Измерение напряжений методом тензометрии 2 страница

Метод определения прочности бетона по скорости про­хождения ультразвука основан на зависимости между проч-

4 Зак. 1188 97

ностыо бетона R и скоростью v распространения в бетоне ультразву­ка. Ультразвуковые волны распространяются под действием внутрен­них сил упругости бетона. Колебания могут быть продольными, совпа­дающими с направлением ультразвука, и поперечными, перпендикуляр­ными к этому направлению. Скорость распространения ультразвука -функция продольной, сдвиговой и поперечной упругости, плотности и геометрической формы.

Отсутствие прямой связи между прочностью (упругими характерис­тиками) материала и скоростью прохождения через него ультразвука существенно осложняет оценку прочности. При испытании бетона ультра­звуком нужно учитывать факторы, влияющие на зависимость между скоростью распространения ультразвука и прочностью (характеристики заполнителей, их содержание в бетоне, технология изготовления, темпе­ратура и пр.). Для учета влияния этих факторов строят тарировочные кривые зависимости скорости ультразвука от прочности бетона по ис­пытанию кубиков (рис. 3.7).

Если испытывают эксплуатируемые мосты, состав бетона которых неизвестен, то для установления связи между скоростью ультразвука и прочностью бетона можно дополнительно испытать керны, взятые из конструкции. В этом случае прочность бетона

гис. 5.1. Зависимость между
скоростью распространения

ультразвука в бетоне v и его прочностью Л:

1 — заполнитель в бетоне — круп­ный песчаник; 2 - заполни­тель—'доломит

Рис. 3.8. Блок-схема ультразвукового им­пульсного прибора:

1 - задающий генератор; 2 - блок масштаб­ных меток времени; 3 - блок ждущей раз­вертки; 4 - высокочастотный генератор импульса; 5 - осциллограмма; б - шкала времени; 7 - усилитель; 8 - испытуемый элемент; 9 - приемник: 10 - излучатель

Рис. 3.9. Ультразвуковой прибор для определения прочности бетона, "Бетон-5":

/ — излучатель; 2 — шкалы измерения; 3 — приемник; 4 — эталон

Влияние различных факторов на скорость прохождения ультразвука можно учитывать дифференцированно введением поправочных коэффи­циентов. Оценка же влияния отдельных факторов возможна лишь по ре­зультатам испытаний. Точность определения прочности бетона ультразву­ковым методом составляет приблизительно 10 %.

Существует много ультразвуковых приборов для определения прочности бетона, работающих по принципиальной схеме электронного осциллографа со ждущей разверткой. Рассмотрим схему ультразвуково­го импульсного прибора (рис. 3.8). Импульсы тока, возбуждаемые вы­сокочастотным генератором 4, периодически подаются на излучатель 10, ^в котором они преобразуются в ультразвуковые и посылаются в испы­туемый элемент. Одновременно поступает электрический сигнал в блок *ДУщей развертки 3, и происходит ее запуск. Пройдя через испытуе­мый элемент, ультразвуковые импульсы попадают в приемник 9, в котором снова преобразуются в электрические и поступают на усили­тель 7, а с него - на электронно-лучевую трубку, вызывая вертикальное отклонение электронного луча. Моменты посылки ультразвукового импульса в бетон и приема его на экране электронно-лучевой трубки отмечаются "всплесками" на осциллограмме 5. Расстояние между ними В определенном масштабе соответствует времени t прохождения им­пульса через испытуемый элемент. На экране электронно-лучевой труб­ки при помощи блока 2 наносится шкала времени б, по которой опре-

4*

* 99 \

деляется время t. По времени t и толщине исследуемого элемента / устанавливается скорость прохождения ультразвука v — l/t„ а по ней-прочность бетона по тарировочным кривым. Современные ультразвуко­вые приборы (рис. 3.9) позволяют испытывать бетонные конструкции толщиной 0,1-12 м.

3.5. Способы выявления скрытых дефектов

Внутри элементов мостовых конструкций и их соединений могут быть дефекты или повреждения (трещины, раковины, пустоты, поры, инород­ные включения и др.), снижающие эксплуатационную надежность. Такие дефекты выявить визуально нельзя. Для обнаружения скрытых дефек­тов и повреждений широко применяют дефектоскопы, основанные на ис­пользовании акустических и магнитных методов, радиоактивных излуче­ний и рентгеновских лучей.

Акустические методы основаны на использовании упругих волн широкого частотного диапазона. В-зависимости от частоты упругие коле­бания делятся на инфразвуковые (до 20 Гц), звуковые (от 20 Гц до 20 кГц) и ультразвуковые (от 20 кГц и более). Из этих частот при конт­роле акустическими методами используют звуковой и ультразвуковой диапазоны. Упругие волны в ультразвуковом диапазоне излучаются в непрерывном или импульсном режиме. Использование ультразвука позволяет осуществлять неразрушающий контроль разных узлов и эле­ментов конструкций, изготовленных из различных материалов. Работа дефектоскопа основана на частичном отражении и рассеянии ультразвуко­вых волн нарушениями сплошности (трещинами, расслоениями, пусто­тами и т. п.) или однородности строения материала исследуемой конст­рукции. Дефектоскоп посылает в контролируемое изделие ультразвуко­вые волны частотой от 0,5 до 25 МГц и регистрирует параметры волн, прошедших через конструкцию (сквозное прозвучивание) или отражен­ных от поверхностей, на которых акустические характеристики материа­ла испытывают изменения (эхо-метод).

Для возбуждения упругих колебаний в различных материалах исполь­зуют пьезоэлектрические или магнитострикционные преобразователи.

Рис. ЗЛО. Структурная схема простей­шего эходефектоскопа: / - поверхность ввода ультразвука; II -донная поверхность; Д — дефект; Н -начальный зондирующий сигнал; Дон -донный эхо-сигнал; Деф — эхо-сигнвл от дефекта; 1 — генератор импульсов; 2 — хронизатор; 3 — генератор разверт­ки; 4 — индикатор (электронно-лучевая трубка); 5 — приемный тракт; 6 — контролируемая конструкция; 7 - ис­катель

Рис. 3.11. Ультразвуковой дефектоскоп ДУК-66ГЩ:

1 — излучатель; 2 — экран визуального наблюдения; 3 — искательная

головка

Ультразвуковые волны вводятся искателем (пьезоэлектрическим преоб­разователем) в контролируемую конструкцию преимущественно кон­тактным способом со смазкой.

Скрытые дефекты в металлических и железобетонных конструкциях чаще всего определяют эхо-методом с импульсным излучением. В простей­шем эхо-дефектоскопе (рис. 3.10) реализуется свойство (преломления и отражения ультразвуковых волн от границ раздела двух различных сред. Если на пути ультразвукового сигнала окажется дефект (например, трещина, раковина, шлаковое включение), акустическое сопротивление коайрого отличается от обычного для данного материала, то произойдет преломление и отражение волны, и на экране электронно-лучевой трубки ■появится дополнительный импульс. Определив время, скорость и направ­ление прохождения ультразвука, можно установить место дефекта. На рис. 3.11 показан дефектоскоп ДУК-66ПМ, применяемый для обнаруже­ния скрытых дефектов. Для оценки качества бетона его прозвучивают ме­тодом, рассмотренным в п. 3.4. По резкому изменению скорости рас­пространения ультразвука в отдельных частях конструкции можно уста­новить снижение плотности бетона, наличие пустот, трещин и т. д.

Наличие дефектов и повреждений в сварных швах устанавливают при помощи призматических щупов-излучателей с углами наклона ультразву­ки

Рис. 3.12. Схема действия щупа-излучателя:

1 — щуп-излучатель; 2 — траектория движения щупа-излучателя; J-харак­тер импульса на экране электроннолучевой трубки при указанных положе­ниях щупа-излучателя; / — длина трещины; /., /,, /., / -, h., h „ р — координаты трещины

ковой волны 30° - 60° (рис. 3.12). Щуп перемещают по волнообразной траектории вдоль шва. При обнаружении дефекта на осциллограмме электронно-лучевой трубки появляется импульс ("всплеск"). Одновре­менно подается звуковой или световой сигнал. Для определения границ дефекта щуп перемещают в разные стороны от положения, при котором зарегистрирован импульс, до тех пор, пока его амплитуда А на экране не уменьшится примерно вдвое. Это положение щупа соответствует гра­нице дефекта. Зная координаты положения щупа и наклон ультразвуко­вого луча /?', можно определить границы повреждения.

Импульсный ультразвуковой метод удобно использовать при длитель­ных наблюдениях за изменением структуры и прочности бетона.

Метод акустической эмиссии используется для обнаружения повреж­дений в мостовых конструкциях и получения информации о процессах, протекающих внутри материала. Метод основан на регистрации акустиче­ских волн, возникающих в твердых телах при пластической деформации и появлении микротрещин. Фиксируя волны эмиссии, можно обнаружить опасные дефекты и прогнозировать работоспособность отдельных элемен­тов конструкций. Сущность метода заключается в следующем. На поверх­ность исследуемой конструкции устанавливают одну или несколько ис­кательных головок (рис. 3.13, а), чувствительных к сдвиговым дефор­мациям или поверхностным волнам, работающим на частоте 1-3 МГц. В процессе работы или испытания в конструкции могут развиваться зна­чительные деформации и появляться трещины. Их появление сопровож­дается вспышками эмиссии волн напряжений, носящими импульсный характер.

Звуковые колебания (волны), излучаемые дефектами, а также сме­щающимися дислокациями при нагружении конструкции воспринимают­ся искательной головкой, и по ним определяется дефект и его место расположения.

Рассмотрим принципиальную блок-схему эмиссионной установки / _ис з.13, 0). Вспышки эмиссии, достигшие искательной головки 1, преобразуются в электрические сигналы и подаются на предусилитель 2, где происходит усиление сигнала. Затем они проходят через электронный Аильтр _j_{( в} котором удаляется низкочастотная информация, и посту­пают в усилитель 4, а после этого — по двум каналам в регулирующий блок 5 и на дискриминатор и селектор 6. С селектора они попадают в устройство 7 для записи на магнитной ленте и счетчик сигналов. При­бор питается от источника 8.

Перед испытаниями устанавливают определенный минимальный уровень сигнала (порог), выше которого аппаратура учитывает сигна­лы. Сигналы акустической эмиссии (АЭ) регистрируются следующими способами: записью на магнитную ленту, выводом числа сигналов на цифровое табло, звуковым выводом на динамик, в котором слышны характерные щелчки, интенсивность которых нарастает при развитии де­фектов и приближении пластического состояния материала, выводом на экран осциллографа, графопостроитель (координатный самописец).; О наличии дефекта судят по появлению сигналов акустической эмиссии, об уровне напряженного состояния — по интенсивности сигна­лов акустической эмиссии (число сигналов в 1 с).

Метод акустической эмиссии позволяет с большой точностью опре­делять координаты дефекта. Для этого устанавливается несколько при­емников колебаний (искательных головок). Координаты определяются на основании анализа разницы времени поступления сигнала акустиче­ской эмиссии на разные приемники. В современных приборах этот ана­лиз выполняет микропроцессор, вмонтированный в прибор, он же по­казывает на графопостроителе места расположения дефектов на иссле­дуемой конструкции.

Магнитными методами обнаруживают дефекты и повреждения в ферромагнитных материалах, определяют толщину защитного слоя и расположение арматуры в железобетонных конструкциях, толщину антикоррозионных покрытий стальных конструкций и др. Обнаружение

Рис. 3.13. Метод акустической эмиссии:

^а — схема установки искательной головки; б — блок-схема акустической эмиссионной установки; 1 — искательная головка; 2 —предусилитель; 3 — электронный фильтр; 4 — усилитель; 5 — регулирующий блок; б — селектор; 7 — устройство записи на ленту; 8 — источник питания

Рис. 3.14. Индукционный прибор для проверки положения и диаметра арма­туры и толщины защитного слоя: 1 — выносной индуктивный преобразо­ватель; 2 - преобразователь в корпусе прибора; 3 — стержень для регулирова­ния индуктивного сопротивления; 4 -гальванометр; 5 — арматурный стер­жень; 6 — железобетонный элемент

дефектов и повреждений в виде трещин, пор, инородных включений в элементах из ферромагнитных материалов основано на выявлении об­разующихся в их зоне полей рассеивания магнитного потока. Для выяв­ления полей рассеивания, а следовательно, и дефектов в простейшем случае используют магнитный порошок или его смеси с маловязкой жидкостью (например, керосином), нанося их на поверхность исследуе­мого элемента. При действии магнитного поля эти частицы образуют своеобразный узор в зоне расположения дефекта. Более надежные ре­зультаты получают при наложении на исследуемые участки магнитной пленки. После намагничивания расшифровывают зарегистрированные на пленке поля рассеивания.

Другой, более эффективный метод фиксации полей рассеивания основан на использовании магнитных щелевых головок магнитофонного типа, устанавливаемых в плоскости П-образного электромагнита. Маг­нитная головка представляет собой кольцевой разомкнутый сердечник с щелью шириной 7—20 мкм с обмоткой. Основное магнитное поле создается П-образным магнитом. При установке такого устройства на поверхность элемента над дефектом возникает поле рассеивания, кото­рое наводит э.д.с. в магнитной головке. Наведенная э.д.с. подается на регистрирующий прибор, по которому судят о дефекте в элементе.

Рассмотрим схему прибора индукционного типа (рис 3.14) для определения положения арматуры в железобетоне, толщины защитного слоя и диаметра стержней. Индуктивный преобразователь 1 передви­гается по поверхности исследуемой железобетонной конструкции или детали. Отдельно от него в корпусе прибора расположен аналогичный преобразователь 2 с ферромагнитным смещаемым элементом 3, пред­назначенным для изменения индуктивного сопротивления прн баланси­ровке схемы. По мере приближения преобразователя 1 к арматурному стержню разбаланс (зависит от толщины защитного слоя, диаметра стерж­ня и ориентировки преобразователя по отношению к его направлению) будет уменьшаться. Шкала гальванометра проградуирована в миллимет­рах защитного слоя для арматурных стержней разного диаметра. Уста­новив расположение стержней, передвигают преобразователь / вдоль контролируемого стержня до положения, соответствующего минималь-104

ному отсчету, следя за тем, чтобы преобразователь находился между пересечениями' арматуры. Записав толщины защитного слоя по шкалам всех диаметров, повторяют отсчет, поместив между бетоном и преобра­зователем прокладку толщиной 10 мм из диамагнитного материала. Диаметр арматуры будет соответствовать показанию по той шкале, по которой разность отсчетов окажется равной 10 мм.

Рентгенографические и гаммаграфические методы позволяют об­наруживать дефекты и повреждения в металлах, бетоне и железобетоне, полимерах и других материалах. Этими методами можно определять положение арматуры, ее размеры в железобетонных и других армиро­ванных конструкциях. Эти методы основаны на использовании рентге­новских, т-лучей или других для фотографирования скрытых дефектов й повреждений. Исследуемый элемент просвечивают лучами при помощи специальных установок (рис. 3.15). Проникающая способность этих лучей зависит от плотности материала, толщины элемента и др. В зонах с порами, раковинами, трещинами проникающая способность лучей будет выше. В зависимости от интенсивности прошедшего излучения на фотопленке получаются участки с различной затемненностыо. По нали­чию затемненных мест и степени затемнения судят о характере и разме­рах дефектов и повреждений.

Для регистрации излучения применяют ксерорадиографические пластинки из металлических подложек, покрытых тонким слоем аморф­ного селена. В темноте селен способен воспринимать и удерживать элек­трический заряд, утечка которого пропорциональна интенсивности па­дающего луча. После экспонирования на поверхности пластинки остает­ся часть заряда, интенсивность которого можно выявить напылением мелкого порошка, заряженного электрическим зарядом противополож­ного знака. По распределению этого порошка на пластинке определяют наличие дефектов и повреждений.

Источниками излучения могут служить рентгеновские трубки, бетат­роны или радиоактивные изотопы. Рентгеновские лучи возникают в ре­зультате бомбардировки металлической мишени высокоскоростными электронами, ускоренными за счет разности потенциалов между като-

Рис. 3.15. Схема просвечи­вания сварного элемента:

1 — источник излучения;

2 ~ эталон чувствительно­сти; 3 - защитная свин­цовая пластинка; 4 — фо­топленка; 5 — кассета; 6 — сварной элемент

дом и мишенью. В бетатронах в отличие от рентгеновских трубок элек­троны ускоряются под воздействием пульсирующего магнитного поля. Источники т-лучей — радиоактивные изотопы — по сравнению с рент­геновскими установками более компактны, не требуют источников пи­тания. При использовании у-лучей нужно иметь надежную защиту. В ка­честве радиоактивных изотопов часто применяют кобальт-60 (Со⁶⁰) и цезий-137 (Cs). Метод 7-излучений обладает меньшей чувствитель­ностью, чем рентгенографический.

При работе с источниками излучения нужно очень строго соблюдать правила техники безопасности.

а 3.6. Техника безопасности при проведении испытаний

а Выполнение работ по испытанию сооружений требует строгого со­блюдения комплекса мероприятий по обеспечению безопасности работ. Рабочая программа по испытанию сооружений должна содержать реше­ния по обеспечению безопасности работ с учетом специфики данного сооружения, его конструкции, местоположения, нагрузки, а также про­изводства работ по подготовке к испытанию и его проведению.

К выполнению работ по обследованию и испытаниям мостов допус­каются работники, прошедшие обучение и проверку знаний, инструкта­жи по охране труда в соответствии с требованиями СНиП Ш-4-80 и ГОСТ 12.0.004-79.

До начала полевых работ по обследованию и испытаниям все участ­вующие в них работники должны быть проинструктированы своими ру­ководителями о безопасных методах проведения работ с учетом особен­ностей данного конкретного объекта и о действиях в случаях обнаруже­ния отклонений от нормальной работы сооружения.

Для выполнения работ, к которым предъявляются дополнительные (повышенные) требования по безопасности труда, ответственному ис­полнителю работ выдается наряд-допуск на производство работ повы­шенной опасности. Работающие должны быть обучены безопасным ме­тодам и приемам ведения таких работ по типовым программам. Для возможности проведения обследования и испытаний (осмотра, инстру-' ментальных измерений, установки и снятия приборов и взятия отсчетов по ним) организация, в ведении которой находится сооружение, обя­зана осуществлять меры, обеспечивающие безопасные условия работы.

Работники, участвующие в работах на объектах обследований и ис­пытаний, должны быть обеспечены средствами индивидуальной защиты (спецодеждой, спецобувью и предохранительными приспособлениями, спецсвязью и снабжены аптечкой с набором необходимых медикаментов и средств оказания первой помощи).

Подмости и смотровые ходы, расположенные над землей, водой или конструкцией на высоте 1 м и более, должны быть ограждены пе­рилами. Подъем и спуск людей на подмости разрешается только по на-106

дежно закрепленным лестницам. Лестницы должны устанавливаться с уклоном, не превышающим 60°. Запрещается установка лестниц на различных подкладках. Одновременное проведение работ в двух или, более ярусах по одной вертикали допускается только при принятии мер обеспечения безопасности работающих внизу.

При обследовании сооружений, особенно в стесненных условиях (между балками, в коробах, на ригелях опор и т. п.), все работающие должны быть предельно внимательны. Не следует делать резких движе­ний и перемещаться бегом. При остукивании заклепок, зашлакованных сварных швов, поржа­вевших металлических элементов, поверхности бетона следует, как правило, пользоваться защитными очками или козырьками. При работе на электрифицированных участках или вблизи высоко­вольтных линий электропередачи (в том числе контактной сети) запре­щается приближаться или подносить какие-либо предметы на расстояние менее 2 м к находящимся под напряжением и неогражденным проводам или частям контактной сети. Особенно внимательно за этим необходимо следить при работах с предметами большой длины (штангами, металли­ческими рулетками, отрезками проволоки и т. д.). При невозможности соблюдения этого требования линия, по согласованию с организацией, в ведении которой она находится, должна быть обесточена.

К работе с ручными электрическими инструментами и приборами при напряжении сети более 42 В допускаются только специально про­инструктированные работники, знающие безопасные методы работы, ме­ры защиты при работе с электрическим током и приемы оказания пер­вой помощи при поражении им.

Работы с лебедками, домкратами и другими специальными приспо­соблениями при проведении обследований и испытаний производятся под руководством работника, отвечающего за безопасное производство работ и имеющего соответствующую квалификацию и опыт.

Работы по обследованию и испытаниям сооружений, движение по которым прекращается частично, не должны нарушать безопасность дви­жения транспорта, а организация работ должна обеспечивать безопас­ность работающих. На подходах к мосту выставляются сигналисты. Со­трудники мостостанций должны иметь защитные каски, а при работе на црбезжей части сооружений, находящихся в эксплуатации, обязаны наде­вать сигнальные жилеты оранжевого цвета.

На время испытаний подходы к автодорожным и городским мостам ограждаются в соответствии с требованиями действующих правил до­рожного движения, а нахождение на сооружении и под ним не занятых в испытаниях людей не допускается.

Работники, непосредственно участвующие в испытаниях, должны на­ходиться на своих рабочих местах: сотрудники мостостанций — в местах, указанных руководителем работ мостостанций; водители транспортных средств, загружающих конструкцию, — в кабинах транспортных средств; Другие работники (например, составители поездов, дежурные электри-

ки, связисты, сигналисты и т. п.) — в местах, указанных их непосредст­венными руководителями.

При проведении вибрационных испытаний запрещается приближать­ся к незащищенным эксцентрикам работающей вибромашины на рас­стояние менее 1,5 м.

При проведении испытаний ударной нагрузкой запрещается прибли­жаться к намеченному месту падения груза на расстояние менее 3 м.

При работах на старых деревянных сооружениях и настилах следует соблюдать особую осторожность в связи с тем, что в них могут быть эле­менты, утратившие прочность вследствие загнивания, элементы с нару­шенными прикреплениями и т. п.

На мостах через реки шириной более 100 м (по уровню меженных вод) руководитель работ обязан до начала обследования проверить нали­чие спасательных средств. На воде должны находиться подготовленные плавсредства (катера или лодки, спасательные жилеты и круги, мега­фон, веревки и др.).

При работе на объектах в зимних условиях должны приниматься меры по обеспечению возможности периодического обогрева работаю­щих. Работа людей со льда допускается при его толщине не менее 15 см (без учета толщины снежного покрова) и расстоянии до кромки льда не менее 5 м.

С целью обеспечения безопасности людей, участвующих в проведе­нии испытаний, и предотвращения резкого обрушения конструкции в процессе испытания, устраивают страховочные подмости, которые мог­ли бы принять на себя массу обрушающихся конструкций. Страховочные подмости, кроме того, должны ограничивать перемещение сжатых эле­ментов при потере устойчивости испытываемых конструкций. Проч­ность страховочных подмостей должна быть проверена расчетом. Под­мости проектируют так, чтобы зазоры между ними и элементами испы­тываемых конструкций не препятствовали перемещениям элементов конструкций во время испытаний. Подстраховка конструкций осу­ществляется также специальными растяжками, упорами, балками, тра­версами, рамами и др.

Применение радиоактивных веществ для проведения испытаний конструкций на транспорте допускается только после получения спе­циального разрешения и согласования с соответствующими службами дороги. Работа с радиоактивными веществами связана с опасностью, создаваемой радиоактивным излучением, что требует беспрекословно­го выполнения санитарных правил и норм, регламентирующих порядок работы. Для обнаружения и оценки воздействия излучений пользуются пленочным и карманными дозиметрами, а также счетчиками Гейгера-Мюллера.

Перед началом работ с источниками радиоактивного излучения все работающие обеспечиваются индивидуальными дозиметрами. Дозы об­лучения, полученные каждым работающим, регистрируются в специаль­ном журнале.

Ч

Недельная доза не должна превышать 0,1 Р, годовая — 5 бэр. В пе­риод рентгенометрических и радиометрических испытаний мощность дозы излучения в месте нахождения исследователя не должна превы­шать 2,8 мР/ч, а на ближайших рабочих местах — 0,28 мР/ч. Зона, в кото­рой уровень радиации превышает 0,28 мР/ч, должна быть ограждена переносным барьером, а также таблицами и плакатами, предупреждаю­щими об опасности.

При использовании установок и аппаратов радиометрии и рентгено­скопии необходимо выполнять требования Санитарных правил промыш­ленной 7-дефектоскопии и Санитарных правил работы с радиоактивны­ми веществами и источниками ионизирующих излучений Государствен­ной санитарной инспекции РФ.

Контроль выполнения требований охраны труда и техники безопас­ности при проведении полевых и лабораторных работ по обследованию и испытаниям осуществляет руководитель работ.

Рис. 4.1. Схема полярископа:

Дата добавления: 2015-06-30