Введение к работе
Актуальность работы. Проблема контроля качества строительных конструкций всегда имела актуальное значение, поскольку качество является фактором безопасности и надежности как отдельной конструкции, так и всего здания или сооружения в целом. Существующая система выборочного разрушающего контроля железобетонных конструкций балочного типа, регламентируемая ГОСТ 8829-94, когда из партии однотипных конструкций выбираются несколько и испытываются методом статического нагружения до разрушения, является трудоёмкой, ненадежной и экономически невыгодной. Поэтому разработка новых неразрушающих методов диагностики и контроля параметров, характеризующих качество изготовления конструкции и ее работоспособность в здании или сооружении, весьма актуальна.
Особое значение эта проблема приобрела в настоящее время, поскольку большое количество зданий и сооружений реконструируются для новых технологических нужд. При проведении обследования железобетонных конструкций таких зданий и сооружений зачастую отсутствует какая-либо информация о физико-механических свойствах использованного бетона, армировании и другие сведения, необходимые для проверки прочности, жесткости и трещиностойкости конструкций под новые технологические нагрузки. Применение разрушающих методов в этом случае становится невозможным.
Среди методов неразрушающего контроля качества особое место занимают вибрационные (резонансные) методы. Современный уровень теоретических знаний в области вибрационных технологий и экспериментальной механики достаточно высок, что позволяет эффективно использовать их в машиностроении. Однако в строительной отрасли эти технологии мало используются. В частности, отсутствует стандарт и какие-либо другие государственные нормативные документы на применение вибрационных методов для контроля физико-механических параметров и оценки качества готовых строительных конструкций.
Необходимо также отметить ухудшение организации контроля качества железобетонных конструкций на заводах ЖБИ в настоящее время. На многих предприятиях сократилась численность служб ОТК, не соблюдается полная технологическая схема пооперационного контроля, снизились масштабы и роль государственного контроля. Основными причинами сложившейся ситуации являются относительно низкая заинтересованность научных кругов в развитии неразрушающих методов диагностики и контроля качества строительных конструкций; отсутствие надежного и удобного в эксплуатации приборного комплекса и средств контроля для проведения динамических испытаний; либеральная законодательная база по ответственности производителей за низкое качество конструкций, и, как следствие, отсутствие у производственников мотивации в повышении качества выпускаемых строительных конструкций.
Целью диссертационного исследования является развитие теоретических и методологических основ диагностики и контроля параметров качества железобетонных конструкций балочного типа с использованием способов их статического и динамического нагружения.
Для реализации этой цели необходимо решить следующие задачи:
-
исследовать теоретически и экспериментально возможности применения метода статического и вибрационного нагружения железобетонных балок для их диагностики и контроля параметров качества с помощью интегральных физических характеристик - максимального прогиба от действия равномерно распределенной нагрузки и основной (или первой резонансной) частотой колебаний;
-
на основе теоретических и экспериментальных данных построить аналитические зависимости, связывающие площадь (или диаметр) продольной арматуры, начальный модуль упругости бетона железобетонных балок:
- с их максимальным прогибом от действия равномерно распределенной
нагрузки;
- с основной частотой поперечных и продольных колебаний в ненагру-
женном состоянии и логарифмическим декрементом затухания колебаний;
- с параметрами трещиностойкости и прочности;
-
разработать статический и динамические способы определения площади продольной арматуры и начального модуля упругости бетона с использованием различных статических и динамических параметров балок, а также методики для их практической реализации;
-
провести серию экспериментов на натурных железобетонных балках с переменными значениями площади продольной арматуры и начального модуля упругости бетона с целью проверки теоретических результатов и апробации предложенных способов контроля и методик их практической реализации.
Объектом исследования являются железобетонные балки без предварительного напряжения продольной арматуры с переменными площадью сечения арматуры и начальным модулем упругости бетона, а предметом исследования - статические и динамические методы диагностики и контроля отдельных параметров, характеризующих качество железобетонных балок.
Методы исследования. В работе использовались классические методы теории железобетонных конструкций, экспериментальные методы исследования балок - статический (разрушающий) и вибрационный (неразрушаю-щий). Обработка экспериментальных результатов осуществлялась с помощью методов математической статистики. Обработка виброграмм осуществлялась с помощью ЭВМ.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
получены аналитические зависимости для определения площади арматуры и начального модуля упругости бетона по величине максимального прогиба балок при их статическом нагружении равномерно распределенной нагрузкой, а также по основной (или первой резонансной) частоте поперечных и продольных колебаний в ненагруженном состоянии;
разработаны способ определения площади (диаметра) продольной арматуры и способ определения начального модуля упругости бетона с использованием метода статического нагружения конструкций и 2 способа определения указанных параметров с использованием вибрационного метода;
разработаны методики практической реализации предложенных способов диагностики;
при проведении экспериментальных исследований выявлены новые физические эффекты, характеризующие взаимосвязь контролируемых параметров железобетонных балок с различными характерными стадиями поведения конструкций в процессе деформирования.
Практическая ценность полученных результатов заключается в следующем:
разработанные способы диагностики и контроля отдельных физико-механических и геометрических параметров железобетонных балок и методики их практической реализации могут быть использованы как при выходном контроле качества готовых конструкций на предприятиях строительной индустрии, так и при диагностике конструкций, находящихся в условиях эксплуатации при обследовании и реконструкции зданий и сооружений; на два из них поданы заявки на выдачу патента;
полученные теоретические и экспериментальные результаты используются в учебном процессе ОрелГАУ при изучении студентами строительных специальностей курса дисциплины «Обследование зданий и сооружений», а также при проведении научно-исследовательских работ студентами и аспирантами вуза.
Достоверность теоретических положений и практических результатов, полученных в работе, подтверждается использованием классических методов теории сооружений и теории железобетонных конструкций, сопоставлением теоретических и экспериментальных данных, а также сопоставлением с результатами экспериментальных исследований других ученых.
На защиту выносятся:
математические модели, связывающие площадь продольной арматуры, начальный модуль упругости бетона с жесткостью упругих железобетонных балок при использовании статического метода испытаний, а также математические модели, связывающие указанные параметры с основной (или первой резонансной) частотой колебаний при использовании вибрационного метода испытаний в режиме возбуждения поперечных и продольных колебаний;
способы определения площади (диаметра) продольной арматуры и начального модуля упругости бетона с использованием метода статического
нагружения конструкций и вибрационного метода, а также методики их практической реализации;
результаты экспериментальных исследований двух серий железобетонных балок (20 штук), выполненных в опалубке типовой перемычки 2ПБ-26-4 с различными процентами армирования и начальными модулями упругости бетона.
новые эмпирические функциональные связи площади (диаметра) продольной арматуры и начального модуля упругости бетона с параметрами прочности и трещиностойкости железобетонных балок.
Апробация работы. Материалы и основные результаты, изложенные в диссертации докладывались и обсуждались на: V-й Международной научно-практической конференции «Задачи архитектурно-строительного комплекса в повышении качества жизни и устойчивого развития сельских территорий» (21-23 апреля 2009 года, г. Орел); Ш-й Международной выставке-интернет-конференции, памяти профессора В.Г. Васильева «Энергообеспечение и строительство» (18-20 ноября 2009 года, г. Орел); Молодежной научно-практической конференции «Инновационные технико-технологические решения для строительной отрасли, ЖКХ и сельскохозяйственного производства» (17-18 марта 2010 года, г. Орел); VII-й Международной научно-практической конференции «Строительство и архитектура XXI века: Перспектива развития и инновации» (23-24 ноября 2010 года, г. Орел); Международных академических чтениях РААСН «Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения» (23-25 сентября 2010 года, г. Курск); П-й Молодежной научно-практической конференции «Инновационные технико-технологические решения для строительной отрасли, ЖКХ и сельскохозяйственного производства» (13 апреля 2011 года, г. Орел).
Научная работа, написанная по теме диссертации, является победителем регионального конкурса «Лучшая научно-исследовательская работа молодых ученых-2011».
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, подано две заявки на выдачу патента на изобретение.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация изложена на 138, страницах машинописного текста и состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, включающего 103 наименования и 2 приложения объемом 26 страниц. В работе приведены 15 таблиц, 11 рисунков.
