Способ диагностики технического состояния сталежелезобетонного пролетного строения Российский патент 2025 года по МПК G01M5/00 

Предлагаемое изобретение относится к области неразрушающего контроля технического состояния неразрезных сталежелезобетонных пролетных строений с наличием преднапряжения в надопорной части и может быть использовано для контроля и диагностики данного типа пролетных строений мостовых сооружений.

Сталежелезобетонные пролетные строения обладают многочисленными достоинствами, что достигается использованием материалов пролетного строения в благоприятных для них условиях работы (железобетонная плита работает на сжатие, металлическая часть - на растяжение), при этом уменьшив нагрузку от собственного веса, тем самым уменьшив расход материалов, по сравнению с железобетонными (при одинаковой длине пролетного строения) и, соответственно стоимость пролетного строения. Данные достоинства применимы для разрезной статической схемы, если же в ходе проектирования принимается решение об использовании сталежелезобетонного пролетного строения в виде неразрезной схемы, в надопорной части возникают отрицательные изгибающие моменты, в результате чего в железобетонной части сечения работает только продольная арматура, а бетон выключен из работы сечения. Разработаны способы увеличения предельного изгибающего момента в надопорном сечении путем увеличения армирования железобетонной плиты, ее продольное преднапряжение.

Известен способ диагностирования технического состояния (ТС) пролетных строений, включающий воздействия на пролетное строение динамической нагрузки с широким спектром частот, измерение при этом параметров механической вибрации с помощью акселерометров в контрольных точках пролетных строений, получение параметра диагностического признака и определение положения зоны аномального напряжения по изменению этого параметра на основе критерия. Контрольные точки выбирают на пролетном строении (ПС) попарно симметричными относительно продольной и поперечной осей симметрии ПС, в каждой контрольной точке закрепляют по три угловых акселерометра, причем измерительную ось одного из них ориентируют параллельно продольной оси ПС, другого - параллельно поперечной оси ПС, а третьего -перпендикулярно измерительным осям первого и второго, ПС подвергают воздействию симметричной относительно осей ПС динамической нагрузки, измеряют при этом среднее квадратичное значение (с.к.з.) выходного электрического сигнала каждого акселерометра, а в качестве параметра диагностического признака вычисляют значение отношения с.к.з. для каждой пары акселерометров в каждой паре контрольных точек. По величине отклонения отношения с.к.з. от единицы судят о наличии и местоположении неисправности (см. патент РФ №2194978; МПК G01N 29/04, G01M 5/00).

Недостатком известного способа является необходимость предоставления перерывов в движении по мосту и большая трудоемкость работ, связанная с необходимостью большого количества перестановок акселерометров и повторных измерений. Кроме того, симметричные неисправности (например, разрушенный по всей ширине поперечный шов омоноличивания железобетонных плит) в пролетных строениях не диагностируются.

Известен способ диагностики технического состояния сталежелезобетонных пролетных строений (ПС), включающий воздействие на ПС динамической нагрузки с широким спектром частот, измерение при этом параметров механической вибрации с помощью акселерометров, получение параметра диагностического признака и определение наличия повреждения по изменению этого параметра, первоначально фиксируют с помощью установленных в одном сечении на верхнем поясе металлической балки в середине пролета диагностируемого ПС тензодатчиков параметр, характеризующий напряженно-деформированное состояние при нагружении ПС, например, проходящим поездом, а непосредственно после снятия нагрузки с диагностируемого ПС с помощью акселерометров, установленных на нижнем поясе металлической балки в середине диагностируемого ПС, фиксируют динамический параметр, а о техническом состоянии ПС судят по отклонению обоих упомянутых параметров от эталонных расчетных значений для исправного состояния (см. патент РФ №2411478, МПК G01M 5/00, опубл. 10.02.2011, Бюл. №4).

Однако данный способ применим только для диагностики разрезных пролетных строений, что не позволяет применять его на исследуемом типе конструкции: неразрезных пролетных строений. При разработке заявленного способа была поставлена задача уменьшить трудоемкость диагностирования технического состояния (по сравнению с разрушающим методом контроля технического состояния), и обеспечить возможность диагностирования поврежденности в сталежелезобетонных неразрезных пролетных строениях.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение достоверности и точности определения технического состояния искусственного сооружения неразрезной статической схемы со сталежелезобетонным пролетным строением, усиленным пучками преднапряженной проволоки в приопорных зонах.

При потере преднапряжения в приопорной зоне происходит выключение железобетонной плиты из работы сечения, что приводит к уменьшению геометрических характеристик поперечного сечения пролетного строения, и к увеличению напряжений в крайних (верхней и нижней) точках стальной части и кроме того, железобетонная плита, являясь частью сечения, при ее выключении, задает дополнительные нагрузку от собственного веса, что влияет на точность определения технического состояния.

Для решения задачи способ диагностики технического состояния сталежелезобетонных пролетных строений (ПС), включающий воздействие на ПС динамической нагрузки с широким спектром частот, измерение параметров, характеризующих напряженно-деформированное состояние при нагружении ПС, которые фиксируют с помощью, установленных в сечении металлической балки диагностируемого ПС тензодатчиков, о техническом состоянии ПС судят по отклонению параметра от эталонных расчетных значений для исправного состояния, причем тензодатчики устанавливают в надопорной зоне пролетного строения на нижнем поясе и в середине высоты металлической части пролетного строения, определяют величины местных деформаций в данных сечениях, составляют эпюры нормальных напряжений, по которым судят о наличии преднапряжения в опорной зоне пролетного строения.

Предлагаемый способ иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема установки тензодатчиков: 1, 2 - тензодатчики; на фиг. 2 - эпюры нормальных напряжений стальной части ПС при исправном (фиг. 2, а) и неисправном (фиг. 2, б) состояниях сталежелезобетонного пролетного строения, на фиг. 3 - общий вид оборудования, установленного в контрольном сечении для проведения измерений, на фиг. 4 - напряженное состояние в надопорном узле, полученное по результатам расчета конечно-элементной модели пролетного строения при исправном состоянии, на фиг. 5 - напряженное состояние в надопорном узле, полученное по результатам расчета конечно-элементной модели пролетного строения при неисправном состоянии.

Способ реализуется следующим образом.

Первоначально разрабатывается конечно-элементная модель ПС (на основе проектной документации), отражающая исправное техническое состояние. Подготавливают тензодатчики к работе (очистка, калибровка). Тензодатчики (минимальное количество - 2 шт.) устанавливают в надопорной зоне неразрезного сталежелезобетонного пролетного строения на нижнем поясе и в середине высоты металлической части пролетного строения. Производится нагрузка пролетного строения и по показаниям тензодатчиков определяют максимальные деформации в поясах металлических балок под нагрузкой, находящейся на пролетном строении. Для регистрации и записи напряжений может быть использована автоматизированная измерительная система, в состав которой входят тензодатчики. На основе полученных значений строится эпюра нормальных напряжений, производится сравнение полученной эпюры напряжений с эпюрами исправного технического состояния (по проекту), делается вывод о техническом состоянии преднапряжения в опорной зоне пролетного строения.

Сдвиг нормальных напряжений в сторону увеличения по сравнению с расчетными значениями будет свидетельствовать о наличии повреждений. Подтверждением неисправности сталежелезобетонного пролетного строения будет наличие напряжений отличных от заложенных проектом (существенно превышающих расчетные значения) напряжений в верхнем поясе металлической балки сталежелезобетонного пролетного строения.

В качестве примера практической реализации предлагаемого способа могут быть приведены результаты выполнения научно-исследовательской работы по обследованию и испытаниям Коммунального моста через р. Томь в г. Томске, выполненной ФГБОУ ВО СГУПС в 2023 году. Было испытано неразрезное сталежелезобетонное пролетное строение с устройством преднапряжения в железобетонной плите проезжей части надопорной зоны. Тензодатчики были установлены в надопорных зонах неразрезного сталежелезобетонного пролетного строения на нижнем поясе и в середине высоты металлической части пролетного строения. Нагружение ПС осуществили статической нагрузкой в виде 6-осных 30-тонных грузовиков. Напряжения фиксировали при помощи деформометров (электронные индикаторы на базе 500 мм, точность снятия отчетов 10^-6 м) и тензодатчиков, точностью 1 кгс/см² измерительного комплекса «Тензор МС» (свидетельство Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии об утверждении типа средств измерения RU.C.34.007.A №32603/1). Результаты статических испытаний приведены в таблице 1.

Расположение нагрузки в продольном и поперечном направлениях показано на фиг. 6, 7. В поперечном направлении статическая нагрузка располагалась над каждой из главных балок для оценки работы конструкции в поперечном направлении (подсхемы а, б, в). В продольном направлении нагрузка располагалась в середине пролета для оценки работы сразу двух надопорных сечений.

Анализ результатов испытаний свидетельствует о том, что напряжения в сечениях 1, 2, 5, 8 соответствует исправному техническому состоянию (т.к. измеренные значения близки к расчетным при исправном состоянии). В сечениях 3, 7 наблюдаются промежуточные значения и переход от исправного состояния к неисправному с частичной потерей преднапряжения. Результаты в сечении 6 показывают полную потерю преднапряжения, что характеризуется неисправным ТС.

Детальное обследование и испытание мостового сооружения статической нагрузкой по предложенному способу подтвердили, что в приопорном сечении 6 наблюдается выключение из работы железобетонной плиты.

Данный результат подтверждает и обследование, выполненное ТГАСУ в 2019 году, но уже с применением методов разрушающего контроля. В составе работ, выполненных в 2019 году, была произведена работа вскрытия двух участков в исследуемых местах. В результате данной работы на одном из участков наблюдалось коррозия металла на половину поперечного сечения проволоки, а также полностью разрушена структура металла.

Результаты неразрушающих и разрушающих методов контроля совпали, что может говорить о достоверности предлагаемого изобретения.

Экономическая эффективность при внедрении предлагаемого способа в практику складывается из сокращения трудоемкости обследований пролетных строений для оценки технического состояния на 75%. Получение достоверной и объективной информации по состоянию сооружений позволит предотвратить возникновение нештатных ситуаций и оптимизировать сроки выполнения ремонтов. Основными показателями технической эффективности использования технологического комплекса являются:

- определение необходимости и достаточности объемов ремонтных работ для обеспечения безопасности движения,

- применение при обследовании таких конструкций неразрушающего метода контроля.

Изобретение относится к измерительной технике, к области неразрушающего контроля технического состояния неразрезных сталежелезобетонных пролетных строений и может быть использовано для контроля и диагностики данного типа пролетных строений мостовых сооружений. Способ включает в себя воздействие на пролетное строение временной нагрузки, измерение при этом величин напряжений в двух точках: тензодатчики устанавливают в надопорной зоне неразрезного сталежелезобетонного пролетного строения на нижнем поясе и в середине высоты металлической части пролетного строения. На основании полученных результатов и их отклонения от эталонных значений судят о техническом состоянии пролетного строения. Технический результат заключается в уменьшении трудоемкости диагностирования технического состояния и повышении его достоверности. 7 ил., 1 табл.

Способ диагностики технического состояния сталежелезобетонных пролетных строений (ПС), включающий воздействие на ПС временной нагрузки с широким спектром частот, измерение параметров, характеризующих напряженно-деформированное состояние при нагружении ПС, которые фиксируют с помощью установленных в сечении металлической балки диагностируемого ПС тензодатчиков, а о техническом состоянии ПС судят по отклонению параметра от эталонных расчетных значений для исправного состояния, отличающийся тем, что тензодатчики устанавливают в надопорной зоне неразрезного сталежелезобетонного пролетного строения на нижнем поясе и в середине высоты металлической части пролетного строения, определяют величины местных деформаций в данных сечениях, составляют эпюры нормальных напряжений, по которым судят о техническом состоянии преднапряжения в опорной зоне пролетного строения.