Изобретение относится к проектированию железобетонных плит по методу предельного равновесия.
Известно, что реализовать метод предельного равновесия можно двумя способами: кинематическим и статическим [Гвоздев, А.А. Расчет несущей способности конструкции по методу предельного равновесия / А.А. Гвоздев. - М.: Стройиздат, 1949. - 280 с.]. Изобретение относится к кинематическому способу метода предельного равновесия, где существенную роль при построении расчетной схемы занимает экспериментальное определение схемы излома (схемы образования трещин). Расчетные схемы плит устанавливаются на основании наблюдений за изменением их физико-механического состояния и соответствуют состоянию предельного сопротивления конструкций внешним воздействиям (нагрузке).
Известен кинематический способ определения значений предельных внутренних сил из условия равенства нулю суммы работ всех сил (внешних и внутренних) на бесконечно малом возможном перемещении частей (звеньев) проектируемой конструкции в состоянии предельного равновесия. Фиксируемые в состоянии предельного равновесия плиты звенья связаны линиями излома (линейными пластическими шарнирами), соответствующими третьей стадии напряженно-деформированного состояния железобетонной плиты (стадии разрушения). Характерным признаком этой стадии является наличие трещин в бетоне растянутой зоны конструкции. Известно, что трещины в бетоне образуются в результате деформаций отрыва, когда нормальные растягивающие напряжения превосходят соответствующее сопротивление материала [Берг, О.Я. Высокопрочный бетон / О.Я. Берг, Е.Н. Щербаков, Г.Н. Писанко, - М.: Стройиздат, 1971. - 208 с.]. Следовательно, траектория образующихся трещин (потенциальных линий излома) будет соответствовать ориентации элементарных площадок, по которым действуют главные растягивающие напряжения и деформации от нагрузки на плиту.
Установить достоверную схему излома плиты (траекторию линейных пластических шарниров) можно путем физического эксперимента на натурных конструкциях, их уменьшенных копиях или образцах из модельных материалов (например, гипса) [Прис, Б.В. Моделирование железобетонных конструкций / Б.В. Прис, Д.Д. Дэвис. - Минск: Вышэйшая школа, 1974. - 300 с].
Недостатком данного способа получения предполагаемой схемы излома является то, что полученные результаты отличаются нечеткой картиной схемы образования трещин, что объясняется сложностью напряженно-деформированного состояния пластин, так и неоднородностью материала в испытуемой модели или конструкции.
Наиболее близким к заявляемому является способ исследования образования трещин в композитных изделиях (патент РФ №1670505, опубл. 15.08.91). При изготовлении композитных изделий волоконно-оптические световоды наматывают или укладывают при формировании рабочего участка изделия, нагружают изделие. О моменте, месте и динамике развития трещины судят по изменению прохождения света в уложенных световодах.
Недостатком способа является сложность определения изменений в прохождении света в световодах при малом раскрытии трещины, когда разрушения световодов еще не произошло, так как вносимое затухание критически мало или его нет вовсе.
Технической проблемой заявляемого технического решения является разработка способа определения схемы излома железобетонной плиты с достижением следующего технического результата: повышение чувствительности, повышение точности измерений, обеспечение нечувствительности к внешним электромагнитным возмущениям и обеспечение возможности наблюдения за изменениями размера трещины в динамике.
Указанный технический результат достигается тем, что на поверхности железобетонной плиты устанавливают волоконно-оптические датчики на базе брэгговских решеток в зонах ожидаемых наибольших механических напряжений, определяемых в результате численного эксперимента, плиту нагружают, по результатам изменения длины волны отражения брэгговских решеток строят ожидаемую схему излома железобетонной плиты.
Для моделирования железобетонной плиты изготовлен экспериментальный стенд с возможностью задания различных условий защемления образца (свободное опирание по контуру; защемление по контуру; защемление по произвольным сторонам).
На фиг. 1 представлен экспериментальный стенд, на фиг. 2 - схема размещения волоконно-оптических датчиков на внутреннем (нижнем) слое испытательного образца, на фиг. 3 - схема размещения волоконно-оптических датчиков на внешнем (верхнем) слое испытательного образца, на фиг. 4 - схема подключения волоконно-оптических датчиков к измерительному комплексу. Координационные оси обозначены литерами и цифрами в кружках.
Схема размещения ВОД получена предварительным расчетом плиты в программном комплексе SCAD Office, т.е. в результате численного эксперимента, что повышает эффективность экспериментальных исследований.
Для реализаций предлагаемого способа разработан экспериментальный стенд (фиг. 1), позволяющий определять деформированное состояние изгибаемой плиты из модельного материала (для примера использован полиметилметакрилат), позволяющий установить ожидаемую схему излома без разрушения плиты. Возможно создание различных вариантов приложения внешних сил (нагрузки) с существенно меньшей трудоемкостью при большей точности по сравнению с механическими испытаниями натурных железобетонных плит или моделей из родственных материалов (например, гипса).
Экспериментальный стенд состоит из контура (1) защемления, исследуемой плиты (2) из полиметилметакрилата, опорной рамы (3), крепежа (4) контура защемления, регулировочных пластин (5), предназначенных для моделирования различных схем защемления. Для моделирования свободного опирания по контуру исследуемая плита (2) свободно размещается на опорной раме (3) строго по границе опорной рамы (3). Контур (1) защемления, крепежи (4) контура защемления, а также регулировочные пластины (5) в данном случае не используются.
Для моделирования защемления по контуру на опорной раме (3) размещают исследуемую плиту (2) строго по границе опорной рамы (3), далее на исследуемую плиту (2) устанавливают контур (1) защемления и крепежами (4) контура защемления равномерно стягивают конструкцию. Использование регулировочных пластин (5) в случае защемления по контуру не требуется.
Для моделирования защемления по произвольным сторонам на опорной раме (3) размещают регулировочные пластины (5) по линиям защемления, на установленные регулировочные пластины (5) укладывают исследуемую плиту (2) строго по границе опорной рамы (3), далее на исследуемую плиту (2) устанавливают контур (1) защемления и крепежами (4) контура защемления равномерно стягивают конструкцию.
Для получения предполагаемой схемы излома для требуемого условия защемления: 1) снимают значение длины волны отражения λFBG.pre [нм] в ненагруженном состоянии плиты; 2) к плите прилагают нагрузку необходимой величины в соответствии с планом нагружения (равномерно, неравномерно, точечно); 3) снимают значение длины волны отражения λFBG.load [нм] в нагруженном состоянии плиты; 4) плиту освобождают от приложенной нагрузки, переводя ее в ненагруженное состояние; 5) снимают значение длины волны отражения λFBG.post [нм] в ненагруженном состоянии плиты после разгрузки плиты.
Абсолютное отклонение длины волны отражения в ненагруженном состоянии плиты до нагружения λFBG.pre [нм] и в ненагруженном состоянии плиты после разгрузки λFBG.post [нм] не должно превышать разрешающую способность опросного устройства (например, спектроанализатора) ΔλOSA [нм]. Если абсолютное отклонение длины волны λFBC.pre-λFBG.post>ΔλOSA, эксперимент необходимо повторить, предварительно проверив работу всех узлов схемы защемления и надежность закрепления датчиков, у которых наблюдается превышение абсолютного отклонения длины волны λFBG.pre-λFBG.post>ΔλOSA.
Данными для построения предполагаемой схемы излома являются абсолютные смещения длины волны отражения датчиков в ненагруженном состоянии плиты до нагружения λFBG.pre [нм] и в нагруженном состоянии плиты λFBG.load [нм]. Результаты измерений заносят в табл. 1.
Наблюдение напряженно-деформированного состояния строительной конструкции с помощью волоконно-оптических датчиков позволяет, в силу высокой чувствительности датчиков, определить предполагаемые опасные участки конструкции даже при малой нагрузке. Предлагаемый способ определения ожидаемой схемы излома для построения расчетной схемы железобетонной плиты позволяет со значительно меньшими затратами и большей точностью выполнить исследование напряженно-деформированного состояния моделей плит при различных вариантах монтажа и различных вариантах нагружения. Для подтверждения работоспособности применения предлагаемого способа оценки напряженно-деформированного состояния строительных конструкций проведено исследование плиты с применением волоконно-оптических датчиков (ВОД).
Результаты измерений представлены в табл. 1. Продемонстрирована неверная работа ВОД-16.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
Способ неразрушающего контроля конструкций из композиционного материала | 2019 |
|
RU2726038C1 |
Способ контроля конструкции баллона давления из полимерного композиционного материала с металлическим лейнером и устройство для его осуществления | 2022 |
|
RU2786976C1 |
Способ оптико-теплового контроля внутренних деформаций конструкции из полимерного композиционного материала и устройство для его осуществления | 2022 |
|
RU2793297C1 |
Способ диагностики надежности и предельного ресурса эксплуатации многослойных конструкций из композитных материалов. | 2016 |
|
RU2633288C1 |
Способ неразрушающего контроля качества конструкции и ресурса автомобильного газового баллона из полимерных композиционных материалов и устройство для его осуществления | 2021 |
|
RU2793298C1 |
Устройство для измерения скорости раскрытия трещины | 2023 |
|
RU2805128C1 |
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК СЛОЖНОГО НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ | 2023 |
|
RU2811416C1 |
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ | 2019 |
|
RU2723921C1 |
СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ СИГНАЛОВ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ БРЭГГОВСКИХ РЕШЕТОК, ЗАПИСАННЫХ В ЕДИНОМ ВОЛОКОННОМ СВЕТОВОДЕ | 2009 |
|
RU2413259C1 |
Система контроля и диагностики искусственных сооружений | 2019 |
|
RU2717693C1 |
Изобретение относится к проектированию железобетонных плит по методу предельного равновесия. Сущность: на поверхности железобетонной плиты устанавливают волоконно-оптические датчики на базе брэгговских решеток в зонах ожидаемых наибольших механических напряжений, определяемых в результате численного эксперимента, плиту нагружают, по результатам изменения длины волны отражения брэгговских решеток строят ожидаемую схему излома железобетонной плиты. Технический результат: повышение чувствительности, повышение точности измерений, обеспечение нечувствительности к внешним электромагнитным возмущениям и обеспечение возможности наблюдения за изменениями размера трещины в динамике. 4 ил., 1 табл.
Способ определения ожидаемой схемы излома железобетонной плиты, заключающийся в том, что на поверхности железобетонной плиты устанавливают волоконно-оптические датчики на базе брэгговских решеток в зонах ожидаемых наибольших механических напряжений, определяемых в результате численного эксперимента, плиту нагружают, по результатам изменения длины волны отражения брэгговских решеток строят ожидаемую схему излома железобетонной плиты.
Способ исследования образования трещин в композитных изделиях | 1989 |
|
SU1670505A1 |
Устройство для измерения скорости раскрытия трещины | 2023 |
|
RU2805128C1 |
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК СЛОЖНОГО НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ | 2023 |
|
RU2811416C1 |
CN 108507879 B, 12.03.2019. |
Авторы
Даты
2024-09-25—Публикация
2024-05-02—Подача