Способ определения модуля упругости бетона в упругих железобетонных балках

Авторы патента:

G01N29/11 - Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн; визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы (G01N 3/00-G01N 27/00 имеют преимущество; измерение или индикация ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн вообще G01H; системы с использованием эффектов отражения или переизлучения акустических волн, например акустическое изображение G01S 15/00; получение записей с помощью способов и устройств, аналогичных используемым в фотографии, но с использованием ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн G03B 42/06)

G01M5/00 - Исследование упругих свойств конструкций или сооружений, например мостов, крыльев самолетов (G01M 9/00 имеет преимущество; тензометры G01B)

Владельцы патента RU 2719793:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина" (RU)

Изобретение относится к области строительства и предназначено для диагностики и контроля качества железобетонных конструкций балочного типа вибрационным методом. Сущность: осуществляют изготовление 5…8 эталонных изделий для конструкций определенного типа, модуль упругости которых изменяется в определенном диапазоне значений, установку на стенд, закрепление концов изделия по схеме шарнирного опирания, возбуждение в каждом из эталонных изделий свободных поперечных колебаний на основной частоте (или вынужденных колебаний на первой резонансной частоте). В каждом из эталонных изделий измеряют коэффициент затухания возбужденных затухающих колебаний и по полученным значениям строят аналитическую зависимость «модуль упругости бетона - коэффициент затухания колебаний». При диагностике изделия серийного изготовления определяют коэффициент затухания колебаний и по полученной аналитической зависимости подсчитывают модуль упругости бетона. Технический результат: снижение погрешности определения модуля упругости бетона в упругих железобетонных балках. 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к области строительства и предназначено для диагностики и контроля качества железобетонных конструкций балочного типа вибрационным методом.

Известен способ определения модуля упругости бетона в железобетонной конструкции путем испытания образцов (кубиков), специально изготавливаемых одновременно с бетонированием конструкции либо в заводских условиях, либо на стройплощадке (ГОСТ Р 53231-2008 Бетоны. Правила контроля и оценки прочности [Текст]. - Взамен ГОСТ 18105.0-86; введ. 2009.02.21. - М.: Стандартинформ, 2010. - 31 с.) [1]. Этот способ имеет недостаток, который заключается в том, что со временем физико-механические свойства бетона изменяются в зависимости от условий эксплуатации и в случае необходимости для определения модуля упругости бетона следует прибегать к другим методам, кроме того данный способ имеет высокую погрешность порядка 10…15%.

Известен также способ определения модуля упругости бетона в упругих железобетонных балках по основной или первой резонансной частоте колебаний балок (Коробко В.И., Коробко А.В., Абашин Е.Г. Способ определения модуля упругости бетона в упругих железобетонных конструкциях балочного типа. / Патент 2473880 Российская Федерация, С2 МПК G01N 3/30, заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК». - №2011116856; заявл. 27.04.2011; опубл. 27.01.2013, Бюл. №3 [2]. Согласно этому способу для конструкций определенного типа изготавливают 5…8 эталонных изделий, модуль упругости которых изменяется в определенном диапазоне значений, в каждом из эталонных изделий возбуждают свободные поперечные (или продольные) колебания на основной частоте (или вынужденные колебания на первой резонансной частоте), измеряют эту частоту, и по полученным значениям строят аналитическую зависимость «модуль упругости бетона - частота колебаний»; при диагностике изделия серийного изготовления определяют его основную (или первую резонансную) частоту колебаний и по полученной аналитической зависимости подсчитывают модуль упругости бетона. Этот способ имеет погрешность 5…10%.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в снижении погрешности способа определения модуля упругости бетона в упругих железобетонных балках как в заводских условиях при их изготовлении, так и находящихся в условиях эксплуатации.

Это достигается тем, что в способе определения модуля упругости бетона в упругих железобетонных балках, заключающемся в изготовлении 5…8 эталонных изделий для конструкций определенного типа, модуль упругости которых изменяется в определенном диапазоне значений, установке на стенд, закреплении концов изделия по схеме шарнирного опирания, возбуждении в каждом из эталонных изделий свободных поперечных колебаний на основной частоте (или вынужденных колебаний на первой резонансной частоте), согласно изобретению в каждом из эталонных изделий измеряют коэффициент затухания возбужденных затухающих колебаний, и по полученным значениям строят аналитическую зависимость «модуль упругости бетона - коэффициент затухания колебаний»; при диагностике изделия серийного изготовления определяют коэффициент затухания колебаний и по полученной аналитической зависимости подсчитывают модуль упругости бетона.

Сущность заявляемого способа поясняется чертежами, приведенными на фигурах 1, 2.

На фиг. 1 представлена функциональная схема экспериментальной установки для определения коэффициента затухания поперечных колебаний, где 1 -контролируемая железобетонная балка, 2 - излучатель механических колебаний, 3 - приемник механических колебаний, 4 - генератор синусоидальных колебаний, 5 - усилитель мощности, 6 - частотомер, 7 - цифровой вольтамперметр, 8 - предварительный усилитель, 9 - анализатор спектра, 10 - электронный осциллограф.

На фиг. 2 представлен график изменения коэффициента затухания колебаний в зависимости от модуля упругости бетона в железобетонных балках.

Физическую сущность предлагаемого способа можно пояснить следующими рассуждениями.

Коэффициент затухания колебаний α известен из курса физики (Оксогоев А.А. Прикладная Физика. Колебания Элементов Конструкций [Текст] В 3 ч. Ч. I. Теория Линейных Колебаний: учеб. пособие / А.А. Оксогоев, Б.И. Слепов. - Томск: Изд-во НТЛ, 2003. - 300 с.) [3] как один из параметров, учитывающий потери энергии в колебательной системе. Коэффициент затухания определяется по формуле:

где τ - время релаксации (время, за которое амплитуда колебаний уменьшается в е раз, е ≈ 2,72 - основание натурального логарифма).

Коэффициент затухания характеризует величину потери колебательной энергии в конструкции. Вероятно, что изменение модуля упругости бетона окажет прямое влияние на интенсивность затухания свободных колебаний, поскольку с увеличением модуля упругости бетона упругие свойства конструкции начинают преобладать над пластическими. Если обеспечить одинаковые условия опирания и контроля экспериментальных конструкций, то потери энергии за счет различных физических и деформативных свойств изделий проявятся в полной мере, а коэффициент затухания колебаний позволит определить эти свойства с меньшими погрешностями и большей стабильностью, по сравнению с основной частотой колебаний.

Способ осуществляется следующим образом. Для конструкций определенного типа, например для железобетонных балок марки ПБ, изготавливают 5…8 эталонных изделий, модуль упругости бетона которых постепенно возрастает от E_b=16⋅10³ МПа до E_b=32,5⋅10³ МПа. Каждую из этих балок устанавливают на испытательном стенде, закрепляют ее концы по схеме шарнирного опирания и возбуждают в ней свободные поперечные затухающие колебания с помощью механического удара или внезапного снятия некоторой статической нагрузки. Используя какой-либо частотомер, например, виброанализатор «Вибран-3», измеряют коэффициент затухания колебаний.

Если используется режим воздействия вынужденными поперечными затухающими колебаниями на первой резонансной частоте, то на контролируемую железобетонную балку 1 в средней части пролета закрепляют с одной стороны излучатель механических колебаний 2, например электродинамический вибровозбудитель поперечных колебаний, а с другой стороны - приемник механических колебаний 3 (первичный преобразователь виброперемещений). С помощью генератора синусоидальных колебаний 4 и усилителя мощности 5 возбуждают в балке колебания в требуемом диапазоне частот, поддерживая энергию этих колебаний строго на одном уровне. При этом частоту и амплитуду электрического сигнала, подаваемого на вход излучателя механических колебаний 2, контролируют частотомером 6 и цифровым вольтамперметром 7. Сигнал с приемника механических колебаний 3 усиливается с помощью предварительного усилителя 8, а с помощью анализатора спектра 9 снимают амплитудно-частотную характеристику контролируемой балки, по которой определяют коэффициент затухания колебаний. Кроме того, в схему включен электронный осциллограф 10 для визуализации колебательного процесса.

По полученным результатам строят аппроксимирующую функцию «модуль упругости бетона - коэффициент затухания колебаний».

Далее, при диагностике изделия серийного изготовления определяют коэффициент затухания колебаний и с помощью построенной аппроксимирующей функции находят действительный модуль упругости бетона.

Пример реализации способа.

Для проведения испытаний были изготовлены 10 железобетонных балок длиной 2,6 м с поперечным сечением 120×140 мм Балки армированы в нижней зоне одним арматурным стержнем ∅ 12 мм А-400. Модуль упругости балок меняется ступенчато от E_b=16⋅10³ МПа до E_b=32,5⋅10³ МПа.

Балки испытывались в режиме свободных затухающих поперечных колебаний. При этом возбуждение колебаний осуществлялось с помощью поперечного механического удара.

Экспериментальная кривая E_b-α, представленная на Фиг. 2, является функцией, аппроксимирующей экспериментальные результаты, уравнение которой представляется выражением.

В таблице 1 представлены значения коэффициентов затухания свободных поперечных колебаний железобетонных балок с разными модулями упругости бетона, погрешность определения модуля упругости бетона по предложенному способу

Как видим из таблицы 1 погрешность определения модуля упругости бетона по предложенному способу не превышает 3%.

Таким образом, технический результат - снижение погрешности определения модуля упругости бетона в упругих железобетонных балках достигается за счет использования нового динамического параметра - коэффициента затухания колебаний.

Способ определения модуля упругости бетона в упругих железобетонных балках, заключающийся в изготовлении 5…8 эталонных изделий для конструкций определенного типа, модуль упругости которых изменяется в определенном диапазоне значений, установке на стенд, закреплении концов изделия по схеме шарнирного опирания, возбуждении в каждом из эталонных изделий свободных поперечных колебаний на основной частоте (или вынужденных колебаний на первой резонансной частоте), отличающийся тем, что в каждом из эталонных изделий измеряют коэффициент затухания возбужденных затухающих колебаний и по полученным значениям строят аналитическую зависимость «модуль упругости бетона - коэффициент затухания колебаний»; при диагностике изделия серийного изготовления определяют коэффициент затухания колебаний и по полученной аналитической зависимости подсчитывают модуль упругости бетона.

Использование: для определения времени прихода сигнала. Сущность изобретения заключается в том, что генерируют с помощью излучателя сигнал с заданным конечным количеством периодов волн; принимают с помощью приемника сгенерированный сигнал, оцифровывают и определяют огибающую амплитуды сигнала в каждой точке семплирования (дискретизации) независимо от фазы принимаемого сигнала; определяют анализируемый сигнал на основе огибающей амплитуды принятого сигнала, причем анализируемый сигнал пропорционален мощности принимаемого сигнала; на основе анализруемого сигнала определяют время прихода сигнала.

Система и способ для определения влажности // 2719097

Предложен способ определения влажности. Выбирают один из множества датчиков, расположенных по периметру автотранспортного средства на основании того, что на траектории передачи выбранного датчика находится неподвижный относительно автотранспортного средства объект.

Способ определения парциальных частот управляемой поверхности летательного аппарата и устройство для его осуществления // 2715369

Изобретение относится к области авиационной или ракетной техники, а именно к измерению необходимых при исследовании флаттера частотных характеристик (парциальных частот) управляемой поверхности (УП) летательного аппарата (ЛА).

Способ ультразвукового контроля вязкости по муни полимеров // 2712956

Использование: для определения вязкости по Муни полимера. Сущность изобретения заключается в том, что пропускают импульсы ультразвуковых колебаний через исследуемый образец, принимают ультразвуковые колебания, прошедшие через образец, измеряют скорость распространения и коэффициент затухания ультразвуковых колебаний, определяют значения коэффициентов Z1 и Z2 и оценивают вязкость по Муни полимера на основе измеренных параметров ультразвуковых колебаний и коэффициентов Z1 и Z2, при этом оценку проводят при разных частотах и температурах, дополнительно определяют отношение сигнал/шум изменения вязкости по Муни к изменению частоты и температуры уточняют значения коэффициентов Z1 и Z2 для каждой пары частот и выбирают пару Т, ω, где T - температура, при которой соотношение имеет максимальное значение.

Способ определения остаточных напряжений в металле шва сварных соединений трубопроводов (варианты) // 2711082

Использование: для оценки качества изготовления сварных соединений трубопроводов и для определения остаточного ресурса трубопроводов. Сущность изобретения заключается в том, что на исследуемом участке трубопровода ультразвуковым эхо-методом измеряют время распространения продольной волны и поперечных волн, поляризованных вдоль и поперек оси трубы, и по результатам измерения определяют характеристики напряженного состояния сварного соединения, для чего путем расчетного моделирования для конкретного типа труб предварительно определяют положение сечений уравновешивания, в которых уравновешивающие кольцевые напряжения в основном металле достигают минимальных значений, и значение коэффициента уравновешивания, равного отношению максимальных остаточных растягивающих мембранных кольцевых напряжений в металле шва к значению минимальных остаточных сжимающих мембранных кольцевых напряжений в основном металле, затем, до начала изготовления сварного соединения, в сечениях уравновешивания выполняют измерения начальных значений времени распространения продольной волны и поперечных волн, поляризованных вдоль и поперек оси трубы, после изготовления сварного соединения в тех же точках измерений выполняют измерения рабочих значений времени распространения этих же типов волн, по результатам измерений с использованием уравнений акустоупругости для двухосного напряженного состояния для каждого сечения измерений определяют значения мембранных продольных и кольцевых напряжений, а также изгибающих моментов, с использованием которых, на основании принципа уравновешивания мембранных напряжений и с учетом коэффициента уравновешивания, определяют максимальные значения остаточных продольных и кольцевых локальных напряжений в металле шва.

Установка для испытаний на кавитационную эрозию // 2710480

Использование: для оценки кавитационной эрозионной стойкости сплавов, покрытий и других материалов, работающих в жидких средах с помощью ультразвуковой вибрации для генерации кавитации.

Способ определения огнестойкости строительных материалов и элементов конструкций // 2707984

Изобретение относится к области исследований физико-механических свойств материалов и может быть использовано для определения огнестойкости строительных материалов.

Способ контроля толщины ледопородного ограждения при строительстве шахтных стволов // 2706910

Изобретение относится к сейсмоакустике и может быть использовано для определения толщины ледопородного ограждения в процессе искусственного замораживания грунтов при проходке шахтных стволов.

Устройство для возбуждения пьезоэлектрических акустических преобразователей // 2706823

Использование: для возбуждения пьезоэлектрических акустических преобразователей. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для возбуждения пьезоэлектрических акустических преобразователей состоит из генератора электрических колебаний, с выходом которого соединен последовательный индуктивно-емкостный колебательный контур, к емкости которого подключен пьезокерамический преобразователь, при этом к выходным усилителям мощности задающего генератора прямоугольных электрических колебаний подключены идентичные электрические цепи, состоящие из последовательно соединенных параллельного индуктивно-емкостного колебательного контура, настроенного на вторую гармонику электрических колебаний задающего генератора, последовательного индуктивно-емкостного колебательного контура, расчетная емкость которого замещена (заменена) суммой внутренних емкостей, соединенных между собой группой пьезоэлектрических акустических преобразователей, имеющих равную резонансную частоту с частотой электрических колебаний задающего генератора, между которым и усилителями мощности включены фазовращатели, позволяющие сканировать акустические колебания в вертикальной и горизонтальной плоскости.

Способ и устройство ультразвуковой визуализации объектов в высокотемпературных жидких средах // 2705943

Использование: для ультразвуковой визуализации (УЗВ) объектов, расположенных в жидких средах. Сущность изобретения заключается в том, что первый акустический волновод 16 и волноводную матрицу 18 частично размещают в исследуемой агрессивной среде 1 (все остальные элементы размещают в неагрессивной среде 6).

Интегрированная система и способы для управления и контроля транспортных средств // 2719064

Изобретение относится к автоматизированному обнаружению повреждений конструкций. Интегрированная система для оценки состояния и контроля конструктивной платформы в полете содержит систему контроля степени исправности конструкции (SHM) и систему контроля рабочих нагрузок (OLM), соединенную с датчиками системы SHM.

Стенд для усталостных испытаний // 2714957

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для различных видов испытаний узлов, агрегатов, сочленений и т.д. вертолетной, автомобильной и другой техники.

Способ измерения нагрузок на рельсы при воздействии колес железнодорожного подвижного состава // 2704141

Изобретение относится к области метрологии и предназначено для определения нагрузок (вертикальных и боковых сил), воздействующих на поверхность катания и боковую грань головки рельса при его контактном взаимодействии с колесом подвижного состав.

Система для мониторинга искусственных сооружений высокоскоростной магистрали // 2698419

Изобретение относится к мониторингу на искусственных сооружениях высокоскоростных магистралей. Технический результат - повышение достоверности оценки состояния искусственных сооружений высокоскоростной магистрали.

Способ управления давлением в замкнутом объеме // 2692935

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к установкам для прочностных испытаний летательных аппаратов. В процессе реализации предложенного способа увеличение давления воздуха в замкнутом объеме, в частности в фюзеляже, происходит за счет открытия большерасходного и малорасходного клапанов, а его стабилизацию на горизонтальных участках программ обеспечивают одним только малорасходным клапаном.

Способ испытаний конструктивных систем и элементов железобетонного здания на надежность под действием пожарных и силовых нагрузок // 2688891

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности обеспечения безопасности зданий в условиях аварийных воздействий, и может быть использовано для определения отказов конструктивных систем железобетонного здания в условиях пожара и выявления наиболее слабых элементов железобетонных конструкций здания под действием силовых нагрузок и высоких температур.

Способ исследования параметров напряженно-деформированного состояния упругих объектов // 2686870

Изобретение относится к исследованию упругих свойств конструкций или сооружений, а именно объектов транспортной инфраструктуры и самих транспортных средств, посредством создания их физических и конечно-элементных (КЭ) моделей.

Устройство для испытания панелей // 2685792

Изобретение относится к области испытаний летательных аппаратов на прочность при сложном многокомпонентном нагружении, в частности к испытаниям подкрепленных панелей силового каркаса планера самолета, для определения фактической прочности и устойчивости, а также для выбора их рациональной конфигурации и укладки полимерного композиционного материала в различных агрегатах летательного аппарата, воспринимающих в эксплуатации потоки сжимающих (растягивающих), сдвиговых нагрузок и поперечного давления.

Способ и устройство для определения структурных параметров рельсового пути // 2683137

Изобретение относится к способу определения структурных параметров рельсового пути с использованием матрицы датчиков. Способ содержит измерение по меньшей мере вертикальных или боковых нерегулярностей указанного рельса с помощью матрицы датчиков вдоль рельса, за счет чего обеспечиваются сигналы, соответствующие геометрическим нерегулярностям на различном расстоянии от нагрузки колесом.

Предохранительное устройство // 2666974

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к средствам защиты от разрушения гермофюзеляжей летательных аппаратов при испытаниях их на прочность избыточным давлением.