СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ Российский патент 2001 года по МПК G01N3/10 

Изобретение относится к неразрушающему контролю несущей способности строительных конструкций.

Это изобретение применимо для строительных конструкций и кранов, например балок, ферм, рам и так далее, из материалов и систем с линейной зависимостью между нагрузкой и перемещением конструкции.

Цель изобретения - это повышение точности определения несущей способности конструкции, мерой которой является значение предельной нагрузки, вызывающей предельные угловые или линейные перемещения.

Известен способ неразрушающего контроля прочности изделия (см. А.с. СССР N 606124, кл. MПК G 01 N 3/00, 1976), заключающийся в том, что изделия нагружают переменной нагрузкой, не превышающей ее предельного значения, определяют места возможных максимальных деформаций, возбуждают в этих местах упругие колебания и определяют деформации в них, а по формулам устанавливают прочность конструкции.

Недостатком этого способа является большая трудоемкость, применимость только для изделия из полимерного материала, способ не применим для конструкций, находящихся в эксплуатации.

Для получения более точного результата требуется максимально возможная нагрузка, эксплуатационная нагрузка должна удаляться с конструкции.

Наиболее близким к изобретению является способ неразрушающего контроля несущей способности конструкций патент (см. N 2006814, кл. МКИ 5 G 01 N 3/00, 1991 г.), заключающийся в том, что в испытуемой конструкции выявляются места с возможными максимальными деформациями (угловыми или линейными перемещениями), в этих местах конструкцию нагружают механической нагрузкой, не превышающей предельного значения, вычисленного теоретически, прикладывают нагрузку постоянной величины в одном и том же месте 5-10 раз, определяют значения деформаций и находят доверительный интервал этих значений. Затем строят график зависимости между нагрузкой и перемещением по двум точкам (в начале координат и в точке с координатами значения экспериментальной нагрузки, значение перемещения от этой нагрузки). Затем через точки доверительного интервала проводят прямые - доверительные границы, параллельно прямой зависимости нагрузки от перемещения. По графику находят предельную нагрузку.

Недостатком этого способа является малая точность и ненадежность результатов, вызванная тем, что доверительные границы проводят по одной точке доверительного интервала параллельно прямой зависимости нагрузки от перемещения
Целью изобретения является повышение точности определения несущей способности строительных конструкций. Это достигается тем, что в конструкции определяют места возможных максимальных линейных или угловых перемещений, в этих местах конструкцию нагружают испытательной механической нагрузкой, не превышающей предельного ее значения по прочности и жесткости конструкции и определяют значения максимальных перемещений, при этом нагружают конструкцию в одном и том же месте 5-10 раз, нагружение осуществляют не менее, чем при трех различных ступенях нагрузки, по результатам трех средних значений перемещений и соответствующим нагрузкам строят прямую зависимости нагрузки от перемещения, определяют не менее трех доверительных интервалов измерений перемещений, по точкам которых строят доверительные границы измеряемых перемещений, а прочность конструкции определяют с учетом средних значений перемещений при линейной зависимости между нагрузкой и перемещением.

На фиг. 1 показан график зависимости нагрузки от перемещения, 00' с доверительными границами 1-2-3-4 и 1'-2'-3'-4', на фиг. 2 - график зависимости нагрузки от перемещения для балки перекрытия, на фиг. 3 - расчетная схема балки перекрытия. Значение ординаты O' соответствует абсциссе, равной предельному нормативному значению перемещения.

Способ осуществляется следующим образом. Определяют места наибольших возможностных перемещений, например, в середине пролета балки, в этих местах устанавливают измерители перемещений. Если в этих местах нет возможности установить приборы, то их можно установить в другом месте, с последующим переводом измерений (теоретически) в значение перемещений мест наибольших перемещений. Прикладывают первую ступень нагрузки (разгрузки) и определяют перемещения, повторяя операции 5-10 раз.

Число нагружений выбрано n = 5-10 раз, так как при n < 5 значения перемещения заметно статистически меняется, а при n > 10 статистических изменений значения перемещения практически нет (Окулов П.Д. Определение расчетного сопротивления стали эксплуатируемых конструкций. Известия высших учебных заведений. Строительство и архитектура. 1990, N 3, с. 112, 113).

Затем вычисляют среднее значение и доверительные интервалы по формуле, где S_i, - среднее квадратическое отклонение, t - коэффициент Стьюдента, n - число измерений, i = 1, 2, 3.

Полученные точки откладывают в осях координат (F-Δ). Такую операцию проводят еще не менее двух раз при других значениях нагрузки.

Если в месте наибольших перемещений нагрузку невозможно приложить, то ее можно приложить в другом месте с последующим пересчетом ее значения (теоретически) для случая приложения в месте наибольших перемещений. По полученным точкам средних значений перемещений строится график F-Δ, a по точкам доверительных интервалов (1, 2, 3 и 1', 2', 3') строят доверительные границы.

Находят точку 0' на пересечении прямой средних значений перемещений и значений ступеней нагружения с ординатой, проведенной через значение предельного максимального нормативного перемещения. Например, для балки
На пересечении доверительных границ с прямой, параллельной оси абсцисс Δ и проходящей через точку 0', находят доверительный интервал 4-4'. Из точки 4 опускают вертикаль (см. фиг. 1) до пересечения с нижней доверительной границей 1'-2'-3' и из точки пересечения проводят горизонталь до пересечения с осью нагрузки F. По точке пересечения находят предельную нагрузку F_пр, при необходимости любую другую ей эквивалентную по воздействию (теоретически).

Пример. Определить грузоподъемность балки из двутавра N 20, пролетом l = 6 м, под нагрузкой q - равномерно распределенной по всей длине. Теоретическая предельная нагрузка составляет 32 кН.

Прикладываем нагрузку F_i в середине балки и измеряем перемещение - прогиб f_i в середине пролета индикаторами часового типа. По результатам испытаний получены следующие значения средних прогибов f_i, и их доверительных интервалов Δf_i.
F₁ = 3,2 кН; f₁ = 4,0 мм; Δf₁ = 0,10 мм;
F₂ = 6,4 кН; f₂ = 8,6 мм; Δf₂ = 0,22 мм;
F₃ = 9,6 кН; f₃ = 11,4 мм; f₃ = 0,40 мм.

Графическая часть приведена на фиг. 2. Из нее находим F_пр = 15,3 кН. Из равенства изгибающих моментов:
F_прl/4 = q_прl²/8, находим q_пр = 2F_пр/l = 2·15,3/6 = 5,1 кН/м.

Таким образом, нагружение осуществляют несколько раз. Первую нагрузку по значению принимают (10-20)% от предельной нагрузки, определенной теоретически, вторую (20-30)% от предельной, третью (30-40)% от предельной нагрузки. Такие нагружения проводятся не менее чем для трех различных ступеней нагрузок. Если конструкцию по безопасности или из-за наличия эксплуатационной нагрузки нельзя загружать, то ее можно разгружать, путем приложения нагрузки противоположного направления, по сравнению с эксплуатационной, при этом наибольшее значение ступени разгружения не должно превышать значения эксплуатационной нагрузки.

По результатам каждой ступени нагружения находят среднее значение перемещений и доверительные интервалы измерений. Не менее чем по трем точкам средних значений и значений доверительных интервалов проводят прямые графика зависимости нагрузки от перемещения и доверительные границы.

Изобретение предназначено для строительных конструкций - балок, ферм, рам и других - из материалов и систем с линейной зависимостью. В конструкции определяют места максимальных линейных или углевых перемещений. Нагружают конструкцию механической нагрузкой, не превышающей предельного значения. Нагружения осуществляют в одном и том же месте не менее чем при трех различных ступенях нагрузки по 5 - 10 раз. Прочность конструкции определяют с учетом средних значений перемещений при линейной зависимости между нагрузкой и перемещением. Технический результат - повышение точности определения несущей способности строительных конструкций. 3 ил.

Способ неразрушающего контроля прочности строительных конструкций, по которому определяют места возможных максимальных линейных или угловых перемещений, в этих местах конструкцию нагружают испытательной механической нагрузкой, не превышающей предельного ее значения по прочности и жесткости конструкции и определяют значения максимальных перемещений, при этом нагружение конструкции выполняют в одном и том же месте 5 - 10 раз постоянной по значению механической нагрузкой, отличающийся тем, что нагружение осуществляют не менее чем при трех различных ступенях нагрузки, по результатам трех средних значений перемещений и соответствующим нагрузкам строят прямую зависимости нагрузки от перемещения, определяют не менее трех доверительных интервалов измерений перемещений, по точкам которых строят доверительные границы измеряемых перемещений, а прочность конструкции определяют с учетом средних значений перемещений при линейной зависимости между нагрузкой и перемещением.