RU2473879C2 - Method to determine diameter of longitudinal reinforcement in elastic reinforced concrete structures of beam type - Google Patents
Method to determine diameter of longitudinal reinforcement in elastic reinforced concrete structures of beam type Download PDFInfo
- Publication number
- RU2473879C2 RU2473879C2 RU2011116608/28A RU2011116608A RU2473879C2 RU 2473879 C2 RU2473879 C2 RU 2473879C2 RU 2011116608/28 A RU2011116608/28 A RU 2011116608/28A RU 2011116608 A RU2011116608 A RU 2011116608A RU 2473879 C2 RU2473879 C2 RU 2473879C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- diameter
- longitudinal reinforcement
- reinforced concrete
- reinforcement
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области строительства и предназначено для диагностики и контроля качества железобетонных конструкций балочного типа вибрационным методом.The invention relates to the field of construction and is intended for the diagnosis and quality control of reinforced concrete structures of beam type using the vibration method.
Известен способ определения диаметра продольной арматуры в железобетонной конструкции, основанный на принципе взаимодействия электромагнитного поля с металлом, когда по величине изменения электромагнитного поля прибора, находящегося над поверхностью железобетонного изделия определяют положение и диаметр арматуры непосредственно под измерительным прибором (см. ГОСТ 22904-93 Конструкции железобетонные. Магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и расположения арматуры. Изд-во Стандартов, 1995. - 10 с.).A known method for determining the diameter of longitudinal reinforcement in a reinforced concrete structure, based on the principle of interaction of the electromagnetic field with the metal, when the position and diameter of the reinforcement directly below the measuring device is determined by the magnitude of the change in the electromagnetic field of the device located above the surface of the reinforced concrete structure (see GOST 22904-93 Reinforced concrete structures The magnetic method for determining the thickness of the protective layer of concrete and the location of reinforcement. Publishing House of Standards, 1995. - 10 p.).
Этот способ имеет недостаток, который заключается в том, что при его использовании можно определять диаметр арматуры только в локальной зоне, ограниченной размером чувствительного элемента прибора, кроме того, чем выше глубина заложения арматурных стержней, тем ниже точность определения их диаметров.This method has the disadvantage that, when using it, it is possible to determine the diameter of the reinforcement only in the local area limited by the size of the sensitive element of the device, in addition, the higher the depth of the reinforcing bars, the lower the accuracy of determining their diameters.
Известен также способ определения площади поперечного сечений арматурных стержней в упругих железобетонных балках по максимальному прогибу w0, который следует из известной формулы из курса железобетонных конструкций для шарнирно опертой балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой q (см. Байков В.Н., Сигалов Е.Е. Железобетонные конструкции. - М.: Стройиздат, 1984. - С.245):There is also a method for determining the cross-sectional area of reinforcing bars in elastic reinforced concrete beams by the maximum deflection w 0 , which follows from the well-known formula from the course of reinforced concrete structures for a pivotally supported beam loaded with a uniformly distributed load q (see Baikov V.N., Sigalov E. E. Reinforced concrete structures. - M.: Stroyizdat, 1984. - P.245):
где l - пролет балки; Eb - модуль упругости бетона; Ired - приведенный момент инерции сечения, который для балок с продольным армированием нижнего растянутого слоя арматуры будет равен:where l is the span of the beam; E b - modulus of elasticity of concrete; I red - reduced moment of inertia of the section, which for beams with longitudinal reinforcement of the lower stretched reinforcement layer will be equal to:
где Ib - приведенный момент инерции сечения бетона; αs - отношение модулей упругости бетона и стали, ys - расстояние от линии центра тяжести приведенного сечения до середины сечения рабочей продольной арматуры.where I b is the reduced moment of inertia of the concrete section; α s is the ratio of the elastic moduli of concrete and steel, y s is the distance from the center of gravity of the reduced section to the middle section of the working longitudinal reinforcement.
Подставим выражение (2) в формулу (1) и выразим из нее площадь поперечного сечения продольной арматуры:We substitute expression (2) into formula (1) and express from it the cross-sectional area of the longitudinal reinforcement:
Согласно этому способу контролируемую балку загружают некоторой равномерно распределенной нагрузкой, не вызывающей появления пластических деформаций в конструкции, измеряют максимальный прогиб и по формуле (3) подсчитывают площадь поперечного сечения продольной арматуры, от которой легко перейти к диаметру.According to this method, the controlled beam is loaded with some uniformly distributed load that does not cause plastic deformation in the structure, the maximum deflection is measured, and the cross-sectional area of the longitudinal reinforcement is calculated by formula (3), from which it is easy to pass to the diameter.
Этот способ обладает большой трудоемкостью из-за необходимости выполнения операции загружения конструкции.This method has a high complexity due to the need to perform the operation of loading the structure.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в снижении трудоемкости способа определения диаметра продольной арматуры в железобетонных конструкциях балочного типа как в заводских условиях при их изготовлении, так и находящихся в условиях эксплуатации.The problem to which the invention is directed, is to reduce the complexity of the method for determining the diameter of longitudinal reinforcement in reinforced concrete structures of the beam type both in the factory during their manufacture and in operating conditions.
Это решение достигается тем, что в способе определения диаметра продольной арматуры в упругих железобетонных конструкциях балочного типа, заключающемся в установке их на стенде, закреплении концов по схеме шарнирного опирания, нагружении и измерении физических параметров, с помощью которых по аналитическим зависимостям подсчитывают значение диаметра продольной арматуры, согласно изобретению для конструкций определенного типа изготавливают 6…8 эталонных изделий, диаметр арматуры которых изменяется в определенном диапазоне значений, в каждом из эталонных изделий возбуждают свободные поперечные колебания на основной частоте (или вынужденные колебания на первой резонансной частоте), измеряют эту частоту, и по полученным значениям строят аналитическую зависимость «диаметр арматуры - частота колебаний»; при диагностике изделия серийного изготовления определяют его основную (или первую резонансную) частоту колебаний и по полученной аналитической зависимости подсчитывают диаметр продольной арматуры.This solution is achieved by the fact that in the method for determining the diameter of longitudinal reinforcement in elastic reinforced concrete structures of the beam type, which consists in installing them on a stand, securing the ends according to the articulated bearing pattern, loading and measuring physical parameters, using which the value of the diameter of the longitudinal reinforcement is calculated by analytical dependencies according to the invention, for structures of a certain type, 6 ... 8 reference products are manufactured, the diameter of the reinforcement of which varies in a certain range of values , in each of the reference products, free transverse vibrations are excited at the fundamental frequency (or forced vibrations at the first resonant frequency), this frequency is measured, and the analytical dependence “reinforcement diameter - vibration frequency” is constructed from the obtained values; when diagnosing a serial production product, its main (or first resonance) vibration frequency is determined and the diameter of the longitudinal reinforcement is calculated from the obtained analytical dependence.
Сущность заявляемого способа поясняется чертежами, приведенными на фигурах 1…3.The essence of the proposed method is illustrated by the drawings shown in figures 1 ... 3.
На фиг.1 изображено прямоугольное поперечное сечение балки с указанием некоторых геометрических размеров, входящих в используемые расчетные формулы.Figure 1 shows a rectangular cross section of a beam indicating some geometric dimensions that are included in the calculation formulas used.
На фиг.2 представлена функциональная схема экспериментальной установки для определения первой резонансной частоты поперечных колебаний, где 1 - контролируемое изделие, 2 - излучатель механических колебаний, 3 - приемник механических колебаний, 4 - генератор синусоидальных колебаний, 5 - усилитель мощности, 6 - частотомер, 7 - цифровой вольтамперметр, 8 - предварительный усилитель, 9 - анализатор спектра, 10 - электронный осциллограф.Figure 2 presents a functional diagram of an experimental setup for determining the first resonant frequency of transverse vibrations, where 1 is a controlled product, 2 is a transmitter of mechanical vibrations, 3 is a receiver of mechanical vibrations, 4 is a generator of sinusoidal vibrations, 5 is a power amplifier, 6 is a frequency meter, 7 - digital voltammeter, 8 - pre-amplifier, 9 - spectrum analyzer, 10 - electronic oscilloscope.
На фиг.3 представлены графики изменения диаметра продольной арматуры в железобетонных балках в зависимости от основной частоты собственных поперечных колебаний.Figure 3 presents graphs of changes in the diameter of longitudinal reinforcement in reinforced concrete beams depending on the fundamental frequency of natural transverse vibrations.
Физическую сущность предлагаемого способа можно пояснить следующими рассуждениями.The physical nature of the proposed method can be explained by the following reasoning.
В работе Коробко В.И. Изопериметрический метод в строительной механике: Теоретические основы изопериметрического метода. - Т.1. - М.: Изд-во АСВ, 1997. - С.349 для упругих балок получена фундаментальная закономерность, связывающая максимальный прогиб упругих балок w0, нагруженных равномерно распределенной нагрузкой q, с их основной частотой колебаний в ненагруженном состоянии ω:In the work of V. Korobko Isoperimetric method in structural mechanics: Theoretical foundations of the isoperimetric method. - T.1. - M .: ASV Publishing House, 1997. - P.349 for elastic beams, a fundamental regularity is obtained that relates the maximum deflection of elastic beams w 0 , loaded with a uniformly distributed load q, with their main vibration frequency in an unloaded state ω:
где m - погонная масса балки. В этой закономерности вместо основной частоты колебаний упругих балок может использоваться первая резонансная частота колебаний, так как из курса строительной механики хорошо известно, что эти характеристики незначительно отличаются друг от друга (см. Коробко В.И., Коробко А.В. Строительная механика: Динамика и устойчивость стержневых систем. - M.: Изд-во АСВ, 2008. - С.20-24). Как видно из выражения (4), произведение w0ω2 не зависит от вида граничных условий, поэтому оно справедливо и для балок, работающих в условиях эксплуатации с любыми неопределенными граничными условиями, а при изготовлении конструкций в заводских условиях можно моделировать на стенде только условия шарнирного опирания.where m is the linear mass of the beam. In this regularity, instead of the main vibration frequency of elastic beams, the first resonant vibration frequency can be used, since it is well known from the course of structural mechanics that these characteristics differ slightly from each other (see Korobko V.I., Korobko A.V. Construction mechanics: Dynamics and stability of rod systems. - M .: ASV Publishing House, 2008. - S.20-24). As can be seen from expression (4), the product w 0 ω 2 does not depend on the type of boundary conditions; therefore, it is also valid for beams working in operating conditions with any indefinite boundary conditions, and in the manufacture of structures in the factory, only conditions can be simulated on the stand articulated bearing.
Из формулы (4) можно выразить максимальный прогиб через основную (или первую резонансную частоту колебаний):From formula (4), one can express the maximum deflection through the main (or the first resonant frequency of oscillations):
Подставляя это выражение в формулу (3), получим:Substituting this expression into formula (3), we obtain:
Из этой формулы видно, что величина площади поперечного сечения (диаметра) арматурного стержня функционально связана с основной (или первой резонансной) частотой поперечных колебаний.From this formula it can be seen that the value of the cross-sectional area (diameter) of the reinforcing bar is functionally related to the main (or first resonant) frequency of the transverse vibrations.
Как показали экспериментальные исследования, при использовании этой зависимости для определения диаметра продольной арматуры по частоте колебаний получается довольно значительная погрешность. Это объясняется тем, что бетон обладает упругопластическими свойствами и пластическая составляющая оказывает свое влияние на результаты расчета по формуле (5), которая получена исходя из предположения об идеальной упругости бетона. Поэтому функциональную связь ds-ω целесообразно получать для каждого типа конструкций, используя эталонные изделия, выполненные из бетона с одинаковым значением модуля упругости, но с разными величинами диаметров продольной арматуры.As experimental studies have shown, when using this dependence to determine the diameter of longitudinal reinforcement from the frequency of oscillations, a rather significant error is obtained. This is explained by the fact that concrete has elastoplastic properties and the plastic component influences the calculation results by formula (5), which is obtained on the basis of the assumption of ideal elasticity of concrete. Therefore, it is advisable to obtain a functional relationship d s -ω for each type of structure using standard products made of concrete with the same elastic modulus, but with different diameters of the longitudinal reinforcement.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
Для конструкций определенного типа, например для железобетонных балок марки ПБ, изготавливают 6…8 эталонных изделий, диаметр арматуры в которых постепенно возрастает от 8 мм до 18 мм. Каждую из этих балок устанавливают на испытательном стенде, закрепляют ее концы по схеме шарнирного опирания и возбуждают в ней свободные поперечные с помощью механического удара или внезапного снятия некоторой статической нагрузки. Используя какой-либо частотомер, например виброанализатор «Вибран-2», измеряют основную частоту колебаний.For constructions of a certain type, for example, for reinforced concrete beams of the PB brand, 6 ... 8 standard products are manufactured, the diameter of the reinforcement in which gradually increases from 8 mm to 18 mm. Each of these beams is mounted on a test bench, its ends are fixed according to the hinged support pattern, and free transverse ones are excited in it with the help of mechanical shock or the sudden removal of some static load. Using any frequency meter, for example a Vibran-2 vibration analyzer, the fundamental frequency of oscillations is measured.
Если используется режим воздействия вынужденными колебаниями, то на контролируемую балку 1 в средней части пролета закрепляют с одной стороны излучатель колебаний 2, например электродинамический вибровозбудитель поперечных колебаний, а с другой стороны - приемник механических колебаний 3 (первичный преобразователь виброперемещений). С помощью генератора синусоидальных колебаний 4 и усилителя мощности 5 возбуждают в конструкции колебания в требуемом диапазоне частот, поддерживая энергию этих колебаний строго на одном уровне. При этом частоту и амплитуду электрического сигнала, подаваемого на вход вибровозбудителя поперечных колебаний 2, контролируют частотомером 6 и цифровым вольтамперметром 7. Сигнал с приемника механических колебаний усиливается с помощью предварительного усилителя 8, а с помощью анализатора спектра 9 снимают амплитудно-частотную характеристику контролируемой конструкции, по которой определяют резонансную частоту колебаний. Кроме того, в схему включен электронный осциллограф 10 для визуализации колебательного процесса.If the forced vibration mode is used, then on the controlled
По полученным результатам строят аппроксимирующую функцию «диаметр продольной арматуры - частота колебаний».According to the results obtained, an approximating function is constructed “the diameter of the longitudinal reinforcement is the oscillation frequency”.
Далее, при диагностике изделия серийного изготовления определяют ее основную (или первую резонансную) частоту колебаний и с помощью построенной аппроксимирующей функции находят действительный диаметр продольной арматуры.Further, when diagnosing a serial production product, its main (or first resonant) vibration frequency is determined and the actual diameter of the longitudinal reinforcement is found using the constructed approximating function.
Пример реализации способа.An example implementation of the method.
Для проведения испытаний были изготовлены 12 железобетонных балок длиной 2,6 м с поперечным сечением 120×140 мм. Балки армированы в нижней зоне одним арматурным стержнем класса A-III. Диаметр арматурного стержня был принят изменяющимся ступенчато через 2 мм от 8 до 18 мм. Класс бетона балок В-15.For testing, 12 reinforced concrete beams with a length of 2.6 m and a cross section of 120 × 140 mm were made. Beams are reinforced in the lower zone with a single reinforcing bar of class A-III. The diameter of the reinforcing bar was adopted changing stepwise through 2 mm from 8 to 18 mm. Class of concrete beams V-15.
Балки испытывались в режиме свободных затухающих поперечных колебаний. При этом возбуждение колебаний осуществлялось с помощью поперечного механического удара. После статистической обработки экспериментальных данных были получены следующие результаты.Beams were tested in the mode of free damped transverse vibrations. In this case, the excitation of vibrations was carried out using transverse mechanical shock. After statistical processing of the experimental data, the following results were obtained.
Графики зависимостей ds-ω, построенный по табличным данным, приведен на фиг.3. Из рисунка видно, что эти зависимости носят функциональный характер и поэтому динамический параметр - основная (или первая резонансная) частота колебаний могут использоваться для определения диаметра продольной арматуры при диагностике железобетонных конструкций балочного типа. Для экспериментальных значений поперечных колебаний аппроксимирующая функция имеет вид: y=2,6886x+143,08.The dependency graphs d s -ω, constructed from tabular data, are shown in figure 3. It can be seen from the figure that these dependences are functional in nature and therefore the dynamic parameter - the main (or first resonant) oscillation frequency can be used to determine the diameter of the longitudinal reinforcement in the diagnosis of reinforced concrete structures of the beam type. For the experimental values of transverse vibrations, the approximating function has the form: y = 2,6886x + 143,08.
Следует отметить, что с ростом диаметра арматуры экспериментальная (аппроксимирующая) прямая монотонно приближается к теоретической, а при малых диаметрах арматуры отклонения оказываются достаточно высокими. Этот физический эффект, очевидно, можно объяснить преобладанием упругопластических свойств бетона над упругими свойствами рабочей арматуры. С ростом диаметра арматуры это различие уменьшается, и экспериментальные данные приближаются к теоретическим.It should be noted that with an increase in the diameter of the reinforcement, the experimental (approximating) straight line monotonously approaches the theoretical one, and for small diameters of the reinforcement the deviations turn out to be quite high. This physical effect, obviously, can be explained by the predominance of the elastoplastic properties of concrete over the elastic properties of working reinforcement. With an increase in the diameter of the reinforcement, this difference decreases, and the experimental data approach theoretical data.
Таким образом, технический результат - снижение трудоемкости при осуществлении способа определения диаметра рабочей арматуры в железобетонных конструкциях балочного типа достигается за счет использования динамического параметра конструкции - основной (или первой резонансной) частоты колебаний в ненагруженном состоянии.Thus, the technical result is the reduction of the complexity when implementing the method for determining the diameter of the working reinforcement in the reinforced concrete structures of the beam type is achieved by using the dynamic parameter of the structure - the main (or first resonant) vibration frequency in the unloaded state.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011116608/28A RU2473879C2 (en) | 2011-04-26 | 2011-04-26 | Method to determine diameter of longitudinal reinforcement in elastic reinforced concrete structures of beam type |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011116608/28A RU2473879C2 (en) | 2011-04-26 | 2011-04-26 | Method to determine diameter of longitudinal reinforcement in elastic reinforced concrete structures of beam type |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011116608A RU2011116608A (en) | 2012-11-10 |
| RU2473879C2 true RU2473879C2 (en) | 2013-01-27 |
Family
ID=47321779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011116608/28A RU2473879C2 (en) | 2011-04-26 | 2011-04-26 | Method to determine diameter of longitudinal reinforcement in elastic reinforced concrete structures of beam type |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2473879C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1654498A1 (en) * | 1989-03-01 | 1991-06-07 | Государственный Проектный, Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт "Челябинский Промстройниипроект" | Stress-measuring mechanism |
| RU2029931C1 (en) * | 1991-10-21 | 1995-02-27 | Ставропольский политехнический институт | Method to determine value of prestress in reinforcement of finished building structure |
| RU6070U1 (en) * | 1996-10-08 | 1998-02-16 | Общество с ограниченной ответственностью - СКБ "Стройприбор" | DEVICE FOR MEASURING THE PARAMETERS OF PRELIMINARY STRESSED ELEMENTS OF REINFORCED CONCRETE STRUCTURES |
| US20040123665A1 (en) * | 2001-04-11 | 2004-07-01 | Blodgett David W. | Nondestructive detection of reinforcing member degradation |
-
2011
- 2011-04-26 RU RU2011116608/28A patent/RU2473879C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1654498A1 (en) * | 1989-03-01 | 1991-06-07 | Государственный Проектный, Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт "Челябинский Промстройниипроект" | Stress-measuring mechanism |
| RU2029931C1 (en) * | 1991-10-21 | 1995-02-27 | Ставропольский политехнический институт | Method to determine value of prestress in reinforcement of finished building structure |
| RU6070U1 (en) * | 1996-10-08 | 1998-02-16 | Общество с ограниченной ответственностью - СКБ "Стройприбор" | DEVICE FOR MEASURING THE PARAMETERS OF PRELIMINARY STRESSED ELEMENTS OF REINFORCED CONCRETE STRUCTURES |
| US20040123665A1 (en) * | 2001-04-11 | 2004-07-01 | Blodgett David W. | Nondestructive detection of reinforcing member degradation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011116608A (en) | 2012-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104964805B (en) | A kind of method for the bending and the torsion mode vibration shape for measuring flexible structure | |
| Kwaśniewki et al. | 718. Application of self-oscillating system for stress measurement in metal | |
| Kindova-Petrova | Vibration-based methods for detecting a crack in a simply supported beam | |
| Lalik et al. | Integrated stress measurement system in tower crane mast | |
| Barboni et al. | A method to precise determine the Young’s modulus from dynamic measurements | |
| RU2362136C1 (en) | Method for impact testing of construction | |
| Sas et al. | Laboratory measurement of shear stiffness in resonant column apparatus | |
| RU2473879C2 (en) | Method to determine diameter of longitudinal reinforcement in elastic reinforced concrete structures of beam type | |
| RU2473880C2 (en) | Method to determine concrete modulus of elasticity in elastic reinforced concrete structures of beam type | |
| CN108801823B (en) | A kind of multiple dimensioned composite structure local fatigue appraisal procedure and system | |
| Faircloth et al. | Experimental modal analysis of appropriate boundary conditions for the evaluation of cross-laminated timber panels for an in-line approach | |
| RU2406075C1 (en) | Method for detection of horizontal seam rigidity in double-layer structures of beam type | |
| Chandravanshi et al. | Experimental modal analysis of the vibratory feeder and its structural elements | |
| Schiavi et al. | Analysis of acoustic emission at low frequencies in brittle materials under compression | |
| RU2719793C1 (en) | Method of determining modulus of elasticity of concrete in elastic reinforced concrete beams | |
| RU2146818C1 (en) | Method determining characteristics of stress-deformed state of structural materials | |
| RU2306547C1 (en) | Method of determining flexural rigidity of but of single-span sectional beams of constant cross-section | |
| JP3550296B2 (en) | Measuring method of tension and bending stiffness of structures | |
| RU2097727C1 (en) | Method of nondestructive test of quality of ready reinforced concrete articles | |
| RU2037819C1 (en) | Method for carrying out quality control of articles made of reinforced material | |
| RU2354949C2 (en) | Non-destructive method of controlling quality of pre-cast concrete structures | |
| RU2499234C1 (en) | Method of controlling quality factor of piezoelectric resonators and apparatus for realising said method | |
| RU2308699C1 (en) | Method to determine maximal deflection of single composite timber beams with enlarging joints | |
| Krasnoveikin et al. | Investigation of dynamic characteristics of carbon composites by laser Doppler vibrometry | |
| Mukhopadhyaya | PADMINI KUTTURU |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130427 |