Способ неразрушающего контроля прочности строительных конструкций

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю несущей способности строительных конструкций, например балок, ферм, рам. Цель изобретения - снижение трудоемкости и расширение области применения способа за счет возможности его использования не только для конструкций из полимерных материалов, но и для конструкций из других материалов с линейной зависимостью между нагрузкой и деформацией. Способ неразрушающего контроля прочности строительной конструкции, заключающейся в том, что до нагружения конструкции определяют места возможных максимальных деформаций, нагружают постоянной механической нагрузкой, не превышающей ее предельного значения n = 5 - 10 раз, а при определении величины нагрузки учитывают величину напряжения. 4 ил.

Изобретение относится к неразрушающему контролю несущей способности строительных конструкций и кранов, например балок, ферм, рам и т. д. , преимущественно из материалов с линейной зависимостью между нагрузкой и деформацией материала.

Известен способ исследования механических свойств конструкционных материалов с учетом истории нагружения, заключающийся в том, что изделие нагружают, регистрируют в различных его местах деформации и строят диаграммы усилия нагружения - деформации. Затем из изделия в этих местах вырезают образцы для проведения стандартных испытаний.

Недостатком такого способа является частичное или полное разрушение изделия.

Известен способ неразрушающего контроля изделий, заключающийся в том, что изделие нагружают переменной механической нагрузкой, не превышающей своего предельного значения, определяют зависимость между нагрузкой и значением измеренной деформации, сравнивают с такой же зависимостью эталонных диаграмм.

Недостатками такого способа являются необходимость наличия эталонных диаграмм, многократное нагружение переменной нагрузкой, большая трудоемкость обработки результатов измерений.

Наиболее близким к изобретению является способ неразрушающего контроля прочности изделий, заключающийся в том, что изделие нагружают переменной нагрузкой, не превышающей ее предельного значения, определяют места возможных максимальных деформаций, возбуждают в этих местах упругие колебания и определяют деформации в них и рассчитывают по формуле прочность.

Недостатком этого способа является большая трудоемкость, применимость только для изделий из полимерных материалов, способ не применим для загружения конструкций, находящихся в эксплуатации.

Требуется нагрузка максимально возможная для получения более точного значения прочности, а также разгрузка в случае действия эксплуатационной нагрузки для последующего экспериментального нагружения. Это связано с опасностью работ и необходимостью предохранительных устройств.

Целью предлагаемого способа является снижение трудоемкости и расширение области применения способа за счет возможности его использования не только для конструкций из полимерных материалов, но и для конструкций из других материалов с линейной зависимостью между нагрузкой и деформацией.

В способе неразрушающего контроля прочности конструкции, по которому на поверхности испытуемой конструкции определяют места возможных максимальных деформаций, в этих местах испытываемую конструкцию нагружают механической нагрузкой постоянной величины, не превышающей предельного значения и определяют величину деформаций в местах возможных максимальных деформаций, а о прочности конструкции судят с учетом среднего значения величины деформаций, испытуемую конструкцию нагружают 5-10 раз.

На фиг. 1 показан график зависимости нагрузки от напряжения; на фиг. 2 - график зависимости нагрузки от напряжения для балки перекрытия; на фиг. 3 - расчетная схема балки перекрытия; на фиг. 4 - график.

Способ осуществляется следующим образом.

Определяют места наибольших возможных деформаций, в этих местах нагружают испытуемую конструкцию механической нагрузкой, не превышающей предельного значения (или наоборот, снижают действующую с эксплуатируемой конструкции нагрузку) 5-10 раз, определяют значение деформаций ε_э в этих местах и ее среднее арифметическое значение. Находят контролируемое напряжение.

= E, где Е - модуль упругости материала.

Строят график зависимости нагрузки Q от напряжения σ. Через начало координат σ - Q и найденную точку и эксперимента (, Q_э) проводят луч. На оси напряжений откладывают σ_пр, которое равно пределу текучести σ_т - для пластичных материалов, а для хрупких материалов - равно пределу прочности σ_в. Для σ_эиσ_пр откладывают доверительные интервалы при вероятности не менее 0,95. Например, для сталей коэффициент - вариации ν для σ_т не превышает 7% и стандарт S: S= = 0.07 По этим данным находят доверительные интервалы с вероятностью не менее 95% или принимают их равными 3˙S= 3ν˙σ_т Проводят границы доверительных интервалов (3', 5') фиг. 1. Определяют ординату точки пересечения доверительных границ наибольшего контролируемого напряжения и предельного наименьшего контролируемого напряжения и предельного наименьшего напряжения (т. 6, фиг. 1). Значение этой ординаты Q_пр и будет соответствовать предельной нагрузке.

П р и м е р. Определяют предельную нагрузку (грузоподъемность) балки перекрытия.

Балка 1 N 20, длина балки l = 8 м; момент инерции I = 1840 см⁴; высота балки h = 20 см; расчетное сопротивление стали R_у = 240 МПа; предел текучести σ_т = 250 МПа.

На балку действует распределенная нагрузка q = 2 кн/м. Определяем (теоретически, ориентировочно, без учета снижения несущей способности за время эксплуатации в течение 30 лет): q_пр= (8·2IR_y/hl²)= (8·2·1840·10^-8)/(0,2·8²)240·10⁶ = 5520 н/м = 5,5 кН/м Балка недогружена на q_пр - q = 5,5 - 2 = 3,5 кН/м.

Следовательно, при испытаниях можно балку либо разгружать, либо дополнительно нагружать.

Проведение испытаний.

В сечение С устанавливают измеритель деформаций (тензометр Аистова с базой 120 мм) и нагружают балку силой Q, ее значение принимают: Ql/4= ql²/8 Q_э= (ql/2)= 11,8/2= 4,4 кН, где принимаем q = 0,2 q_пр = 0,2 ˙5,5 = 1,1 кН/м.

Нагружение производят пять раз и экспериментально находят напряжение σ_э = 47,2± 2,1 МПа где 2,1 - половина доверительного интервала, найденная методом математической статистики при вероятности 0,95 σ_пр= σ_т = 250± 17,5 МПа, где 17,5 - половина доверительного интервала, найденная методом математической статистики при вероятности 0,95.

По результатам экспериментов определяют предельную нагрузку (грузоподъемность) балки (фиг. 3) Q_пр = 20,2 кН Или распределенная нагрузка
q_пр= (ql·8/4l²)= 2Q/l= (2·20,2)/8= 5,1 кН/м
Предлагаемый способ удобен, безопасен и производителен при определении несущей способности конструкций, находящихся в эксплуатации, например, для стропильных ферм, блоков перекрытий зданий, пролетных строений мостов, плит и т. п. (56) Авторское свидетельство СССР N 606124, кл. G 01 N 3/00, 1974.

Формула изобретения

СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ПРОЧНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ, по которому на поверхности испытуемой конструкции определяют места возможных максимальных деформаций, в этих местах испытуемую конструкцию нагружают механической нагрузкой, не превышающей предельного значения, и определяют величину деформации в этих местах, а о прочности конструкции судят с учетом среднего значения величины деформации, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости и расширения области применения способа за счет возможности его использования не только для конструкций из полимерных материалов, но и для конструкций из других материалов с линейной зависимостью между нагрузкой и деформацией, прикладывают механическую нагрузку постоянной величины, испытуемую конструкцию нагружают 5 - 10 раз, а при определении величины нагрузки учитывают величину напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4