СПОСОБ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ ИЗГИБАЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к испытаниям на циклические нагрузки и предназначено для контроля прочности, жесткости и трещиностойкости, в том числе при усталостных испытаниях, предварительно напряженных изгибаемых железобетонных конструкций, преимущественно сплошных, пустотных и ребристых плит, имеющих по длине постоянную изгибную жесткость.

Известен способ интегральной оценки качества предварительно напряженных изгибаемых железобетонных конструкций по величине логарифмического декремента колебаний [1] который заключается в установке и закреплении конструкции на испытательном стенде, возбуждение в ней свободных изгибных колебаний, определении логарифмического декремента колебаний и сопоставлении этой характеристики и контролируемого параметра с соответствующими характеристиками эталонной конструкции.

Этот способ имеет невысокую точность оценок параметров качества, не позволяет определить величину преднапряжения арматуры в готовой конструкции, обладает большой трудоемкостью и требует значительных материальных затрат при проведении статических испытаний эталонных изделий до разрушения.

Известно устройство [2] содержащее узлы опирания и закрепления контролируемого железобетонного элемента, возбудитель свободных изгибных колебаний, преобразователь механических колебаний в электрические и измеритель частоты колебаний. По измеренной частоте свободных колебаний путем аналитической обработки получают начальный модуль упругости, с учетом которого судят об изгибной жесткости готового серийного железобетонного элемента.

Недостатком этого устройства является невозможность получения интегральной оценки качества и надежности готовых железобетонных элементов, обеспечения массового экспресс-контроля серийной продукции. Кроме того, точность контроля снижается за счет того, что оно не позволяет производить оценку качества по такому динамическому параметру как логарифмической декремент колебаний.

Технический результат изобретения заключается в определении величины предварительного напряжения арматуры в готовых элементах, обеспечении возможности организации поточного контроля качества серийно выпускаемых предварительно напряженных изгибаемых элементов, в исключении погрешностей, связанных со статическими испытаниями серии эталонных элементов.

Технический результат устройства заключается в определении дополнительного динамического параметра качества -логарифмического декремента колебаний, в обеспечении возможности поточного контроля серийной продукции, устранении погрешностей, связанных с наложением на изгибные крутильных колебаний.

Технический результат способа достигается за счет того, что для интегральной оценки качества и надежности контролируемого элемента используется критерий, представляющий из себя произведение веса элемента Р и квадрата основной (резонансной) частоты его изгибных колебаний f, который определяется в контролируемом элементе и сопоставляется с аналогичным критерием эталонного элемента той же марки с помощью специального устройства (прибора) на основе микроконтроллера.

Технический результат устройства достигается за счет того, что устройство содержит дополнительный преобразователь механических колебаний контролируемого элемента в электрические, два фильтра низких частот (ФНЧ), два автоматических нормирующих (автонормирующих) усилителя электрических сигналов, двухпозиционный аналоговый переключатель, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и микроконтроллер с узлами ввода и отображения допускаемых и контролируемых статических и динамических параметров эталонного и серийного элементов. Выходы преобразователей соединены с входами соответствующих ФНЧ, выходы которых соединены с входами соответствующих усилителей, один из выходов каждого усилителя соединен с входом аналогового переключателя, а другой с управляющим входом одного из усилителей. Выход аналогового переключателя соединен с входом АЦП, выход которого соединен с входным портом микроконтроллера, вход которого соединен с узлом ввода, а его выходы с входами возбудителя колебаний, аналогичного переключателя, АЦП и узла отображения.

Преобразователи колебаний устанавливаются непосредственно на противоположных боковых поверхностях объекта контроля и на прямой, перпендикулярной продольной оси последнего; ФНЧ настроен на подавление частот выше возможного диапазона колебаний контролируемых элементов, а также на селективное подавление 50 герцовой составляющей наводок; один из автонормирующих усилителей является ведущим, а другой ведомым по цепи управления от первого; выход микроконтроллера на АЦП служит для обнуления последнего, а на аналоговый переключатель для поочередно периодического переключателя последнего.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Оно содержит микроконтроллер 1, выход 2 микроконтроллера на пуск устройства возбуждения механических колебаний в контролируемом элементе, аналого-цифровой преобразователь 3, аналоговый двухпозиционный переключатель 4, преобразователь 5 механических колебаний в электрические, фильтр 6 низких частот (ФНЧ), автонормирующие усилители 7 и 8, узел 9 отображения информации, узел 10 ввода.

Микроконтроллер 1 находится в исходном состоянии, выход 2 последнего на запуск устройства возбуждения механических колебаний в элементе обесточен. АЦП 3 обнулено; аналоговый переключатель 4 находится в положении связи по произвольному каналу; преобразователи 5 закреплены на противоположных боковых поверхностях элемента, находящегося в состоянии покоя по целевому возбуждению, ФНЧ 6 осуществляет подавление нецелевых колебаний нулевого состояния, ведущий и ведомый автонормирующие усилители 7 и 8 находятся в состоянии номинального усиления; узел отображения информации обнулен, узел 10 ввода прибывает в активном состоянии состоянии готовности к введению в микроконтроллер информации об элементе.

После осуществления ввода в микроконтроллер 1 с помощью узла 10 информации о контролируемом объекте и пуске микроконтроллера, последний выдает однократный импульс управления с выхода 2 на устройство возбуждения механических колебаний в элементе, снимается обнуление с АЦП 3, конкретизируется канал связи через аналоговый переключатель 4.

Возбужденные в объекте контроля механические колебания преобразуются преобразователями 5 в электрические сигналы, которые в дальнейшем, проходя через ФНЧ 6, очищаются от 50 герцовой составляющей и частот, лежащих выше максимальной для контрольной марки элемента. Электрические сигналы с каналов ФНЧ 6 поступают на автонормирующие усилители 7 и 8, в которых усиление является функцией амплитуды входного сигнала с целью выдачи с выхода этих усилителей сигналов нормированной начальной амплитуды. Сигналы с усилителей 7 и 8 поочередно периодически пропускаются аналоговым переключателем 4 на вход АЦП 3, где преобразуются в две последовательности цифровых кодов, при этом каждое переключение аналогового переключателя 4 сопровождается обнулением АЦП 3.

Во время производства измерений микроконтроллер блокирует ввод от узла ввода 10 и занят только приемом информации с АЦП 3, ее размещением и управлением аналоговым переключателем и АЦП.

По окончании измерений микроконтроллер 1 осуществляет автоматизированный расчет интегральных показателей качества и надежности элемента прочности, жесткости, трещиностойкости, величины преднапряжения арматуры, а также динамических параметров с выдачей расчетной информации на узел 9 отображения информации, после чего производится очередной ввод информации об элементе с узла 10 в микроконтроллер.

При реализации способа для какой-либо марки железобетонного предварительно напряженного изгибаемого элемента, предназначенной для контроля, изготавливают эталонное изделие под строгим контролем всех технологических операций. Устанавливают его на стенд для динамических и статических испытаний, проводят вибрационные испытания, определяя резонансную частоту колебаний f, и определяют вес изделия.

Технико-экономические показатели по изобретению складываются из обеспечения возможности массовой автоматизированной интегральной оценки качества и надежности серийных элементов; из возможности проведения автоматизированной оценки дополнительно по логарифмическому декременту колебаний; снижения аварийности по причине выбраковки при массовом контроле изделий, от статических выборных методов оценок качества.

Кроме того, при реализации изобретения обеспечивается повышение точности и оперативности оценки интегральных характеристик; повышение технической и технологической культуры производства на основе оперативной и высокодостоверной информации; возможность снижения энерго- и материальных затрат, обусловленных технологическими запасами на неопределенность, связанных с отсутствием возможности оперативной интегральной оценки качества и надежности изделий.

Изобретение относится к механическим испытаниям и может быть использовано для контроля качества готовых предварительно напряженных железобетонных элементов и позволяет обеспечить возможность организации поточного контроля качества серийно выпускаемых изгибаемых элементов, определить величину предварительного напряжения арматуры в готовых элементах и логарифмический декремент колебаний последних, исключить погрешности, связанные со статическими испытаниями серии эталонных элементов и с наложением на изгибные крутильных колебаний. Это достигается за счет того, что для интегральной оценки качества и надежности контролируемого элемента используют дополнительный динамический параметр и критерий, представляющий из себя произведение веса элемента и квадрата основной (резонансной) частоты его изгибных колебаний, который определяется в контролируемом элементе и сопоставляется с аналогичным критерием эталонного элемента той же марки с помощью предлагаемого устройства. Последнее включает два измерительных преобразователя 5 колебаний, два фильтра 6 низких частот, два автонормирующих усилителя 7, 8 электрических сигналов двухпозиционный аналоговый переключатель 4, аналого-цифровой преобразователь 3, микроконтроллер 1 с узлами ввода 10 и отображения 9 информации. 2 с.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ интегральной оценки качества предварительно напряженных изгибаемых железобетонных элементов, заключающийся в том, что испытуемый и эталонный элементы закрепляют по эксплуатационной схеме, возбуждают в них свободные изгибные колебания, определяют основную частоту колебаний, с учетом отклонения которых определяют параметры качества испытуемого элемента, отличающийся тем, что для организации поточного контроля качества серийных элементов, определения величины предварительного напряжения в арматуре готового элемента, исключения погрешностей, связанных со статическими испытаниями серии эталонных элементов, определяют вес эталонного и испытуемого элементов, а определение параметров качества испытуемого элемента осуществляют по следующим зависимостям:
Φ = Φ_эK_э/K;
K=Pf²;
K_э= P_эf2э

,
где Φ, Φ_э значения контролируемого параметра соответственно испытуемого и эталонного элементов;
K, K_э критерий надежности соответственно испытуемого и эталонного элементов;
P, P_э вес соответственно испытуемого и эталонного элементов;
f, f_э основные частоты колебаний соответственно испытуемого и эталонного элементов. 2. Устройство для интегральной оценки качества предварительно напряженных изгибаемых железобетонных элементов, содержащее узлы опирания и закрепления испытуемого элемента, возбудитель свободных изгибных колебаний и преобразователь механических колебаний в электрические, отличающееся тем, что для обеспечения массового контроля серийной продукции, определения дополнительного динамического параметра качества логарифмического декремента колебаний и устранение погрешностей, связанных с наложением на изгибные крутильных колебаний, оно снабжено дополнительным преобразователем механических колебаний в электрические, двумя фильтрами низких частот (ФНЧ), двумя автонормирующими усилителями электрических сигналов, двухпозиционным аналоговым переключателем, аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и микроконтроллером с узлами ввода и отображения допускаемых и контролируемых статических и динамических параметров эталонного и серийного элементов, выходы преобразователей соединены с входами соответствующих ФНЧ, выходы которых соединены с входами соответствующих усилителей, один из выходов каждого усилителя соединен с входом аналогового переключателя, а другой с управляющим входом одного из усилителей, выход аналогового переключателя соединен с входом АЦП, выход которого соединен с входным портом микроконтроллера, вход которого соединен с узлом ввода, а выходы с входами возбудителя колебаний, аналогового переключателя, АЦП и узла отображения.