Способ определения механического напряжения в стальной арматуре железобетонной конструкции
METHOD OF DETERMINING MECHANICAL STRESS IN STEEL REINFORCEMENT OF REINFORCED CONCRETE STRUCTURE

Изобретение относится к области строительства, в частности к оценке технического состояния железобетонных конструкций и может быть использовано для определения действующих механических напряжений в конструкциях, например в стальной арматуре.
Известен способ диагностики состояния железобетонных конструкций (патент РФ №2589459, кл. G01L 5/02, 2016 г.), который заключается в воздействии сосредоточенной динамической ударной нагрузкой на балку после преднапряжения арматуры, измерении основной частоты колебаний, определении аналитической величины собственной частоты колебаний конструкции с учетом прогнозируемой расчетной величины напряжения в середине пролета в верхней сжатой фибре балочной конструкции, силы предварительного натяжения в арматуре, модуля упругости, расчетной длины арматуры, расстояния от нейтральной оси до сжатой фибры, силы Эйлера и о величине преднапряжения арматуры судят по отклонению измеренной частоты колебаний от аналитической частоты колебаний.
Также известен способ определения механического напряжения в стальных конструкциях магнитным методом (патент РФ №2641511, G01L 1/12, 2018 г. - прототип) включающий использование эталонного образца из металла, аналогичного материалу образца действующей конструкции, воздействие нагрузки на эталонный образец, измерение физической величины при разной нагрузке, получение зависимости физической величины от величины напряжений в эталонном образце, измерение физической величины на участке контроля образца действующей конструкции и определение в нем величины напряжения с помощью полученной зависимости.
Общим недостатком известных технических решений является невозможность применения их при определении механических напряжений в стальной арматуре железобетонной конструкции.
Техническим результатом является создание процесса измерения механического напряжения в арматуре железобетонной конструкции.
Технический результат достигается тем, что в способе определения механического напряжения в стальной арматуре железобетонной конструкции, включающем использование эталонного образца из металла, аналогичного материалу образца действующей конструкции, воздействие нагрузки на эталонный образец, измерение физической величины при разной нагрузке, получение зависимости физической величины от величины напряжений в эталонном образце, измерение физической величины на участке контроля образца действующей конструкции и определение в нем величины напряжения с помощью полученной зависимости, согласно изобретению в качестве образца используют арматуру, а в качестве физической величины используют силу тока, которую при одинаковых условиях определяют на оголенном участке действующей арматуры железобетонной конструкции и на аналогичном эталонном образце арматуры, при этом предварительно измеряют силу тока при разной нагрузке, оказываемой на эталонный образец арматуры, который аналогичен по материалу и геометрическим размерам действующей арматуре железобетонной конструкции, затем строят тарированный график зависимости силы тока от механического напряжения I(σ), далее определяют величину отклонения ΔI между силой тока измеренной на оголенном участке (длиной L) действующей арматуры железобетонной конструкции и силой тока на аналогичном эталонном образце арматуры и по ней по тарированному графику зависимости I(σ) определяют механическое напряжение действующей арматуры железобетонной конструкции.
Совокупность признаков, содержащихся в независимом пункте формулы изобретения, не известна из уровня техники, что свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию патентоспособности «новизна».
По данным научно-технической и патентной литературы не обнаружена совокупность признаков, позволяющая решать задачу, которая ранее не могла быть решена известными техническими решениями. В уровне техники отсутствуют решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками предлагаемого технического решения, что свидетельствует о соответствии технического решения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
Соответствие заявляемого решения критерию патентоспособности «промышленная применимость» обусловлено тем, что предлагаемое техническое решение работоспособно и возможно его использование в области строительства, в частности для оценки технического состояния железобетонных конструкций.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 - представлена тарированный график зависимости силы тока от механического напряжения I(σ); на фиг. 2 - схема прибора для измерения силы тока.
Способ определения механического напряжения в стальной арматуре железобетонной конструкции основан на изменении поперечного сечения арматуры при ее сжатии или растяжении, которое ведет к изменению омического сопротивления стали, а последнее - к изменению силы тока при постоянном электрическом напряжении.
Он осуществляется следующим образом.
Для контроля механического напряжения в арматуре железобетонной конструкции используют прибор содержащий источник тока (батарея) 1 соединенного с микроамперметром 2 и провода с клеммами 3 для соединения с арматурным стальным стержнем 4. Силу тока измеряют при одинаковых условиях. Клеммы 3 соединяют с предварительно оголенным участком действующей арматуры железобетонной конструкции и на аналогичном эталонном образце арматуры с длиной равной длине оголенного участка действующей арматуры.
Предварительно строят тарированный график зависимости силы тока от механического напряжения I(σ) для этого измеряют силу тока при разной нагрузке, оказываемой на эталонный образец арматуры, который аналогичен по материалу и геометрическим размерам действующей арматуре железобетонной конструкции, далее определяют величину отклонения ΔI между силой тока измеренной на оголенном участке действующей арматуры железобетонной конструкции и силой тока на аналогичном эталонном образце арматуры и по ней по тарированному графику зависимости I(σ) определяют механическое напряжение действующей арматуры железобетонной конструкции.
Пример конкретного осуществления способа определения механического напряжения в стальной арматуре железобетонной конструкции.
Для доказательства эффективности заявляемого технического решения были проведены научные исследования в лаборатории кафедры строительных материалов Кубанского аграрного университета.
Испытания проводились в следующей последовательности:
2
1. Получение зависимости силы тока от действующих механических напряжений (при постоянном электрическом напряжении). Для чего были приняты две группы стержней (по два стержня диаметром 12 мм в группе) из стали горячекатаной круглой марки Ст. 3 класса AI (А240) и периодического профиля марки 25Г2С класса AIII (А400) по ГОСТ 5781. Длина стержней по 45 см. Диаметры стержней замерены штангенциркулем с ценой деления 0,1 мм. Расчетная площадь сечения каждого стержня - 1,13 см. Испытания велись на разрывной машине Р-20. База измерения (расстояние между клеммами) L=25 см.
Испытаниям подвергалась каждая группа арматуры: один образец устанавливался в разрывной машине, другой (второй) - являлся эталоном.
Снимались электрические показания вначале на эталоне, а затем - на растягиваемом стержне.
Загружение осуществляли поэтапно. Показания снимались до начала загружения с последующим снятием клемм со стержня. После этапного заружения клеммы зажимались на арматуре и измерялась сила тока и клеммы снимались.
По результатам испытаний строился тарированный график зависимости приращения силы тока от механических напряжений в арматуре (фиг. 1).
2. Определение механических напряжений в стальной арматуре.
Для чего:
- закрепляли стержневую арматуру диаметром 12 мм в разрывной машине;
- замеряли силу тока в эталонном стержне (на базе L=25 см);
- стержень в разрывной машине нагружали до определенного усилия;
- замеряли силу тока;
- определяли изменение силы тока ΔI и по графику (фиг. 1) находили механическое напряжение в стальной арматуре.
Сверка данных по механическим напряжениям в арматуре, определенных по графику, с фактическими, показала расхождения 5-12%.