УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УДЛИНЕНИЯ СТЕРЖНЕВОЙ АРМАТУРЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ КОНСТРУКЦИИ
ULTRASONIC METHOD OF MEASURING ELONGATION OF REINFORCEMENT BAR OF REINFORCED CONCRETE STRUCTURE

Изобретение относится к области неразрушающего контроля строительных железобетонных конструкций и основано на определении несущей способности конструкции на основе определения изменения удлинения несущей арматуры.
Известен способ измерения силы натяжения арматуры по величине ее удлинения, в котором для измерения длины арматуры применяются: линейки металлические измерительные по ГОСТ 427-75; рулетки металлические измерительные по ГОСТ 7502-69; штангенциркули по ГОСТ 166-73 (ГОСТ 22362-77 «Конструкции железобетонные. Методы измерения силы натяжения арматуры»). Недостатком данного способа является невозможность его осуществления на готовой железобетонной конструкции.
Известен способ контроля несущей способности предварительно-напряженного железобетонного покрытия или перекрытия по напряженно-деформируемому состоянию вантовой арматуры (RU 2319952, МПК G01N 27/04, 2006) путем пропуска по арматуре электрического тока и измерения электросопротивления, по изменению которого судят о напряженном состоянии арматуры, отличающийся тем, что каждый стержень вантовой арматуры предварительно тарируют по растягивающему напряжению и электросопротивлению, а в процессе возведения и эксплуатации здания в период нагружения покрытия или перекрытия по каждому напряженному стержню вантовой арматуры пропускают электрический ток низкой частоты и контролируют изменения электросопротивления стержня, по которому определяют напряженное состояние стержня, и по предельно допустимому напряжению в стержне судят о несущей способности покрытия или перекрытия.
Недостатками этого способа являются температурная зависимость электросопротивления, энергозатратность, технологическая сложность осуществления измерений, высокая погрешность проводимых измерений.
Известен также способ измерения усилия в рабочей стержневой арматуре железобетонного сооружения (RU 2389987, МПК G01L 1/00, 2006), включающий образование двух штраб вдоль арматурного стержня на расстоянии не менее длины анкеровки, установку на обнаженную арматуру одной из штраб датчиков деформации, измерение начального значения относительной продольной деформации арматуры, перерезание арматуры в другой штрабе, последовательное вскрытие бетонного слоя с обнажением арматуры между штрабами до образования единой штрабы и вторичное измерение значения относительной продольной деформации арматуры, вычисление по разности двух измеренных деформаций действовавшего в арматуре до ее перерезания усилия, установку преобразователя силы на место вырезанного отрезка обнаженного арматурного стержня и измерение текущих значений усилий в арматуре железобетонного сооружения.
Недостатками этого способа являются трудоемкость установки датчиков, а также то, что усилие измеряется только на участке арматуры.
Наиболее близких аналогов не обнаружено.
Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения удлинения арматуры, снижение трудоемкости измерения, энергозатрат, а также возможность контроля удлинения арматурного стержня в готовой железобетонной конструкции.
Указанный технический результат достигается тем, что через стержень арматуры пропускают ультразвуковой сигнал, измеряют фазу сигнала на выходе из стержня при ненагруженном и нагруженном состояниях, а удлинение стержня определяют по формуле
,
2
1
1
2
где Δφ=φ-φ; φ - фаза сигнала на выходе стержня арматуры при ненагруженном состоянии; φ - фаза сигнала на выходе стержня арматуры при нагруженном состоянии; С - скорость прохождения ультразвука в арматуре; f - частота сигнала.
Сущность изобретения заключается в том, что при нагружении стержня арматуры изменяется его удлинение и, соответственно, время прохождения ультразвукового сигнала, а также фаза сигнала φ относительно его ненагруженного состояния (фиг.1), где обозначено: 1 - сигнал на выходе усилителя (фиг.2); 2 - сигнал, поступающий на фазометр через ненагруженный стержень арматуры; 3 - сигнал, поступающий на фазометр через нагруженный стержень арматуры; Δφ - разность фаз при прохождении сигнала через ненагруженный и нагруженный стержень арматуры.
Способ может быть реализован, например, с помощью устройства, структурная схема которого приведена на фиг.2, где обозначено: 4 - генератор сигналов, 5 - модулятор, 6 - схема формирования прямоугольных импульсов, 7 - усилитель, 8 - пьезоизлучатель, 9 - стержень арматуры, 10 - пьезоприемник, 11 - усилитель, 12 - фазометр, 13 - аттенюатор, 14 - железобетонная плита.
Назначение элементов ясно из их названия, элементы 4, 5, 7, 8, 10, 11, 12, 13, входящие в состав устройства, могут быть выполнены на основе радиотехнических приборов.
Способ осуществляется следующим образом.
Ультразвуковой сигнал, вырабатываемый генератором сигналов 4, подается на модулятор 5 и схему формирования прямоугольных импульсов 6. Схема формирования импульсов вырабатывает прямоугольные импульсы, синхронизированные по фронту синусоидального сигнала, которые поступают на модулятор. С модулятора усиленный усилителем 7 сигнал подается на пьезоизлучатель 8. Колебания, прошедшие по стержню арматуры 9 и задержанные на время, эквивалентное длине арматуры, преобразуемые в электрические сигналы пьезоприемником 10 и усиливаемые усилителем 11, поступают на фазометр 12. В качестве опорного для фазометра используется сигнал, ослабленный аттенюатором 13.
По показаниям фазометра определяют разность фаз Δφ нагруженного и ненагруженного образцов арматуры, которая используется для определения удлинения арматуры.