СПОСОБ КОНТРОЛЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО ПОКРЫТИЯ ИЛИ ПЕРЕКРЫТИЯ Российский патент 2008 года по МПК G01N27/04 

Изобретение относится к области контроля качества железобетонных конструкций неразрушающими методами, а именно к измерению напряженно-деформируемого состояния арматуры покрытий и перекрытий вантовой системы и может найти применение для мониторинга зданий и сооружений.

Известен способ контроля состояния изоляционного покрытия металлического подземного сооружения путем пропуска переменного тока высокой частоты в цепи металлическое сооружение - анодное заземление, в период эксплуатации определяют тангенс угла потерь и вычисляют коэффициент старения изоляционного покрытия /1/.

Известен способ измерения напряженного состояния металла элементов конструкций ядерных энергетических установок путем измерения изменения его электрического сопротивления /2/.

Наиболее близким является магнитострикционный способ измерения напряжения в арматуре железобетонных конструкций, заключающийся в измерении изменений упругой анизотропии в стальной арматуре в процессе передвижения железобетонной конструкции внутри кольцевого индуктивного датчика напряжений за счет возбуждения в арматуре конструкции вихревых токов, индуктирующих электродвижущую силу /3/.

Недостатками известных способов является невозможность осуществления постоянного контроля напряженного состояния арматуры в процессе нагружения железобетонной конструкции из-за необходимости обеспечения высокого напряжения в контролируемом объекте и большого расхода электроэнергии, а также недостаточная безопасность работ и сложность осуществления.

Техническая задача заключается в обеспечении постоянного контроля и оперативности получения информации о несущей способности железобетонного перекрытия и покрытия по напряженно-деформируемому состоянию вантовой арматуры в период эксплуатации здания при сокращении расхода электроэнергии и повышении безопасности.

Поставленная задача решается таким образом, что в способе контроля несущей способности предварительно-напряженного железобетонного покрытия или перекрытия по напряженно-деформируемому состоянию вантовой арматуры путем пропуска по арматуре электрического тока и измерения электросопротивления, по изменению которого судят о напряженном состоянии арматуры, согласно изобретению каждый стержень вантовой арматуры предварительно тарируют по растягивающему напряжению и электросопротивлению, а в процессе возведения и эксплуатации здания в период нагружения покрытия или перекрытия по каждому напряженному стержню вантовой арматуры пропускают электрический ток низкой частоты и контролируют изменения электросопротивления стержня, по которому определяют напряженное состояние стержня, и по предельно допустимому напряжению в стержне судят о несущей способности покрытия или перекрытия.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что каждый стержень вантовой арматуры предварительно тарируют по растягивающему напряжению и электросопротивлению, а в процессе возведения и эксплуатации здания в период нагружения покрытия или перекрытия по каждому напряженному стержню вантовой арматуры пропускают электрический ток низкой частоты и контролируют изменения электросопротивления стержня, по которому определяют напряженное состояние стержня, и по предельно допустимому напряжению в стержне судят о несущей способности покрытия или перекрытия.

Предлагаемая совокупность действий, а именно предварительная тарировка арматурных стержней или канатов позволит даже при прохождении переменного тока низкой частоты в диапазоне от 0 Гц до 20 Гц с помощью простой компьютерной программы контролера обеспечить возможность обнаружения предельно допустимых напряжений и возникновения аварийных ситуаций в процессе возведения и эксплуатации конструкции зданий и сооружений по обрушению покрытий и перекрытий.

Метод магнитострикции ферромагнетиков (арматурных стальных канатов и стержней) обусловлен сложной случайной зависимостью изменений упругой анизотропии в стальной арматуре железобетонных конструкций и сопротивления прохождению электрического тока R (Ом) к развивающимся в ферромагнетике механическим растягивающим напряжением σ_упр (кг/см²), индуцирующим ЭДС. Случайность зависимости R от σ обусловлена случайными магнитными характеристиками прокатно-тянутых партий строительной арматуры. При растягивании арматурного стержня в упругой стадии электрическое сопротивление стержня падает пропорционально механическому напряжению за счет появления дополнительно возникающей электродвижущей силы, которая возникает за счет принудительной ориентации полярно заряженных домен ферромагнетика вдоль оси приложения растягивающих усилий. Эффект особенно ярко выражен при прохождении электрического тока малой частоты через нагружаемый арматурный стержень либо арматурный канат.

Способ осуществляют следующим образом.

На фиг.1 представлена схема подключения предварительно напряженных стержней вантовой арматуры висячего покрытия; фиг.2 - схема подключения стержня при тарировании; фиг.3 - график зависимости электросопротивления R (Ом) от механического напряжения σ (кг/см²) при натяжении арматурного стержня.

Предварительно напряженные стержни или канаты 1 вантовой арматуры покрытия подсоединены к источнику переменного тока и через омметр 2 к регистрирующему устройству 3 и сигнальному устройству 4. При тарировании стержень 1 подключают к источнику питания переменного тока через регулятор силы тока 5, усилитель 6 и омметр 2.

При возведении и эксплуатации большепролетных зданий при нагружении плит покрытий и межэтажных перекрытий, пространственных криволинейных железобетонных оболочек с предварительно напряженной саморегулируемой системой - вантовой арматуры, достаточно пропустить по арматурным стержням или канатам слабый электрический ток, напряжением в сети до 12 В, чтобы можно было контролировать электрическое сопротивление в каждом стержне или канате с помощью регистрирующего устройства (компьютерной программы) (см. фиг.1). Для этого используемые для возведения покрытий и перекрытий стержни вантовой арматуры предварительно тарируют по растягивающему механическому напряжению и электросопротивлению. Каждому критическому значению растягивающих напряжений σ (кг/см²), развивающихся в стержнях и канатах в процессе эксплуатации, будет соответствовать определенная величина электросопротивления R (Ом), своя для каждого стержня (каната) и определяемая регистрирующим устройством (компьютерной программой) как сигнальная (аварийная величина).

Предлагаемая технология дает возможность контролировать физику строительно-монтажных процессов и процессов эксплуатации возводимых монолитно-железобетонных большепролетных конструкций при

- экстремальных условиях эксплуатации атомных и тепловых электростанций, бассейнов, бань, где имеют место ярко выраженные резкие колебания температуры и влажности, следовательно, дополнительные тепловые деформации и напряжения и повышенные требования к коррозионной стойкости предварительно-напряженной арматуры (стержней и канатов),

- ответственных (стратегических) условиях эксплуатации: жилые, общественно-административные, спортивные сооружения, где необходима немедленная эвакуация людей в случае аварийного состояния конструкции.

Пример.

Перед возведением висячего покрытия (см. фиг.1) с предварительно напряженной вантовой арматурой 1 по диагоналям каждый стальной канат вантовой арматуры тарируют по схеме, представленной на фиг.2. К канату 1 прикладывают растягивающее усилие F (кг/см²) и измеряют электросопротивление в цепи: канат 1 - регулятор силы тока 5, усилитель 6, омметр 2. Фиксируют контрольное электросопротивление Rконтрольное, соответствующее предельному рабочему механическому напряжению σ_0,2, по ГОСТ 10884-94 для каждой марки стали (см. фиг.3). Данные тарировки заносят в память регистрирующего устройства 3 как предельно допустимую величину. В процессе эксплуатации покрытия при его нагружении через каждый канат 1 пропускают электрический ток напряжением не более 12 В. При достижении контрольного значения электросопротивления Rконтрольное в канате включается сигнальное устройство 4.

Предлагаемый способ обеспечивает получение электронной трехмерной системы контроля механических напряжений всей железобетонной конструкции с вантовой арматурой и непрерывную диагностику аварийных состояний зданий и сооружений с большими пролетами с использованием эффекта магнитострикции ферромагнетиков с незначительным расходом электроэнергии. При этом оперативная информация сигнального устройства предоставит возможность предупредить обрушение либо эвакуировать людей в безопасную зону.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №725006, кл. G01N 27/02, БИ №12, 30.03.80.

2. 3аявка РФ №2004112734, кл. G01N 27/02, 2005.10.20

3. Авторское свидетельство №306409, кл. G01N 27/02, БИ №19, 11.06.1971 (прототип).

Использование: для мониторинга зданий и сооружений, а именно для контроля напряженно-деформируемого состояния покрытия и перекрытия с вантовой арматурой. Каждый стержень вантовой арматуры предварительно тарируют по растягивающему напряжению и электросопротивлению. В процессе возведения и эксплуатации здания в период нагружения покрытия или перекрытия по каждому напряженному стержню вантовой арматуры пропускают электрический ток низкой частоты и контролируют изменения электросопротивления стержня, по которому определяют напряженное состояние стержня. По достижении предельно допустимого напряжения в стержне судят о несущей способности покрытия или перекрытия и сигнализируют об опасности эксплуатации здания или сооружения. Изобретение обеспечивает постоянный контроль и оперативность получения информации о несущей способности железобетонного перекрытия и покрытия по напряженно-деформируемому состоянию вантовой арматуры в период эксплуатации здания при сокращении расхода электроэнергии и повышении безопасности. 3 ил.

Способ контроля несущей способности предварительно-напряженного железобетонного покрытия или перекрытия по напряженно-деформируемому состоянию вантовой арматуры путем пропуска по арматуре электрического тока и измерения электросопротивления, по изменению которого судят о напряженном состоянии арматуры, отличающийся тем, что каждый стержень вантовой арматуры предварительно тарируют по растягивающему напряжению и электросопротивлению, а в процессе возведения и эксплуатации здания в период нагружения покрытия или перекрытия по каждому напряженному стержню вантовой арматуры пропускают электрический ток низкой частоты и контролируют изменения электросопротивления стержня, по которому определяют напряженное состояние стержня, и по предельно допустимому напряжению в стержне судят о несущей способности покрытия или перекрытия.