СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗГИБНОЙ И КРУТЯЩЕЙ СОСТАВЛЯЮЩИХ НАПРЯЖЕНИЙ В АРМАТУРНЫХ СТЕРЖНЯХ Российский патент 2019 года по МПК G01L1/00 

Область техники

Изобретение относится к области измерения напряжений в рабочей арматуре эксплуатируемого железобетонного сооружения, в котором преобразователи силы не были установлены в процессе возведения, или вышли из строя в процессе эксплуатации, и может быть использовано для контроля его безопасности.

Уровень техники

Известен традиционный метод измерения усилий в рабочей арматуре сооружения, заключающийся в установке в ней до бетонирования промышленно выпускаемых струнных арматурных преобразователей силы с последующим измерением возникающих в арматурных стержнях усилий в процессе возведения и эксплуатации сооружения (А.А. Угинус, В.П. Бомбчинский. Контрольно-измерительная аппаратура гидротехнических сооружений. Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре. М., 1954, с. 172-177).

Основным недостатком традиционного метода является отсутствие возможности экспериментального определения усилий в местах, где преобразователи силы в процессе строительства не были установлены или были установлены, но в процессе эксплуатации вышли из строя и подлежат замене. Традиционный метод не рассматривает установку (замену) арматурного преобразователя силы на эксплуатируемом сооружении при наличии в рабочей арматуре существенных эксплуатационных усилий растяжения и сжатия.

Наиболее близким к заявленному способу является измерение напряженного состояния арматурных стержней эксплуатируемого сооружения методом разгрузки, который заключается в том, что в зоне возникновения трещин вдоль арматурного стержня образуют две штрабы, в одной из которых на обнаженную арматуру устанавливают тензорезисторы, с помощью которых производят начальное (когда в арматуре действуют эксплуатационные усилия) измерение продольной относительной деформации арматуры. Затем в другой штрабе перерезают арматуру и последовательно вскрывают защитный бетонный слой с обнажением арматуры между штрабами до полного соединения двух штраб в единую штрабу. После этого вторично производят измерение продольной относительной деформации арматуры. По разности относительных деформаций арматуры, измеренных до ее перерезки и после того, как завершено образование единой штрабы, по закону Гука с учетом площади сечения арматурного стержня определяют действовавшие в арматуре до перерезки усилия. Если во вскрытую арматуру вваривается преобразователь силы, то его начальные показания практически равны нулю. Для получения результата измерения текущего усилия наблюдаемое значение усилия, измеренное установленным преобразователем, суммируют с найденным значением усилия (Р.К. Зиновьев. Методика выполнения измерений усилий в рабочей стержневой арматуре железобетонного сооружения. Вестник РУДН, серия Инженерные исследования, 2010, №2).

Данный способ, выбранный в качестве прототипа, не позволяет выделить составляющие растягивающих и сжимающих напряжений в рабочей арматуре.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является определение составляющих (растягивающих и сжимающих) напряжений в рабочей стержневой арматуре, расположенной в сжатых и растянутых зонах железобетонных конструкций эксплуатируемого сооружения, вызванных действием изгибающего и крутящего моментов.

Сущность изобретения заключается в том, что на выделенных участках конструкций в зонах наиболее характерных трещин наибольшего раскрытия вырубают штрабу в бетоне; внутри штрабы оголяют участок исследуемого арматурного стержня 1 (см. фиг. 1); на очищенном от бетона участке арматурного стержня на уровне его оси устанавливают два датчика линейной деформации: один сверху (в вертикальной плоскости) 2, другой - сбоку (в горизонтальной плоскости) 3; замеряют начальное (нулевое) значение деформации по обоим датчикам; разрезают арматурный стержень за пределами установки датчиков; замеряют значение деформации разгруженного арматурного стержня по обоим датчикам; по закону Гука с учетом площади сечения арматурного стержня определяют действовавшие в арматуре до перерезки напряжения, при этом по показаниям датчика, установленного сверху, вычисляют напряжения σ_bend, вызванные действием изгибающего момента M_bend, по показаниям датчика, установленного сбоку, вычисляют напряжения (σ_bend+tor, вызванные совместным действием изгибающего момента M_bend и крутящего момента M_tor, по разности показаний датчиков, установленных сбоку и сверху, вычисляют напряжения (Jtor, вызванные действием крутящего момента M_tor (σ_tor=σ_bend+tor-σ_bend); после проведения замеров разрезанный участок арматурного стержня восстанавливают, оголенный участок арматурного стержня бетонируют.

Осуществление изобретения

В фундаментной плите водоприемника проточного тракта водовода Загорской ГАЭС провели штрабление бетона и вскрыли арматурный стержень диаметром 28 мм класса А-П, на который в целях определения изгибной составляющей напряжений (от действия изгибающего момента в вертикальной плоскости конструкции) и составляющей от кручения (от действия крутящего момента) были установлены по два прибора ПЛДС-150: первый наверху стержня (в вертикальной плоскости), второй на уровне оси стержня (в горизонтальной плоскости) (фиг. 2). Замерили значения начальной деформации по двум датчикам, разрезали арматурный стержень за пределами установки датчиков и снова замерили значение деформации по обоим датчикам.

Первый прибор показал деформацию, соответствующую изгибающему моменту σ_bend=137,0 МПа, второй прибор показал деформацию, соответствующую совместному действию изгибающего и крутящего моментов σ_bend+tor=211,4 МПа. Таким образом напряжения от действия крутящего момента M_tor составили σ_tor=σ_bend+tor-σ_bend=211,4-137,0=74,4 МПа.

Также были зафиксированы характерные взаимные смещения концов арматурного стержня в месте его разрезки. При этом смещения зафиксированы в двух взаимно перпендикулярных плоскостях: из плоскости горизонтальной поверхности фундаментной плиты водоприемника на 25 мм и в плоскости горизонтальной поверхности плиты - на 5 мм (см. фиг. 3 и 4).

Характер и величина смещения свидетельствуют о взаимном действии изгибающего и крутящего моментов.

Представленная картина смещений концов арматурных стержней носит системный характер, подтверждающий одновременное действие изгибающего и крутящего моментов.

В ходе аналогичных исследований в арматурных стержнях диаметром 32 40 мм нижних подпорных стенок водоприемника Загорской ГАЭС были также зафиксированы смещения концов стержней как в направлении из плоскости лицевой грани стенки на 12 мм, и в плоскости лицевой грани стенки на 4 мм (фиг. 5 и 6).

Изобретение относится к области измерения напряжений в рабочей арматуре эксплуатируемого железобетонного сооружения и может быть использовано для контроля его безопасности. Подтверждением актуальности предложения по определению двух составляющих напряженного состояния разрезаемого арматурного стержня является взаимное смещение концов стержня в месте его разрезки в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, совпадающих с направлением действия изгибающего и крутящего моментов. Сущность изобретения: вырубают штрабу в бетоне; внутри штрабы оголяют участок исследуемого арматурного стержня; на очищенном от бетона участке арматурного стержня на уровне его оси устанавливают два датчика линейной деформации: один сверху (в вертикальной плоскости), другой - сбоку (в горизонтальной плоскости); замеряют начальное (нулевое) значение деформации по обоим датчикам; разрезают арматурный стержень за пределами установки датчиков; замеряют значение деформации разгруженного арматурного стержня по обоим датчикам; по закону Гука определяют действовавшие в арматуре до перерезки напряжения, при этом по показаниям датчика, установленного сверху, вычисляют напряжения σ_bend, вызванные действием изгибающего момента M_bend, по показаниям датчика, установленного сбоку, вычисляют напряжения σ_bend+tor, вызванные совместным действием изгибающего момента M_bend и крутящего момента M_tor, по разности показаний датчиков, установленных сбоку и сверху, вычисляют напряжения σ_tor, вызванные действием крутящего момента M_tor; после проведения замеров разрезанный участок арматурного стержня восстанавливают, оголенный участок арматурного стержня бетонируют. Технический результат - определение составляющих напряжений в рабочей стержневой арматуре, расположенной в сжатых и растянутых зонах железобетонных конструкций эксплуатируемого сооружения, вызванных действием изгибающего и крутящего моментов. 6 ил.

Способ определения изгибной и крутящей составляющих напряжений в арматурных стержнях в сжатых и растянутых зонах железобетонных конструкций, включающий вырубку штрабы в бетоне, оголение участка арматурного стержня внутри штрабы, установку датчика линейной деформации на очищенном от бетона участке арматурного стержня, измерение начального (нулевого) значения деформации, разрезание арматурного стержня, измерение значения деформации разгруженного арматурного стержня, определение действовавшего в арматуре до перерезки усилия по закону Гука, восстановление разрезанного участка арматурного стержня, бетонирование оголенного участка арматурного стержня, отличающийся тем, что на очищенном от бетона участке арматурного стержня устанавливают два датчика линейной деформации на уровне его оси: первый - сверху (в вертикальной плоскости), второй - сбоку (в горизонтальной плоскости), изгибную составляющую напряжений арматурного стержня определяют по показаниям первого датчика, крутящую составляющую напряжений вычисляют по разности деформаций, измеренных соответственно вторым и первым датчиками.