RU2473880C2 - Способ определения модуля упругости бетона в упругих железобетонных конструкциях балочного типа - Google Patents
Способ определения модуля упругости бетона в упругих железобетонных конструкциях балочного типа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2473880C2 RU2473880C2 RU2011116856/28A RU2011116856A RU2473880C2 RU 2473880 C2 RU2473880 C2 RU 2473880C2 RU 2011116856/28 A RU2011116856/28 A RU 2011116856/28A RU 2011116856 A RU2011116856 A RU 2011116856A RU 2473880 C2 RU2473880 C2 RU 2473880C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- concrete
- modulus
- elasticity
- oscillations
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области строительства и предназначено для диагностики и контроля качества железобетонных конструкций балочного типа вибрационным методом. Сущность: устанавливают конструкцию на стенде, закрепляют концы по схеме шарнирного опирания, нагружают и измеряют физические параметры, с помощью которых по аналитическим зависимостям подсчитывают значение модуля упругости бетона конструкции. Для конструкций определенного типа изготавливают 5…8 эталонных изделий, модуль упругости которых изменяется в определенном диапазоне значений. В каждом из эталонных изделий возбуждают свободные поперечные (или продольные) колебания на основной частоте (или вынужденные колебания на первой резонансной частоте), измеряют эту частоту и по полученным значениям строят аналитическую зависимость «модуль упругости бетона - частота колебаний». При диагностике изделия серийного изготовления определяют его основную (или первую резонансную) частоту колебаний и по полученной аналитической зависимости подсчитывают модуль упругости бетона. Технический результат: снижение трудоемкости. 3 ил., 2 табл.
Description
Изобретение относится к области строительства и предназначено для диагностики и контроля качества железобетонных конструкций балочного типа вибрационным методом.
Известен способ определения модуля упругости бетона в железобетонной конструкции путем испытания образцов (кубиков), специально изготавливаемых одновременно с бетонированием конструкции либо в заводских условиях, либо на стройплощадке (см. ГОСТ 10180-90 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам).
Этот способ имеет недостаток, который заключается в том, что со временем физико-механические свойства бетона изменяются в зависимости от условий эксплуатации и в случае необходимости для определения модуля упругости бетона следует прибегать к другим методам.
Известен также способ определения модуля упругости бетона 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):
где ℓ - пролет балки; Eb - модуль упругости бетона; Ired - приведенный момент инерции сечения балки. Согласно этому способу контролируемую балку загружают некоторой равномерно распределенной нагрузкой, не вызывающей появления пластических деформаций в конструкции, измеряют максимальный прогиб и по второй формуле из (1) подсчитывают значение модуля упругости.
Этот способ обладает большой трудоемкостью из-за необходимости выполнения операции загружения конструкции.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в снижении трудоемкости способа определения модуля упругости бетона в железобетонных конструкциях балочного типа как в заводских условиях при их изготовлении, так и находящихся в условиях эксплуатации.
Решение этой задачи достигается тем, что в способе определения модуля упругости бетона 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 модуля упругости бетона, согласно изобретению для конструкций определенного типа изготавливают 5…8 эталонных изделий, модуль упругости которых изменяется в определенном диапазоне значений, в каждом из эталонных изделий возбуждают свободные поперечные или продольные колебания на основной частоте (или вынужденные колебания на первой резонансной частоте), измеряют эту частоту и по полученным значениям строят аналитическую зависимость «модуль упругости бетона - частота колебаний»; при диагностике изделия серийного изготовления определяют его основную (или первую резонансную) частоту колебаний и по полученной аналитической зависимости подсчитывают модуль упругости бетона.
Сущность заявляемого способа поясняется чертежами, приведенными на фигурах 1…3.
На фиг.1 изображено прямоугольное поперечное сечение балки с указанием некоторых геометрических размеров, входящих в используемые расчетные формулы;
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.
На фиг.3 представлены графики изменения модуля упругости в железобетонных балках в зависимости от основной частоты собственных поперечных колебаний (схема а) и основной частоты собственных продольных колебаний (схема б).
Физическую сущность предлагаемого способа можно пояснить следующими рассуждениями.
В работе Коробко В.И. Изопериметрический метод в строительной механике: Теоретические основы изопериметрического метода. - Т.1. - М.: Изд-во АСВ, 1997. - С.346-349 для упругих балок получена фундаментальная закономерность, связывающая максимальный прогиб балок w0, нагруженных равномерно распределенной нагрузкой q, с их основной частотой колебаний в ненагруженном состоянии 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. - М.: Изд-во АСВ, 2008. - С.20-24). Как видно из выражения (3), 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.
Из формулы (3) можно выразить максимальный прогиб через основную (или первую резонансную частоту колебаний):
Подставляя это выражение во вторую формулу из (1), получим:
Из этой формулы видно, что величина модуля упругости бетона функционально связана с основной (или первой резонансной) частотой поперечных колебаний.
В случае использования продольных колебаний формула (4) примет следующий вид:
где Ared - площадь приведенного сечения балки (см. Коробко В.И., Юров А.П. Применение продольных колебаний для диагностики железобетонных конструкций / Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Диагностика веществ, изделий и устройств». - Орел, ОрелГТУ, 1999. - С.118-120).
Однако, как показали экспериментальные исследования, при использовании этих зависимостей для определения модуля упругости бетона 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 формулам (4) и (5), которые получены, исходя из предположения об идеальной упругости бетона. Поэтому функциональную связь
Eb-ω целесообразно получать для каждого типа конструкций, используя эталонные изделия, выполненные из бетона в определенном диапазоне значений модуля упругости при одинаковом их армировании.
Способ осуществляется следующим образом. Для конструкций определенного типа, например для железобетонных балок марки ПБ, изготавливают 5…8 эталонных изделий, класс бетона в которых (модуль упругости) постепенно возрастает от В-7,5 до В-30. Каждую из этих балок устанавливают на испытательном стенде, закрепляют ее концы по схеме шарнирного опирания и возбуждают в ней свободные поперечные или продольные колебания с помощью механического удара или внезапного снятия некоторой статической нагрузки (в случае поперечных колебаний). Используя какой-либо частотомер, например виброанализатор «Вибран-2», измеряют основную частоту колебаний.
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.
По полученным результатам строят аппроксимирующую функцию «модуль упругости бетона - частота колебаний».
Далее, при диагностике изделия серийного изготовления определяют ее основную (или первую резонансную) частоту колебаний и с помощью построенной аппроксимирующей функции находят действительный модуль упругости бетона.
Пример реализации способа.
Для проведения испытаний были изготовлены 5 железобетонных эталонных балок длиной 2,6 м с поперечным сечением 120×140 мм, балки армированы в нижней зоне одним арматурным стержнем ⌀12 мм A-III. Класс бетона балок был принят изменяющимся ступенчато от В-7,5 до В-30. Балки испытывались в режиме свободных затухающих поперечных и продольных колебаний. При этом возбуждение колебаний осуществлялось с помощью поперечного и продольного механического удара. После статистической обработки экспериментальных данных были получены следующие результаты:
Таблица 1 | |||||
Результаты измерения основной частоты поперечных колебаний эталонных балок и отклонения экспериментальных значений от теоретических, полученных по формуле (4) | |||||
Частоты колебаний | Класс бетона | ||||
В-7,5 | В-15 | В-20 | В-22,5 | В-30 | |
ωпоп(эксп), с-1 | 161 | 182 | 188 | 192 | 184 |
ωпоп(теор), с-1 | 154 | 185 | 200 | 206 | 220 |
Отклонение, % | 4,55 | 1,62 | 6 | 6,8 | 16,36 |
Таблица - 2 | |||||
Результаты измерения основной частоты продольных колебаний эталонных балок и отклонения экспериментальных значений от теоретических, полученных по формуле (5) | |||||
Частоты колебаний | Класс бетона | ||||
В-7,5 | В-15 | В-20 | В-22,5 | В-30 | |
ωпр(эксп), с-1 | 3121 | 3705 | 4296 | 4390 | 4616 |
ωпр(теор), с-1 | 3159 | 3787 | 4101 | 4214 | 4496 |
Отклонение, с-1 | 38 | 82 | 195 | 176 | 120 |
Отклонение, % | 1,2 | 2,17 | 4,75 | 4,18 | 2,67 |
Как видно из таблиц, лучшая сходимость экспериментальных и теоретических результатов достигается при использовании продольных колебаний. Это объясняется тем, что при продольных колебаниях по всей длине балок все поперечные сечения вовлекаются в работу и работают в одинаковых условиях, в то время как при поперечных колебаниях приопорные участки балок деформируются менее интенсивно, чем участки, прилежащие к средней их части.
Графики зависимостей Eb-ω, построенные по табличным данным, приведены 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 модуля упругости бетона при диагностике железобетонных конструкций балочного типа.
По экспериментальным данным построены аппроксимирующие функции:
Эти зависимости могут использоваться при диагностике конструкций рассмотренного типа серийного изготовления.
Для каждого типа железобетонных конструкций в виде балок необходимо построить свои аппроксимирующие функции. Это можно осуществить в заводских условиях при освоении выпуска определенного типа конструкций.
При реализации предлагаемого способа отпадает необходимость проведения статического нагружения конструкций.
Таким образом, технический результат - снижение трудоемкости осуществления способа определения модуля упругости бетона в железобетонных конструкциях балочного типа достигается за счет использования динамического параметра конструкции - основной (или первой резонансной) частоты поперечных (или продольных) колебаний в ненагруженном состоянии.
Claims (1)
- Способ определения модуля упругости бетона в упругих железобетонных конструкциях балочного типа, заключающийся в установке их на стенде, закреплении концов по схеме шарнирного опирания, нагружении и измерении физических параметров, с помощью которых по аналитическим зависимостям подсчитывают значение модуля упругости бетона конструкции, отличающийся тем, что для конструкций определенного типа изготавливают 5…8 эталонных изделий, модуль упругости которых изменяется в определенном диапазоне значений, в каждом из эталонных изделий возбуждают свободные поперечные (или продольные) колебания на основной частоте (или вынужденные колебания на первой резонансной частоте), измеряют эту частоту, и по полученным значениям строят аналитическую зависимость «модуль упругости бетона - частота колебаний»; при диагностике изделия серийного изготовления определяют его основную (или первую резонансную) частоту колебаний и по полученной аналитической зависимости подсчитывают модуль упругости бетона.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011116856/28A RU2473880C2 (ru) | 2011-04-27 | 2011-04-27 | Способ определения модуля упругости бетона в упругих железобетонных конструкциях балочного типа |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011116856/28A RU2473880C2 (ru) | 2011-04-27 | 2011-04-27 | Способ определения модуля упругости бетона в упругих железобетонных конструкциях балочного типа |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011116856A RU2011116856A (ru) | 2012-11-10 |
RU2473880C2 true RU2473880C2 (ru) | 2013-01-27 |
Family
ID=47321840
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011116856/28A RU2473880C2 (ru) | 2011-04-27 | 2011-04-27 | Способ определения модуля упругости бетона в упругих железобетонных конструкциях балочного типа |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2473880C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2719793C1 (ru) * | 2019-01-30 | 2020-04-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина" | Способ определения модуля упругости бетона в упругих железобетонных балках |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU160894A1 (ru) * | ||||
RU2036462C1 (ru) * | 1991-11-12 | 1995-05-27 | Ставропольский политехнический институт | Способ интегральной оценки качества предварительно напряженных изгибаемых железобетонных элементов и устройство для его осуществления |
RU2259546C1 (ru) * | 2004-04-15 | 2005-08-27 | Орловский государственный технический университет (ОрелГТУ) | Способ неразрушающего контроля качества железобетонных конструкций балочного типа |
JP2007315849A (ja) * | 2006-05-24 | 2007-12-06 | Mori Engineering:Kk | 弾性率測定装置、複合センサー、及び、弾性率測定方法 |
-
2011
- 2011-04-27 RU RU2011116856/28A patent/RU2473880C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU160894A1 (ru) * | ||||
RU2036462C1 (ru) * | 1991-11-12 | 1995-05-27 | Ставропольский политехнический институт | Способ интегральной оценки качества предварительно напряженных изгибаемых железобетонных элементов и устройство для его осуществления |
RU2259546C1 (ru) * | 2004-04-15 | 2005-08-27 | Орловский государственный технический университет (ОрелГТУ) | Способ неразрушающего контроля качества железобетонных конструкций балочного типа |
JP2007315849A (ja) * | 2006-05-24 | 2007-12-06 | Mori Engineering:Kk | 弾性率測定装置、複合センサー、及び、弾性率測定方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2719793C1 (ru) * | 2019-01-30 | 2020-04-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина" | Способ определения модуля упругости бетона в упругих железобетонных балках |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011116856A (ru) | 2012-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2444787A1 (en) | Method and device for bridge state evaluation using dynamic method | |
CN106768758B (zh) | 一种基于非线性振动的简支混凝土梁损伤识别方法 | |
EP2090886A2 (de) | Verfahren zur Optimierung der Spannungsverteilung bei Anwendungen akustischer Thermographie | |
RU2473880C2 (ru) | Способ определения модуля упругости бетона в упругих железобетонных конструкциях балочного типа | |
Barboni et al. | A method to precise determine the Young’s modulus from dynamic measurements | |
Ramos et al. | Operational modal analysis for damage detection of a masonry construction | |
RU2406075C1 (ru) | Способ определения жесткости горизонтального шва в двухслойных конструкциях балочного типа | |
RU2473879C2 (ru) | Способ определения диаметра продольной арматуры в упругих железобетонных конструкциях балочного типа | |
Faircloth et al. | Experimental modal analysis of appropriate boundary conditions for the evaluation of cross-laminated timber panels for an in-line approach | |
RU2306547C1 (ru) | Способ определения изгибной жесткости укрупнительного стыка однопролетных составных балок постоянного сечения (варианты) | |
RU2719793C1 (ru) | Способ определения модуля упругости бетона в упругих железобетонных балках | |
RU2308687C2 (ru) | Способ определения собственных форм колебаний упругой конструкции | |
RU2146818C1 (ru) | Способ определения характеристик напряженно-деформированного состояния конструкционных материалов | |
Gudmarsson et al. | Characterizing the complex modulus and Poisson’s ratio of asphalt concrete specimens through modal testing | |
RU2308699C1 (ru) | Способ определения максимального прогиба однопролетных составных деревянных балок с укрупнительными стыками | |
RU2354949C2 (ru) | Способ неразрушающего контроля качества железобетонных конструкций блочного типа | |
RU2160893C1 (ru) | Способ неразрушающего контроля качества готового железобетонного изделия | |
RU2443993C1 (ru) | Способ усталостных испытаний металлических образцов | |
RU2097727C1 (ru) | Способ неразрушающего контроля качества готового железобетонного изделия | |
RU2029931C1 (ru) | Способ определения величины преднапряжения арматуры в готовой строительной конструкции | |
RU2073218C1 (ru) | Способ определения величины преднапряжения арматуры в готовой строительной конструкции | |
SU1569698A1 (ru) | Способ виброакустического контрол изделий | |
RU2037819C1 (ru) | Способ контроля технического состояния изделий из композиционных материалов | |
RU2303774C1 (ru) | Способ обнаружения дефектов в материале упругой конструкции | |
RU2259546C1 (ru) | Способ неразрушающего контроля качества железобетонных конструкций балочного типа |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130428 |