RU2716173C1 - Способ определения деформаций, напряжений, усилий и действующих нагрузок в элементах эксплуатируемых металлических конструкций - Google Patents
Способ определения деформаций, напряжений, усилий и действующих нагрузок в элементах эксплуатируемых металлических конструкций Download PDFInfo
- Publication number
- RU2716173C1 RU2716173C1 RU2019117149A RU2019117149A RU2716173C1 RU 2716173 C1 RU2716173 C1 RU 2716173C1 RU 2019117149 A RU2019117149 A RU 2019117149A RU 2019117149 A RU2019117149 A RU 2019117149A RU 2716173 C1 RU2716173 C1 RU 2716173C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- strain gages
- deformations
- holes
- strain
- resistance strain
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/06—Measuring force or stress, in general by measuring the permanent deformation of gauges, e.g. of compressed bodies
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Изобретение относится к неразрушающему контролю деформаций, напряжений, наибольших усилий и действующих нагрузок в элементах эксплуатируемых металлических конструкций. Способ заключается в следующем: теоретически или экспериментально выявляют место (сечение) с наибольшими деформациями в элементе металлической конструкции от эксплуатационной нагрузки. Усиливают поперечное сечение приваренными накладками с отверстием и закругленными концами для снижения концентрации напряжений, расположенными вдоль силовых линий несущего элемента конструкции, толщиной, равной не менее толщины проката элемента металлической конструкции. Затем в местах с наибольшими деформациями на верхней и нижней грани поперечного сечения несущего элемента конструкции через отверстие накладки устанавливают 3-4 тензорезистора, изолируют их полимерным клеем для того, чтобы убрать влияние внешних воздействий при проведении испытаний и измеряют их омические сопротивления. Затем в элементе с тензорезисторами просверливают отверстия между тензорезисторами диаметром, равным 3-4 значениям ширины тензорезисторов, на расстоянии от тензорезисторов, равном двум диаметрам отверстий, а конструкцию в процессе сверления отверстий охлаждают известными способами, например водой или смазочно-охлаждающими жидкостями, для того, чтобы убрать температурные воздействия, после просверливания отверстий вновь измеряют омические сопротивления тензорезисторов и определяют наибольшее значение деформации по всем результатам измерений сопротивлений тензорезисторов, через которые вычисляют наибольшее напряжение и изгибающий момент в несущем элементе конструкции. Техническим результатом предлагаемого изобретения является сохранение остаточной несущей способности несущего элемента, повышение безопасности проведения испытаний и сохранение непрерывности эксплуатации сооружения. 2 ил.
Description
Изобретение относится к неразрушающему контролю деформаций, напряжений, наибольших усилий и действующих нагрузок в элементах эксплуатируемых металлических конструкций.
Известен способ определения механических напряжений, заключающийся в том, что из фрагмента металла, аналогичного металлу конструкции, вырезают образец. Шлифованием подготавливают одну из боковых поверхностей образца до гладкого состояния. Зажимают образец в захватах разрывной машины. Ступенчато нагружают образец до достижения металлом предела текучести. На каждом шаге нагружения измеряют микротвердость поверхности не менее 50 раз, произвольно перемещая датчик микротвердомера по поверхности образца. Рассчитывают дисперсию результатов измерения на каждом шаге нагружения. Строят зависимость дисперсии значений микротвердости от напряжений в металле. Шлифованием подготавливают поверхность металла конструкции для измерений микротвердости. Измеряют микротвердость поверхности не менее 50 раз, произвольно перемещая датчик микротвердомера по поверхности конструкции. Рассчитывают дисперсию значений микротвердости и определяют величину напряжений в конструкции с помощью полученной зависимости (RU 2389988, МПК G01L 1/06, опубл. 20.05.2010).
Недостатком данного метода является низкая точность определения напряжений, т.к. сложно подобрать металл, аналогичный по свойствам конструкционному металлу, вследствие его деградации и влияния условий среды.
Известен способ определения запаса прочности, заключающийся в том, что на контролируемом участке образца (аналога) элемента (или на действующем элементе) при отсутствии внешней изгибающей силы и при приложении внешней изгибающей силы (в пределах упругих свойств элемента) каждый раз осуществляется намагничивание в целях создания симметричного магнитного поля относительно оси (осей) симметрии геометрической фигуры поперечного сечения элемента. Измеряется величина индукции магнитного поля в характерных точках на границах поперечных сечений элемента, симметричных друг другу относительно оси (осей) симметрии сечений элемента. Определяется средняя разность абсолютных величин магнитной индукции в характерных точках на контролируемом участке. По экспериментальной зависимости изгибающей силы (или средней напряженности в материале) от средней разности абсолютных значений магнитной индукции в характерных точках на контролируемом участке образца (аналога) элемента (или на действующем элементе) находится аналитическая зависимость. На контролируемом участке элемента конструкции, находящейся в рабочем состоянии, создается симметричное магнитное поле относительно геометрической фигуры сечения элемента, измеряется величина индукции магнитного поля в характерных точках сечений, определяется средняя разность абсолютных значений магнитной индукции в аналогичных характерных точках и, по полученной ранее аналитической зависимости, находится среднее оценочное значение напряженности в материале на контролируемом участке элемента действующей конструкции (RU №2590224, МПК G01N 27/72, опубл. 10.07.2016).
Недостатком данного способа является низкая точность определения напряжений и сложность проведения испытаний.
Известен способ измерения напряженно-деформированного состояния в конструкциях без снятия нагрузок, заключающийся в том, что в контролируемых точках устанавливают тензорезисторы, включенные в тензометрический мост измерителя деформаций. При этом тензорезисторы закрепляют на конструкции, находящейся в деформированном напряженном состоянии, и производят измерения поверхностных деформаций, которые принимают за конечные, затем выполняют вырезки материала вокруг тензорезисторов на глубину, соответствующую снятию напряженного состояния конструкции в точке измерения деформаций, и измеряют поверхностные деформации конструкции, которые принимают за начальные, на основании указанных начальных и конечных поверхностных деформаций определяют поверхностные деформации конструкции под нагрузкой, затем на образце конструкции, который находится в ненапряженном состоянии, измеряют начальные деформации образца конструкции, после чего производят вырезки материала в образце конструкции вокруг измерительного тензорезистора на ту же глубину, что и в материале исследуемой конструкции, измеряют конечные деформации образца конструкции, на основании измеренных значений начальных и конечных деформаций образца конструкции определяют остаточные температурные деформации недеформированной конструкции и вычисляют истинные относительные деформации конструкции, вычитая из поверхностных остаточных деформаций конструкции под нагрузкой остаточные температурные деформации недеформированной конструкции (RU №2302610, МПК G01B 7/16, опубл. 10.07.2007).
Недостатком данного способа является низкая безопасность проведения испытаний, т.к. ослабление наиболее опасного сечения может привести конструкцию в аварийное состояние.
Наиболее близким изобретением является способ снятия нагрузок методом кольцевого надреза, заключающийся в том, что на несущий элемент конструкции в области определения напряжений наклеивают 4 разнонаправленных тензорезистора и измеряют их омическое сопротивление. Затем с помощью тонкой фрезы, насаженной на дрель, делают кольцевой надрез вокруг наклеенных тензорезисторов и вновь измеряют их омическое сопротивление. Затем определяют относительные деформации и по найденным упругим постоянным и относительным деформациям рассчитывают направление нормалей главных площадок и величину главных напряжений (Лужин О.В., Злочевский А.Б., Горунов И.А. и др. Обследование и испытаний сооружений. М.: Стройиздат, 1987. 263 с.).
Недостатками данного способа является небезопасность проведения испытаний с ослаблением сечением.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является сохранение остаточной несущей способности несущего элемента; повышение безопасности проведения испытаний; сохранение непрерывности эксплуатации сооружения.
Технический результат достигается за счет предварительного усиления ослабляемого сечения приваренными накладками.
Изобретение поясняется графически (фиг. 1-2). На фиг. 1 представлен условный вид реализации способа определения деформаций, напряжений, усилий и действующих нагрузок для металлических элементов с профилем в виде двутавра, где 1 - накладка; 2 - отверстие; 3 - тензорезистор; 4 - исследуемый элемент конструкции. На фиг. 2 представлен условный вид реализации способа определения деформаций, напряжений, усилий и действующих нагрузок для металлических элементов с профилем в виде прямоугольной трубы, где 1 - накладка; 2 - отверстие; 3 - тензорезистор; 4 - исследуемый элемент конструкции.
Способ заключается в следующем: теоретически или экспериментально выявляют место (сечение) с наибольшими деформациями в элементе металлической конструкции от эксплуатационной нагрузки. Усиливают поперечное сечение приваренными накладками с отверстием и закругленными концами для снижения концентрации напряжений (фиг. 1-2), расположенными вдоль силовых линий несущего элемента конструкции, толщиной, равной не менее толщины проката элемента металлической конструкции. Затем в местах с наибольшими деформациями на верхней и нижней грани поперечного сечения несущего элемента конструкции через отверстие накладки устанавливают (наклеивают) 3-4 тензорезистора, изолируют их полимерным клеем для того, чтобы убрать влияние внешних воздействий при проведении испытаний и измеряют их омические сопротивления R0,i. Затем в элементе с тензорезисторами просверливают отверстия между тензорезисторами диаметром, равным 3-4 значениям ширины тензорезисторов, на расстоянии от тензорезисторов, равном двум диаметрам отверстий, а конструкцию в процессе сверления отверстий охлаждают известными способами, например, водой или смазочно-охлаждающими жидкостями для того, чтобы убрать температурные воздействия, после просверливания отверстий вновь измеряют омические сопротивления тензорезисторов R1,i и определяют наибольшее значение деформации по всем результатам измерений сопротивлений тензорезисторов по формуле:
где kT - коэффициент тензочувствительности тензорезистора;
R0,i - сопротивление i-тензорезистора до высверливания отверстий в конструкции;
R1,i - сопротивление i-тензорезистора после высверливания отверстий в конструкции.
Наибольшее напряжение в несущем элементе конструкции находят по формуле:
где Es - модуль упругости; εmax - максимальная относительная деформация, полученная по результатам испытаний.
Для стали Es=2⋅105 МПа, а для других материалов модуль упругости определяется согласно соответствующим нормативным документам;
Изгибающий момент в элементе конструкции, работающем на изгиб (балка) определяют по формуле:
где W - момент сопротивления, определяемый расчетом или по соответствующим сортаментам элементов конструкций;
В случае несущего элемента конструкции работающего на сжатие или растяжение, усилие определяют по формуле:
где А - площадь поперечного сечения несущего элемента конструкции.
Для определения эксплуатационной нагрузки в задачах на определение надежности, риска и других показателей уровня безопасности эксплуатации элементов выявляют расчетную схему элемента конструкции и по формулам строительной механики находят значение эксплуатационной нагрузки. Например, для свободно опертой металлической балки при равномерно распределенной нагрузке по всей длине пролета эксплуатационная нагрузка (с учетом собственного веса) определяется по формуле:
Т.к. усилия в одном и том же поперечном сечении несущего элемента могут отличаться, то накладки устанавливаются в нескольких участках несущего элемента в местах наибольших деформаций.
Пример реализации.
Требуется измерить эксплуатационное напряжение и нагрузку на изгибаемую металлическую балку I20Б1 по ГОСТ Р 57837-2017 (модуль упругости стали Es=2⋅1011 Па) пролетом В соответствии с ГОСТ Р 57837-2017, момент сопротивления балки: W=184⋅10-6 м3. На балку навариваются накладки и устанавливаются тензорезисторы (условно 3 штуки) в отверстие накладки. Примем условно коэффициент тензочувствительности тензорезистора kT=4. Измеряется омическое сопротивление тензорезисторов: R0,1=800 Ом; R0,2=804 Ом; R0,3=802 Ом. Высверливается отверстия между тензорезисторами. Вновь измеряется омическое сопротивление тензорезисторов: R1,1=795 Ом; R1,2=800 Ом; R1,3=799 Ом. Определяют значения относительных деформаций: Выбирается максимальное значение: εmax=0,0016. Наибольшее напряжение определяют по (2) как:
σs,max=εmax⋅Es=0,0016⋅2⋅1011=320 МПа.
Изгибающий момент определяют по (3) как:
Ms,max=σs,max⋅W=320⋅106⋅184⋅10-6=58,88 кН⋅м.
По сравнению с известным, предлагаемое изобретение позволяет сохранить остаточную несущую способность несущего элемента; повысить безопасность проведения испытаний, а также выявить усилия в сечении элемента и эксплуатационную нагрузку на элемент.
Claims (12)
- Способ определения деформаций, напряжений, усилий и действующих нагрузок в элементах эксплуатируемых металлических конструкций, заключающийся в том, что выявляют место с наибольшими деформациями в несущем элементе металлической конструкции от эксплуатационной нагрузки, в местах с наибольшими деформациями на верхней и нижней грани поперечного сечения несущего элемента конструкции устанавливают 3-4 тензорезистора, изолируют их полимерным клеем и измеряют их омические сопротивления R0,i, затем в элементе с тензорезисторами просверливают отверстия между тензорезисторами диаметром, равным 3-4 значениям ширины тензорезисторов, на расстоянии от тензорезисторов, равном двум диаметрам отверстий, а конструкцию в процессе сверления отверстий охлаждают, после просверливания отверстий вновь измеряют омические сопротивления тензорезисторов R1,i, и определяют наибольшее значение деформации по всем результатам измерений сопротивлений тензорезисторов по формуле:
- где kT - коэффициент тензочувствительности тензорезистора,
- а наибольшее напряжение в несущем элементе металлической конструкции находят по формуле:
- где Es - модуль упругости; εmax - максимальная относительная деформация, полученная по результатам испытаний, отличающийся тем, что до высверливания отверстий усиливают поперечное сечение приваренными накладками с отверстиями и закругленными концами для снижения концентрации напряжений, расположенными вдоль силовых линий несущего элемента конструкции, толщиной, равной не менее толщины проката элемента металлической конструкции, а изгибающий момент в элементе конструкции, работающем на изгиб, определяют по формуле:
- где W - момент сопротивления, определяемый расчетом или по соответствующим сортаментам элементов конструкций;
- а в случае несущего элемента конструкции, работающего на сжатие или растяжение, усилие определяют по формуле:
- где А - площадь поперечного сечения несущего элемента конструкции,
- для определения эксплуатационной нагрузки в задачах на определение надежности, риска и других показателей уровня безопасности эксплуатации элементов, выявляют расчетную схему элемента конструкции и находят значение эксплуатационной нагрузки.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019117149A RU2716173C1 (ru) | 2019-06-03 | 2019-06-03 | Способ определения деформаций, напряжений, усилий и действующих нагрузок в элементах эксплуатируемых металлических конструкций |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019117149A RU2716173C1 (ru) | 2019-06-03 | 2019-06-03 | Способ определения деформаций, напряжений, усилий и действующих нагрузок в элементах эксплуатируемых металлических конструкций |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2716173C1 true RU2716173C1 (ru) | 2020-03-06 |
Family
ID=69768463
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019117149A RU2716173C1 (ru) | 2019-06-03 | 2019-06-03 | Способ определения деформаций, напряжений, усилий и действующих нагрузок в элементах эксплуатируемых металлических конструкций |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2716173C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2302610C1 (ru) * | 2006-01-10 | 2007-07-10 | Военный инженерно-технический университет | Способ определения напряженно-деформированного состояния конструкций без снятия нагрузок |
RU2590224C1 (ru) * | 2015-04-07 | 2016-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Способ оценки изгибных напряжений в элементах конструкций |
RU2596694C1 (ru) * | 2015-07-27 | 2016-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодский государственный университет" (ВоГУ) | Способ измерения длины трещины и скорости ее развития в изгибаемых и растягиваемых элементах конструкций |
GB2542475A (en) * | 2015-07-24 | 2017-03-22 | Xia Qingfeng | Methods and apparatus for measuring deformation |
RU2670217C1 (ru) * | 2017-12-25 | 2018-10-19 | Общество с ограниченной ответственностью "ТЕХНОЛОГИИ МОНИТОРИНГА СООРУЖЕНИЙ" | Способ измерения напряженно-деформированного состояния металлических конструкций без снятия статических нагрузок |
-
2019
- 2019-06-03 RU RU2019117149A patent/RU2716173C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2302610C1 (ru) * | 2006-01-10 | 2007-07-10 | Военный инженерно-технический университет | Способ определения напряженно-деформированного состояния конструкций без снятия нагрузок |
RU2590224C1 (ru) * | 2015-04-07 | 2016-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Способ оценки изгибных напряжений в элементах конструкций |
GB2542475A (en) * | 2015-07-24 | 2017-03-22 | Xia Qingfeng | Methods and apparatus for measuring deformation |
RU2596694C1 (ru) * | 2015-07-27 | 2016-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодский государственный университет" (ВоГУ) | Способ измерения длины трещины и скорости ее развития в изгибаемых и растягиваемых элементах конструкций |
RU2670217C1 (ru) * | 2017-12-25 | 2018-10-19 | Общество с ограниченной ответственностью "ТЕХНОЛОГИИ МОНИТОРИНГА СООРУЖЕНИЙ" | Способ измерения напряженно-деформированного состояния металлических конструкций без снятия статических нагрузок |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106485029B (zh) | 基于残余应变的钢筋砼梁桥损伤后承载能力评估方法 | |
Wang et al. | The assessment of residual stresses in welded high strength steel box sections | |
Dabaon et al. | Experimental investigation of built-up cold-formed steel section battened columns | |
Barter et al. | An experimental evaluation of fatigue crack growth | |
Pessiki et al. | Evaluation of effective prestress force in 28-year-old prestressed concrete bridge beams | |
US6532825B1 (en) | Fatigue damage detection sensor for structural materials and mounting method thereof | |
Bian et al. | Fatigue strength and stress concentration factors of CHS-to-RHS T-joints | |
Lee et al. | Measurement of maximum strain of steel beam structures based on average strains from vibrating wire strain gages | |
CN103323276A (zh) | 混凝土桥梁截面特性快速检测评定方法 | |
CN105158300A (zh) | 一种桥梁线状钢构件检测方法 | |
Ye et al. | Master S-N Curve-Based Fatigue Life Assessment of Steel Bridges Using Finite Element Model and Field Monitoring Data | |
Morichika et al. | Fatigue crack detection using a piezoelectric ceramic sensor | |
Zhong et al. | New non-destructive dynamic tensile testing of prestressing fine-rolled screw-threaded steel bars | |
RU2716173C1 (ru) | Способ определения деформаций, напряжений, усилий и действующих нагрузок в элементах эксплуатируемых металлических конструкций | |
RU2419764C1 (ru) | Устройство для измерения деформаций в трубопроводе | |
RU2302610C1 (ru) | Способ определения напряженно-деформированного состояния конструкций без снятия нагрузок | |
Li et al. | Experimental investigation of cold-formed stainless steel built-up closed section stub columns | |
Peiris et al. | Load testing of bridges for load rating | |
Parivallal et al. | Core-drilling technique for in-situ stress evaluation in concrete structures | |
Castellanos-Toro et al. | Evaluation of experimental techniques for performance estimation of post-tensioned concrete beams | |
RU2550826C2 (ru) | Способ измерения напряжений в конструкции без снятия статических нагрузок | |
RU2670217C1 (ru) | Способ измерения напряженно-деформированного состояния металлических конструкций без снятия статических нагрузок | |
RU2674570C1 (ru) | Способ оценки огнестойкости железобетонной плиты с защемлением по контуру | |
RU2678781C1 (ru) | Способ определения огнестойкости железобетонного сжатого элемента кольцевого сечения | |
RU2350832C2 (ru) | Способ продления ресурса надземных трубопроводов |