СПОСОБ ВИБРАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МОСТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
METHOD FOR VIBRATION CONTROL OF THE TECHNICAL CONDITION OF BRIDGE STRUCTURES

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля технического состояния конструкций мостовых сооружений, а также может быть использовано для контроля и диагностики других инженерных сооружений и конструкций, таких как каркасы зданий, мостовые краны и т.п.
Известны способы инструментального неразрушающего контроля технического состояния и диагностики, при которых конструкцию подвергают динамическим нагрузкам. При этом в конструкции возбуждают вынужденные и собственные колебания, параметры которых (частота и амплитуда) измеряют в фиксированных точках с помощью первичных измерительных преобразователей механических величин перемещений, скорости, ускорения в электрический заряд или напряжение. Из полученных значений выделяют какой-либо диагностический признак, характеризующий косвенно наличие дефектов в мостовой конструкции (трещины бетона, обрывы арматуры, подвижность опоры и т.д.) - патент RU 2158420 С1 от 27.10.2000 г. Например, в способе по патенту №2158420 С1 в качестве диагностического признака использован сдвиг по частоте пиков собственных колебаний конструкции.
Недостатком известного способа вибрационного контроля технического состояния мостовых конструкций является необходимость разработки и тестирования специальных таблиц значений сдвига пиков колебаний, соответствующих тому или иному виду дефектов, что весьма трудоемко и не гарантирует требуемой точности оценки технического состояния мостовой конструкции.
Прототипом является способ контроля технического состояния пролетного строения (патент RU 2194978 от 30.10.2000 г.), включающий воздействие на мостовую конструкцию динамической нагрузки, измерение при этом параметров механической вибрации производят с помощью акселерометров в контрольных точках. По полученным параметрам диагностического признака определяют положения зон аномального механического напряжения.
Техническим результатом изобретения является упрощение способа вибрационного контроля технического состояния мостовых конструкций и расширение возможности его использована для разнообразных мостовых конструкций и их дефектов.
х
у
z
Результат достигается тем, что согласно изобретения параметры динамической нагрузки, схема и масса, скорость приложения к мостовой конструкции принимают сопоставимыми с параметрами реально действующей временной нагрузки, а измерение параметров механической вибрации осуществляют акселерометрами-виброметрами, интеллектуальными, цифровыми с встроенными процессорами, которые путем интегрирования регистрируемых ускорений рассчитывают виброскорости и виброперемещения в контрольных точках, а в качестве основных критериев оценки технического состояния мостовой конструкции принимают отношения измеренных максимальных значений перемещений - амплитуд в направлениях осей трехмерной системы координат с началом в контрольной точке к расчетной величине перемещений от статического приложения нагрузки, равной по массе динамической нагрузке (Кх, Ку, Kz), а также измеренных динамических коэффициентов (1+μ), (1+μ), (1+μ), определенных как отношения измеренных максимальных значений перемещений -амплитуд колебаний к среднему измеренному значению в направлении соответствующих осей системы координат к расчетным динамическим коэффициентам, причем, полученные значения (Кх, Ку, Kz) в интервале выше 1 соответствуют наличию зоны аномально механического напряжения, а значения (Кх, Ку, Kz)<1 - об ее отсутствии, также, как отношения измеренных значений динамических коэффициентов к расчетным.
В основу предлагаемого способа положено применение закона Гука о наличии детерминированной зависимости между силой, механическими напряжениями, перемещениями и упругими свойствами в исследуемой точке конструкции, что позволяет в способе вибрационного контроля технического состояния мостовых конструкций переходить от перемещений к механическим напряжениям и определять грузоподъемность мостовых конструкций.
При наличии дефектов (обрывов арматуры, трещин в бетоне или в сварных швах и т.п.) изменяются параметры жесткости (изгибной жесткости) конструкции, что приводит к увеличению значений перемещений в рассматриваемых точках мостовых конструкций и наоборот - отсутствие дефектов подтверждается примерным соответствием значений измеренных и рассчитанных по правилам строительной механики перемещений от воздействия статической нагрузки, равной по массе динамической нагрузке с учетом динамического коэффициента.
В качестве динамической нагрузки используют преимущественно грузовой автомобиль, статическое воздействие которого на мостовую конструкцию сопоставимо с воздействием реально действующей временной нагрузкой, например эталонной.
Другой особенностью предлагаемого способа является использование для измерения параметров механической вибрации акселерометров-виброметров интеллектуальных цифровых с встроенными процессорами, преобразователем интерфейса и компьютера с соответствующим программным обеспечением. Сочетание упомянутых элементов создает измерительную линию.
В качестве примера одного из вариантов реализации предлагаемого способа вибрационного контроля состояния мостовых конструкций приведена схема испытаний опоры автодорожного моста при назначении капитального ремонта сооружения.
На фиг. 1 показан фрагмент фасада мостового сооружения, на фиг. 2 - поперечный разрез, на фиг. 3 - виброграммы перемещений в вертикальном (а) направлении, горизонтальном (b) вдоль оси моста, и горизонтальном (c) поперек оси моста, 1 - опора моста, 2 - динамическая нагрузка - движущийся грузовой автомобиль, 3- пролетное строение, 4 - акселерометры-виброметры, 5 - преобразователь интерфейса, 6 -компьютер.
х
у
z
Последовательность действий - положение контрольных точек (точки) верх опоры. Воздействие на мостовую конструкцию - опору 1 динамической нагрузки 2 осуществляли движущимся по пролетному строению 3 грузовым автомобилем 2, при этом акселерометром-виброметром 4 регистрировали ускорения в контрольной точке. Встроенными в него процессором, путем интегрирования рассчитаны виброскорости и виброперемещения. Через преобразователь интерфейса 5 данные передали в компьютер 6 и зарегистрировали в виде виброграмм а, b, c. Схема и масса динамической нагрузки 2, скорость приложения - передвижение по пролетному строению 3 сопоставимы с воздействием эталонной нагрузки. Отношения значений измеренных максимальных перемещений - амплитуд в направлениях осей трехмерной системы координат, совпадающих с направлениями линейных размеров мостовой опоры 1 и с началом в контрольной точке, к расчетной величине перемещений от статического приложения, равной по массе динамической нагрузке 2 - (Кx, Кy, Кz). Динамические коэффициенты (1+μ), (1+μ), (1+μ), определенные как соотношение максимального значения перемещения (а, b, c) - амплитуд колебаний к средним измеренным значениям в направлении соответствующей оси системы координат 0, X, Y, Z.
z
х
y
z=
Применение предлагаемого способа контроля технического состояния мостовых конструкций позволяет упростить способ контроля технического состояния мостовых конструкций, расширить возможность учета разнообразных мостовых конструкций и их дефектов. Вычисление значений механических напряжений в контрольных точках выполняется в соответствии с законом Гука. В приведенном примере динамические коэффициенты в направлении осей X, Y, Z соответственно составляют (1+μ)=1,66; (1+μ)=1,49; (1+μ)=1,49. Максимальное значение динамического коэффициента (1+μ)1,66 свидетельствует о наличии дефектов проезжей части - неровностей.
Кх=1,06, Ку=0,87, Кz=0,66.
Это свидетельствует о наличии зоны аномальных механических напряжений в заделке столбов опоры 1 при работе на горизонтальные нагрузки в фундамент (на чертеже не показан) опоры 1 в направлении оси X.
у
Несмотря на большое значения динамического коэффициента (1+μ) конструктивный коэффициент Кz свидетельствует о наличии резерва грузоподъемности в направлении оси Z.
В результате применения предлагаемого способа получают конструктивные коэффициенты, характеризующие пространственную работу мостовой конструкции, а также ее техническое состояние и грузоподъемность.
При совпадении во времени значений перемещений по осям X, Y, Z в контрольных точках результирующее перемещение определяется по правилу сложения векторов.