Общие понятия, задачи и структура эксплуатации мостов (стр. 8 )

Для измерения деформаций используется деформометр в виде мессуры, которая имеет большую базу.

Существуют рычажные тензометры типа Гугенбергера, цена деления шкалы соответствует деформации в 1/1000 мм:

,

– отсчет по шкале;

– масштаб увеличения тензометра (указывается в паспорте);

– база тензометра;

Е – модуль упругости материала испытываемого элемента.

Электрические приборы для измерения деформации

Датчики сопротивления (резисторы), предназначены для измерения деформаций (напряжений), основаны на измерении омического сопротивления проводника при его линейных деформациях. Датчики могут быть проволочные и фольговые. Измерительная аппаратура подключается по мостовой схеме с использованием моста Уитстона.

В индуктивный тензометрах используется зависимость сопротивления индукционной катушки, включаемой в цепь переменного тока, от магнитного поля.

Струнный тензометр основан на зависимости между частотой собственных колебаний струны и напряжением, с которым она натянута. Если струну в натянутом состоянии закрепить на поверхности испытываемой конструкции, то при деформациях, возникающих в ней под действием внешних сил, натяжение струны, а следовательно, и частота собственных колебаний будут меняться. Зная частоту колебаний, вычисляется напряжение в струне, а по ним и напряжение в конструкции.

,

где – собственная частота колебаний струны;

– длина струны;

– растягивающее напряжение в струне;

– плотность материала струны.

10.3. Приборы для измерения динамических характеристик

Для динамических испытаний применяют прогибографы, вибрографы и тензографы. Прогибографы записывают прогибы конструкции при проходе по ней подвижной нагрузки. Так как конструкция вибрирует, то записанная диаграмма, называемая прогибовиброграммой, представляет собой плавную кривую прогибов с наложенными на нее вибрационными колебаниями. Вибрографы записывают только колебания конструкции относительно ее положения в статическом равновесии. Тензографы записывают напряжения (деформации) в той или иной точке конструкции. При подвижной нагрузке тензограммы так же, как и прогибограммы, имеют криволинейные очертания с волнообразной кривой, соответствующей динамическим напряжениям.

Приборы автоматически записывают колебания во времени. Для этого они имеют устройство для записи на бумаге или фотопленке кривых колебаний и устройства для отсчета времени.

Из механических приборов в отечественной практике испытания мостов наибольшее применение имеет универсальный прибор Гейгера, который записывает колебания с частотой от 3 до 330 Гц. Виброграф ручной ВР-1 позволяет записывать частоты колебаний от 5 до 100 Гц и амплитуды – от 0,05 до 6 мм. Из-за относительно большой инерционной погрешности механизма пользоваться механическими вибрографами для испытания пролетных строений с частотой колебаний менее 3 – 5 Гц не рекомендуется.

Электрические приборы могут записывать все виды диаграмм к ним относятся индукционные, пьезоэлектрические, емкостные, индуктивные, акустические и резистивные преобразователи. Данные приборы соответствующими электрическими методами измеряют неэлектрические величины путем преобразования их в электрические величины, которые фиксируются соответствующей измерительной аппаратурой. Электрические приборы отличаются повышенной чувствительностью и точностью в области низких частот по сравнению с механическими приборами, а также непосредственная установка их на поверхности испытываемой конструкции.

11 Методы контроля свойств строительных материалов

На срок службы мостов большое влияние оказывает качество строительного материала, из которого изготовлены элементы моста: ж/б, металл и древесина.

В процессе эксплуатации мостов происходит постоянное накопление дефектов и повреждений элементами мостов вследствие их физического износа.

Физический износ – это “старение строительного материала”, т. е. снижение во времени первоначальных значений свойств материалов: физико-механических, химических, теплофизических, акустических, магнитоэлектрических и других в результате влияния следующих факторов:

а) природных – атмосферные, климатические, грунтовые, сейсмические, биологические;

б) технологических загрязнений – водные, парогазовые, масляные, кислотные, щелочные;

в) механических – перегрузки, удары, вибрации;

г) ошибки на стадии изысканий, проектирования, изготовления, строительства и эксплуатации.

Величина физического износа в первую очередь определяет прочность элементов и конструкции моста в целом.

Для контроля свойств строительных материалов разработаны разрушающие и неразрушающие методы контроля.

Цель разрушающих методов – это исследование свойств материала путем достижения им предельного состояния, т. е. разрушения. Применяются на контрольных образцах в лабораторных условиях путем их разрушения на прессах, которые отвечают требованиям ГОСТ 10180-90.

Цель неразрушающих методов – это исследование свойств материала не достигая им предельного состояния. Методы дефектоскопии применяются везде (в лабораториях, на полигонах и заводах, а также на стройплощадках) и позволяют оперативно контролировать физический износ мостов в течение всего периода эксплуатации.

Существующие методы дефектоскопии по функциональным возможностям могут быть разделены на следующие группы:

1) Методы оценивающие состояние материала на наличие в его структуре различных дефектов и повреждений, которые нарушают его целостность. Особое внимание уделяется выявлению – трещин.

2) Методы, оценивающие прочностные свойства материала.

3) Методы выявляющие отклонения или отступления параметров элементов мостов от нормативных требований.

1) Методы оценивающие состояние материала

В процессе накопления физического износа сооружением, в строительных материалах: железобетоне, металле и древесине происходит снижение трещиностойкости. Снижение трещиностойкости приводит к образованию многочисленных и опасных повреждений в виде трещин: температурных, силовых, усадочных, усушечных и др.

Постоянное развитие трещин в длину, ширину и глубину материала приводит к непредвиденному разрушению отдельных элементов и сооружения в целом.

Борьба с трещинами с помощью методов дефектоскопии условно разделена на три этапа:

1 этап. Обнаружение трещин в элементах сооружения.

2 этап. Оценка скорости развития трещин, а также определение наиболее вероятной трассы прорастания.

3 этап. Оценка прочности сооружения с учетом выявленных трещин и установление причин их развития. По результатам дефектоскопии осуществляется перерасчет сооружения и испытание.

Процесс развития трещин можно разбить на три стадии.

Стадия 1 – это зарождение и медленное развитие трещин.

Образование трещин зависит от большого числа факторов: от состава материала, режима и степени кристаллизации, температуры изготовления, способов получения и режимов затвердевания, а также наличие всевозможных инородных включений, пустот, раковин в теле материала.

Трещины могут зародиться и в местах концентрации напряжений: отверстиях, сварных швах, выступах, врубках.

Зарождение трещин возможно на всех этапах “жизни” сооружения: изготовление, обработка, хранение, транспортировка, монтаж, эксплуатация.

Стадия 2 – стадия ускоренного развития трещин.

Рост трещин приводит к возрастанию действующих напряжений в конструкции, что в свою очередь вызывает ускорение процессов разрушения.

На скорость развития трещин влияет структура материала, наличие примесей и добавок (пластификаторы), свойства материала: хрупкость, пластичность, трещиностойкость.

Стадия 3 – стадия “катастрофического” или “спонтанного” разрушения.

При критических размерах трещины дальнейшее её увеличение приводит к высвобождению энергии большей, нежели затрачиваемой на рост трещины. Рост трещины ускоряется и начинает развиваться со скоростями, близкими к скорости звука в материале (3 – 5 км/с). Происходит практически мгновенное, окончательное разрушение конструкции.

Поэтому методы дефектоскопии 1 группы должны обнаруживать трещины на начальных стадиях развития (1 и 2 стадия), когда еще возможно остановить или затормозить разрушение, либо принять меры по уменьшению отрицательных последствий разрушения.

Из-за своей многочисленности трещины разделены на две категории: опасные и неопасные.

Опасные трещины – это трещины, которые растут.

Неопасные трещины – это трещины, которые находятся в состоянии покоя.

Поэтому методы дефектоскопии 1 группы должны обнаруживать только опасные трещины, которые контролируются в первую очередь.

Разработанные методы дефектоскопии, которые применяются на практике, подразделяются на прямые и косвенные. При этом следует учитывать, что трещины по местоположению бывают: внешние – располагаются на поверхности элемента, внутренние – находятся внутри элемента и сквозные – проходят через всю толщу материала и имеют два выхода на поверхность элемента.

1) К прямым методам относятся:

Методы, которые обнаруживают внешние или сквозные трещины:

1.1) Визуальный метод – человеческий глаз.

1.2) Оптический метод – микроскоп МПБ-2 (см. слайд), лупа, бинокль.

1.3) Метод нанесения лаков.