авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Метод контроля модуля упругости бетона и площади рабочей арматуры в железобетонных балках

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

АБАШИН Евгений Геннадьевич

метод контроля МОДУЛЯ упругости бетона

и площади рабочей арматуры

в железобетонных балках

05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды,

веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Орёл – 2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Орловский государственный аграрный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор
Коробко Андрей Викторович
Официальные оппоненты: Иванов Борис Рудольфович доктор технических наук, профессор, Академия ФСО России, профессор кафедры № 7 Авдяков Дмитрий Владимирович кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Курский государственный университет», доцент кафедры «Промышленное и гражданское строительство»
Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова»

Защита состоится 17 апреля 2012 года в 16-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.182.01 при ФГБОУ ВПО «Госуниверситет – УНПК» по адресу: 302020, г. Орёл, Наугорское шоссе, 29, ауд. 212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Госуниверситет – УНПК».

Автореферат разослан 16 марта 2012 года.

Учёный секретарь

диссертационного совета В.Н. Волков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Проблема контроля качества строительных конструкций всегда имела актуальное значение, поскольку качество является фактором безопасности и надежности как отдельных конструкций, так и всего здания или сооружения в целом. Существующая система выборочного разрушающего контроля железобетонных конструкций балочного типа, регламентируемая ГОСТ 8829-94, когда из партии однотипных конструкций выбираются несколько и испытываются методом статического нагружения до разрушения, является трудоёмкой, ненадежной и экономически невыгодной. Поэтому разработка новых неразрушающих методов контроля параметров, характеризующих качество изготовления конструкции и её работоспособность в здании или сооружении, весьма актуальна.

Особое значение эта проблема приобрела в настоящее время, поскольку большое количество зданий и сооружений реконструируются для новых технологических нужд. При проведении обследования железобетонных конструкций таких зданий и сооружений зачастую отсутствует какая-либо информация о физико-механических свойствах использованного бетона, армировании и другие сведения, необходимые для проверки прочности, жесткости и трещиностойкости конструкций под новые технологические нагрузки. Применение разрушающих методов в этом случае становится невозможным.

При изготовлении железобетонных конструкций основным параметром, определяющим их качество, является величина начального модуля упругости бетона, которая зависит от многих производственных факторов. При этом площадь поперечной арматуры является величиной известной. На завершающей стадии необходимо провести интегральную оценку модуля упругости бетона с учетом всех возможных дефектов, допущенных при изготовлении конструкций. При контроле качества конструкций, стоящих в сооружении, площадь рабочей арматуры, как правило, неизвестна, а усредненную величину начального модуля упругости можно определить с использованием ультразвуковых методов путем многократных его измерений в приповерхностном слое.

Среди методов неразрушающего контроля качества особое место занимают вибрационные (резонансные) методы. Современный уровень теоретических знаний в области вибрационных технологий и экспериментальной механики достаточно высок, что позволяет эффективно использовать их в машиностроении. В строительной же отрасли эти методы практически не применяются; отсутствуют какие-либо нормативные документы на их применение для контроля физико-механических параметров и оценки качества строительных конструкций. В нашей стране в этом направлении работает ряд научных школ, однако для контроля начального модуля упругости бетона в железобетонных конструкциях и площади рабочей арматуры в них вибрационные методы до настоящего времени не применялись. А известные ультразвуковые и индукционные методы, используемые для этих целей, дают погрешность, превышающую (10…12) %.

Зачастую с балок, находящихся в условиях эксплуатации, при их контроле невозможно снять технологическую нагрузку. В этом случае о площади рабочей арматуры можно судить по величине прогиба, полученного от пригружения балки некоторой дополнительной нагрузкой. Этот способ контроля требует разработки, поскольку вибрационный способ в данном случае неприемлем.

Объектом исследования являются методы контроля железобетонных балок без предварительного напряжения продольной арматуры длинной до
3-х метров с переменными площадью сечения арматуры и начальным модулем упругости бетона, а предметом исследования – принципы, модели, алгоритмы, режимы и точностные характеристики метода неразрушающего контроля начального модуля упругости бетона и площади поперечного сечения рабочей арматуры в железобетонных балках при их изготовлении и эксплуатации.

Целью диссертации является повышение точности и снижение трудоемкости контроля начального модуля упругости бетона в ненапряженных железобетонных балках в процессе их изготовления и площади рабочей арматуры в балках, находящихся в сооружении в условиях эксплуатации.

Для реализации этой цели необходимо решить следующие задачи:

– разработать физические принципы контроля начального модуля упругости бетона и площади рабочей арматуры и на их основе построить математические модели в виде аналитических зависимостей, связывающих начальный модуль упругости бетона железобетонных балок и площадь рабочей арматуры с их максимальным прогибом от действия равномерно распределенной нагрузки и основной частотой поперечных или продольных колебаний в ненагруженном состоянии;

– разработать варианты метода контроля указанных физических и геометрических параметров железобетонных балок с использованием способов их статического и динамического нагружения;

– разработать алгоритмы определения начального модуля упругости бетона при известной площади поперечного сечения рабочей арматуры и площади рабочей арматуры при известном начальном модуле упругости бетона с использованием максимального прогиба балок под действием равномерно распределенной нагрузки и основной частоты их собственных поперечных и продольных колебаний в ненагруженном состоянии, обосновать режимы контроля;

– провести оценку погрешности определения контролируемых параметров балок по их максимальному прогибу и основной частоте колебаний;

– провести серию экспериментов на натурных железобетонных балках с переменными значениями площади продольной арматуры и начального модуля упругости бетона с целью проверки теоретических положений предложенного метода, математических моделей и его апробации;

– выполнить корректировку используемых математических моделей по результатам испытания эталонных конструкций;

– разработать методику практической реализации предложенного метода и дать рекомендации по его применению.

Методы исследования. В работе использовались классические методы теории железобетонных конструкций, методы анализа точности измерительных цепей, методы регрессионного анализа результатов экспериментальных исследований. Обработка экспериментальных результатов осуществлялась с помощью методов математической статистики.

Научная новизна работы заключается в следующем:

  1. Предложен и научно обоснован новый принцип неразрушающего контроля начального модуля упругости бетона и площади поперечного сечения рабочей арматуры в железобетонных балках, основанный на использовании полученных аналитических зависимостей, связывающих эти параметры с величиной максимального прогиба балок при их статическом нагружении равномерно распределенной нагрузкой, а также с основной частотой поперечных и продольных колебаний в ненагруженном состоянии, и учитывающих, в отличие от ранее известных зависимостей, все основные физические и геометрические параметры контролируемых конструкций.

2 Разработаны два варианта метода контроля начального модуля упругости бетона и площади рабочей арматуры по максимальному прогибу балок и их основной частоте поперечных и продольных колебаний и алгоритмы их реализации, позволяющие интегрально оценивать начальный модуль упругости бетона на завершающем этапе изготовления конструкций и площадь рабочей арматуры в балках, находящихся в условиях эксплуатации в сооружении;

3 Предложен способ уточнения принятых математических моделей с сохранением основных геометрических и физических характеристик контролируемых балок на основе результатов экспериментальных данных, полученных при испытании эталонных конструкций, позволяющих адаптировать предложенный метод контроля к железобетонным балкам конкретного типа.

Практическая ценность полученных результатов заключается в том, что разработанный метод контроля начального модуля упругости бетона и площади рабочей арматуры в железобетонных балках и методики их практической реализации могут быть использованы при организации поточного выходного контроле качества готовых конструкций на предприятиях строительной индустрии, при входном контроле конструкций, поступающих на стройплощадку, а также при обследовании конструкций, находящихся в условиях эксплуатации.

Достоверность теоретических положений и практических результатов, полученных в работе, подтверждается использованием классических методов теории железобетонных конструкций, экспериментальной механики, теории точности, сопоставлением теоретических и экспериментальных данных.

На защиту выносятся:

– математические модели, связывающие начальный модуль упругости бетона и площадь рабочей арматуры с максимальным прогибом упругих железобетонных балок при использовании статического метода контроля, а также математические модели, связывающие указанные параметры с основной частотой поперечных или продольных колебаний при использовании вибрационного метода контроля;

– метод контроля начального модуля упругости бетона и площади рабочей арматуры, алгоритмы и методики реализации его вариантов;

– результаты экспериментальных исследований двух серий железобетонных балок (20 штук), выполненных в опалубке типовой перемычки
2ПБ-26-4 с различными процентами армирования и начальными модулями упругости бетона;

– способ корректировки полученных математических моделей под конструкции определенного типа на основе испытания эталонных изделий.

Апробация работы. Материалы и основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на: V-й Международной научно-практической конференции «Задачи архитектурно-строительного комплекса в повышении качества жизни и устойчивого развития сельских территорий» (21-23 апреля 2009 года, г. Орел); Молодежной научно-практической конференции «Инновационные технико-технологические решения для строительной отрасли, ЖКХ и сельскохозяйственного производства» (17-18 марта 2010 года, г. Орел); VII-й Международной научно-практической конференции «Строительство и архитектура XXI века: Перспектива развития и инновации» (23-24 ноября 2010 года, г. Орел); Международных академических чтениях РААСН «Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения» (23-25 сентября 2010 года, г. Курск); II-й Молодежной научно-практической конференции «Инновационные технико-технологические решения для строительной отрасли, ЖКХ и сельскохозяйственного производства» (13 апреля 2011 года, г. Орел).

Предложенный метод контроля начального модуля упругости и площади рабочей арматуры в железобетонных ненапряженных балках апробирован на заводе железобетонных изделий ОАО «Агропромстрой» (г. Орел). Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс в ФГБОУ ВПО Орёл ГАУ при изучении дисциплины «Обследование зданий и сооружений».

Научная работа, написанная по теме диссертации, является победителем регионального конкурса «Лучшая научно-исследовательская работа молодых ученых – 2011».

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ, подано две заявки на выдачу патента на изобретение.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация изложена на 143 страницах машинописного текста и состоит из введения, трех глав, основных выводов, списка литературы, включающего 103 наименования, 2 приложений. В работе приведены 20 таблиц, 14 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении излагается общая характеристика диссертационной работы, приводится обоснование её актуальности, формулируются цель и задачи исследования, приводится оценка научной и практической значимости результатов проведенных исследований, указываются основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приводится аналитический обзор научной, нормативной литературы по методам разрушающего и неразрушающего контроля качества железобетонных конструкций, используемым при их изготовлении и при обследовании зданий и сооружений. Проведенный анализ показывает, что разрушающие методы контроля качества весьма трудоемки и неэффективны, а большинство из существующих неразрушающих методов контроля непригодны для интегральной оценки качества конструкций. Они позволяют определять отдельные физико-механические характеристики железобетонных конструкций лишь в локальных зонах с относительно невысокой точностью. Так, основной физический параметр железобетонной конструкции – начальный модуль упругости, от которого зависят жесткость, трещиностойкость и прочность конструкции, определяется ультразвуковыми методами лишь в локальных точках приповерхностного слоя и дает весьма приближенную оценку этого параметра в целом по конструкции.

При обследовании конструкций, находящихся в условиях эксплуатации, информация о физико-механических параметрах материала, армировании и реальных граничных условиях, как правило, отсутствуют. Известные неразрушающие методы контроля площади рабочей арматуры, основанные на измерении её магнитных характеристик, очень неточны.

Интегральные вибрационные методы контроля качества железобетонных конструкций позволяют преодолеть некоторые из указанных выше недостатков. По динамическим параметрам конструкции (форма, амплитуда и частота колебаний, логарифмический декремент затухания колебаний) можно с достаточно высокой степенью достоверности определить жесткость, прочность, трещиностойкость и величину предварительного напряжения арматуры в железобетонной балке.

Впервые для интегральной оценки качества железобетонных конструкций вибрационный метод был использован в ЛенЗНИИЭП в 1963 году, где усилиями ученых Н.А. Крылова, К.А. Глуховского, А.М. Полищука и др. были разработаны необходимые стенды и средства измерения, а также методика для массового контроля готовых конструкций. Сущность этого метода заключается в определении начальной жесткости поперечного сечения конструкций по периодам их свободных колебаний и сравнении ее с жесткостью, полученной предварительным аналитическим расчетом. Недостатками этого метода являются невозможность оценить пригодность испытываемых изделий по трещиностойкости и определить значение величины предварительного напряжения арматуры в них.

Дальнейшее серьёзное развитие вибрационный метод получил в Тбил
ЗНИИЭП, где под руководством профессора Э.А. Сехниашвили была разработана методика контроля железобетонных конструкций, сущность которой заключается в сравнении динамических параметров контролируемых конструкций с соответствующими параметрами однотипных эталонных изделий. Этот метод позволяет получать интегральную оценку качества контролируемых конструкций, однако отличается большой трудоемкостью, вызванной необходимостью изготовления множества эталонных изделий с разными величинами предварительного напряжения арматуры.

Значительный вклад в развитие методов неразрушающего контроля качества железобетонных конструкций сделан в ведущих научно-исследова-тельских институтах и вузах нашей страны: в НИИЖБе (Клевцов В.А., Бердичевский Г.И., Коревицкая М.Г.), в МИСИ (Лужин О.В., Злочевский А.Б., Волохов В.А., Почтовик Г.Я.), ФГБОУ ВПО «Северо-Кавказский гостехуниверситет» (Г.В. Слюсарев).

Большой вклад в развитие вибрационного метода контроля качества строительных конструкций внес творческий коллектив ФГБОУ ВПО «Госуниверситет – УНПК» (г. Орел) под руководством профессора В.И. Коробко. Этим коллективом разработан метод экспресс-оценки параметров качества строительных конструкций, который позволяет определять интегральные характеристики готовых изделий не косвенно (по графикам), а по расчетным формулам. По этому направлению исследований ими получены многочисленные авторские свидетельства и патенты на изобретения, многие из которых прошли апробацию в производственных условиях.

Однако, несмотря на имеющиеся достижения, в настоящее время нет надежных интегральных методов контроля начального модуля упругости бетона в железобетонных балках и площади рабочей арматуры.

Во второй главе на основе известных соотношений теории расчета железобетонных балок, шарнирно опертых по концам, выводятся аналитические зависимости, связывающие начальный модуль упругости бетона Еb и площадь продольной арматуры As с максимальным прогибом балок w0 от действия статически приложенной равномерно распределенной нагрузки интенсивностью q:

(1) (2)

Здесь приняты следующие обозначения: пролёт балки; Ib – момент инерции поперечного сечения балки; s – отношение модулей упругости арматуры и бетона; ys – расстояние от центра тяжести приведенного сечения до равнодействующей усилия в арматуре. Используя эти аналитические зависимости, как математические модели, предлагается метод определения начального модуля упругости бетона и площади рабочей арматуры по величине максимального прогиба балок от действия статической равномерно распределенной нагрузки, который определяется экспериментально. Остальные физические и геометрические параметры балок считаются известными.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.