и осциллографа -регистрация частоты и амплитуды вынужденных колебаний в окрестности резонанса. По полученным экспериментальным данным строятся амплитудно-частотная характеристика (АЧХ).
Пригодность серийной конструкции к эксплуатации осуществляется путём сравнения значений её параметров (частоты f и логарифмического декремента колебаний 8) с соответствующими параметрами для эталонной железобетонной плиты по аналогии с методикой, изложенной в [86], причём, для повышения достоверности полученных результатов использовалось три уровня подводимой колебательной энергии.
