Способ измерения деформаций, напряжений и усилий в арматуре эксплуатируемых железобетонных конструкций
METHOD OF MEASURING DEFORMATIONS, STRESSES AND FORCES IN REINFORCEMENT OF EXPLOITED REINFORCED CONCRETE STRUCTURES

Изобретение относится к неразрушающему контролю деформаций, напряжений и наибольших усилий в рабочей арматуре эксплуатируемых железобетонных конструкций.
Известен способ определения механических напряжений в арматуре готовых железобетонных конструкций, заключающийся в том, что перемагничивают контролируемый арматурный стержень внешним магнитным полем и определяют механические напряжения, действующие в нем, по его магнитному состоянию (RU 1675694, МПК G01L 1/12, опубл. 07.09.1991).
Недостатком этого способа является низкой точности определения напряжений и высокой стоимости оборудования для проведения испытаний.
Известен способ измерения усилия в рабочей стержневой арматуре железобетонного сооружения, заключающийся в том, что вдоль арматурного стержня на расстоянии не менее длины анкеровки образуют две штрабы, в одной из которых на обнаженную арматуру устанавливают датчики деформации (тензорезисторы) и измеряют сопротивление тензорезисторов, затем в другой штрабе перерезают арматуру, последовательно вскрывают бетонный слой между штрабами с обнажением арматуры между штрабами до образования единой штрабы и вторично измеряют значение сопротивления тензорезисторов, по разности двух измеренных сопротивлений тензорезисторов вычисляют действующие в арматуре напряжения до ее перерезания и по формуле определяют усилие, затем на место вырезанного отрезка обнаженного арматурного стержня устанавливают преобразователь силы и измеряют текущие значения усилий в арматуре железобетонного сооружения, отличающийся тем, что при установке преобразователя силы последовательно с ним в тот же арматурный стержень устанавливают натяжное устройство для создания в месте установки преобразователя силы однородного напряженно-деформированного состояния железобетонной конструкции, соответствующего ее текущему состоянию к моменту перерезки арматурного стержня, затем с помощью натяжного устройства воспроизводят заданное значение усилия, которое контролируют преобразователем силы и/или датчиками деформации, после чего штрабу бетонируют (RU 2191990, МПК G01L 1/22, G01L 1/00, G01L 5/00, опубл. 27.10.2002).
Недостатком данного способа является динамический удар от перерезания арматуры, ослабление несущей конструкции, увеличение напряжений в арматуре и бетоне, увеличение остаточного прогиба, образование трещин.
Наиболее близким является способ, заключающийся в том, что при измерении начальной деформации и определения напряженного состояния арматуры железобетонного эксплуатируемого сооружения в зоне возникновения трещины образуют две штрабы на расстоянии длины анкеровки, в одной – устанавливают на арматуре тензорезисторы, а в другой – перерезают арматуру. Затем последовательно вскрывают бетонный слой с обнажением арматуры между штрабами и измеряют деформации через омические сопротивление и определяют напряженное состояние арматуры после каждого вскрытия. Окончательное измерение производят после соединения двух штраб в единую штрабу. Тензорезисторы на арматуре установлены диаметрально-противоположно (RU 2099676, МПК G01L 1/00, G01L 1/22, опубл. 20.12.1997).
Недостатком известного способа является ослабление конструкции от перерезания стержня арматуры, что приводит к динамическому удару на конструкцию, увеличению напряжений в арматуре и бетоне, увеличению прогиба, образованию трещин и может привести железобетонную конструкцию в аварийное состояние.
Технический результат заключается в отсутствии снижения оперативной несущей способности железобетонного элемента; недопущении динамического сброса напряжений; сохранении текущего уровня безопасности эксплуатации железобетонного элемента.
Технический результат достигается за счет предварительной установки стержней-коротышей, тем самым сохраняя несущую способность железобетонного элемента, предотвращая динамический сброс напряжений и сохраняя текущий уровень безопасности эксплуатации.
Способ поясняется графически (фиг. 1–4). На Фиг. 1 представлено поперечное и продольное сечение элемента железобетонной конструкции подготовленной к удалению участка рабочей арматуры 1, где 1 – рабочая арматура элемента, 2 – тензорезистор, установленный на рабочую арматуру, 3 – высверливаемое в рабочей арматуре отверстие, 4 – стержень-коротыш; 5 – сварной шов, 6 – трещина в железобетонном элементе; на Фиг. 2 представлен  вид арматуры после высверливания отверстий и при измерении сопротивлений тензорезисторов, где 1 – рабочая арматура элемента, 2 – тензорезистор, установленный на рабочую арматуру, 3 – высверливаемое в рабочей арматуре отверстие, 4 – стержень-коротыш; 5 – сварной шов; на Фиг. 3 дан вид арматуры после удаления участка стержня рабочей арматуры, где 1 – рабочая арматура элемента, 3 – высверливаемое в рабочей арматуре отверстие, 4 – стержень-коротыш; 5 – сварной шов; на Фиг. 4 представлен удаленный участок стержня рабочей арматуры с тензорезисторами, где 2 – тензорезистор, установленный на рабочую арматуру.
0,i
Способ заключается в следующем: Теоретически или экспериментально выявляют место (сечение) с наибольшими деформациями в стержнях рабочей арматуры, например, в сечении с трещиной в бетоне железобетонной конструкции типа балки или плиты от эксплуатационной нагрузки. В области конструкции в местах с наибольшими деформациями в арматуре, как правило, в крайних стержнях нижнего ряда арматуры, вдоль стержней образуют штрабы длиной равной 120-150 мм. Затем на боковой поверхности рабочей арматуры элемента по длине штрабы шлифуют площадку для наклейки тензорезисторов и наклеивают не менее трех тензорезисторов с базой не менее 10 мм и шириной не более 6-8 мм, изолируют тензорезисторы эпоксидной смолой и измеряют омическое сопротивление R всех тензорезисторов. С двух других свободных от бетона смежных сторон арматуры приваривают стержни-коротыши такого же класса и диаметра d арматуры длиной 100-120 мм с длиной сварных швов на каждом конце коротышей не менее  с обеспечением равнопрочности (Расчетное сопротивление сварного шва на срез равно  (Иосилевич И.Б. Детали машин. М.: Машиностроение, 1988. – 368 с.). Прочность арматуры определяется по формуле: . Прочность двух сварных швов равна . Из равенства прочности арматуры и швов имеем: , отсюда . Наибольшие усилия в рабочей арматуре определяются по формуле )
1,i
s
Сначала приваривают коротыши на нижней стороне рабочей арматуры (с большим напряжением), а затем на верхней стороне (с меньшим напряжением). В стержнях рабочей арматуры под прикрытием коротышей высверливают два отверстия диаметром, равным диаметру рабочей арматуры d, на расстоянии не менее 2-3 диаметров арматуры от крайних тензорезисторов и не менее 1,2-1,5 диаметра арматуры от конца сварного шва, при этом отверстия высверливают за три приема, сначала сверлом диаметром d/3, затем диаметром 2d/3 и затем диаметром равным диаметру арматуры d, для предупреждения динамического удара, при этом для охлаждения арматуры во время сварки ее поливают водой, затем удаляют полученный участок рабочей арматуры и вновь измеряют омические сопротивления тензорезисторов Rна этом участке рабочей арматуры, затем эту операцию проводят с другим стержнем рабочей арматуры в этом же сечении железобетонного элемента. На удаленных участках рабочей арматуры определяют наибольшее значение деформации из двух стержней рабочей арматуры по всем результатам измерений сопротивлений тензорезисторов  по формуле:  где  – коэффициент тензочувствительности тензорезистора;  - сопротивление тензорезистора до перерезания арматуры;   – сопротивление тензорезистора после перерезания арматуры. Наибольшее напряжение в стержне арматуры находят по формуле:    где E – модуль упругости стали арматуры.  Усилие в арматуре определяют по формуле  где  – площадь поперечного сечения рабочей арматуры. После удаления участков рабочей арматуры восстанавливается защитный слой бетона в конструкции, при необходимости предварительно защищается арматура и сварные швы от коррозии существующими методами, например, нанесением противокоррозионных составов.
По сравнению с известными, представленный способ позволяет сохранить несущую способность железобетонного элемента, предотвратить динамический сброс напряжений и сохранить текущий уровень безопасности эксплуатации железобетонного элемента.