Методы обследования металлических, железобетонных и каменных конструкций
In this article, I discussed the problem of assessing the sustainability of structures of various materials. It is noted that at present there is no standard method of non-destructive testing, which updates the research in this field.
Keywords: non-destructive testing, evaluation methods, the method of elastic rebound, acoustic control
Проблема обеспечения надежности различных конструкций с каждым годом становится все более актуальной, так как старение объектов во многих отраслях промышленности значительно опережает темпы технического перевооружения. Отдельные силовые элементы конструкции различных сооружений подвергаются статическому, циклическому и случайному нагружению. Разрушение конструкций может происходить как из-за развития дефектов, полученных в процессе изготовления конструкций, так и в результате накопления дефектов на микроуровне с последующим образованием макротрещины. Необходимо также принимать во внимание, что многие элементы конструкций работают в условиях воздействия коррозионной среды, которая приводит к их ускоренному разрушению.
Весь процесс разрушения на два основных этапа
этап зарождения;
этап распространения трещин [1].
При статическом растяжении пластическую деформацию и повреждения, накопленные до начала образования шейки, определяют как период зарождения трещин, а шейкообразование с последующим разрушением — как период распространения трещин (заштрихованная область на рисунке 1).
Рис. 1. Диаграмма напряжение-деформация при статическом растяжении [2]: σпц — предел пропорциональности, σуп — предел упругости, σ в н — нижний предел текучести, σ в т- верхний предел текучести, ε с к и σ с к — деформация и напряжение соответствующие окончанию периода зарождения трещины, σ в — временное сопротивление разрушению
Авторы, изучающие основные элементы контроля, акцентируют внимание на двух стадиях разрушения: докритической и закритической. На первой, наиболее продолжительной, протекает пластическая деформация, ведущая к зарождению и медленному вязкому подрастанию микротрещины. На второй стадии происходит лавинообразное разрушение, в большинстве случаев представляющее собой быстрый рост макротрещины, предельная скорость распространения которой по отношению к скорости звука для сталей составляет 0,2– 0,9.
Рассматривая контрольные мероприятия при проведении оценки металла, важно отметить, что усталостное разрушение металлов — это разрушение вследствие воздействия циклически изменяющихся напряжений, более низких, чем предел прочности. Усталость металла усугубляется воздействием агрессивной среды в которой эксплуатируются конструкции.
Особую роль в качестве основы производственно-технологического контроля приобретают оперативные неразрушающие методы определения прочностных показателей железобетонных и каменных конструкций: они могут использоваться на стадии возведения. Например при оценке распалубочной прочности и в процессе выдерживания, обеспечивая сплошной контроль строительной продукции, так и при выполнении мониторинга прочностных параметров бетона наиболее ответственных монолитных конструкций, до достижения ими проектных значений. Не менее важна роль неразрушающего контроля при обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений, особенно эксплуатируемых в условиях динамических нагрузок, а также при выполнении работ связанных с реконструкцией. Сильной стороной неразрушающих методов испытаний является возможность их многократного применения даже на ограниченных участках поверхности испытуемой конструкции. Это позволяет получить достаточную репрезентативность выборки для корректного применения статистических методов обработки результатов испытаний и, соответственно. — статистически обоснованную оценку класса прочности.
Основная проблема неразрушающих испытаний конструкций из различных материалов заключается в том, что измерительные процессы известных неразрушающих методов испытания прочности бетона не являются адекватными по напряженно-деформированному состоянию бетона в зоне контроля ни друг другу, ни процессу прессового испытания бетонного образца на одноосное сжатие по ГОСТ 10180- 90 [3]. Проявляется это в том, что косвенные параметры неразрушающих методов испытаний в разной степени подвержены влиянию изменений физико-механический свойств контролируемого бетона. Это значит, что оценки прочности неразрушающими методами будут зависеть не только от фактической прочности бетона (определяемой прессовыми испытаниями образцов), но и от других его характеристик: модуля упругости, динамической вязкости, структурной неоднородности и др.
Вариации физико-механических свойств испытываемых конструкций оказывают влияние и на результаты метода прессовых испытаний. Но поскольку этот метод принят в качестве эталонного, то его результат рассматривается как «истинная» оценка прочности испытуемого материала, а все остальные методы должны на нее «равняться». Соответствие их результатов данным прессовых испытаний достигается подбором градуировочных зависимостей под конкретные условия испытаний. Использованный термин «подбор» не случаен.
Распространенным и наиболее безопасным методов контроля является акустический метод неразрушающего контроля (АМНК), который основан на применении упругих колебаний. К положительным отличительным свойствам акустического вида контроля можно отнести: возможность контроля при одностороннем доступе к объекту контроля (ОК); относительно высокую дефектоскопическую чувствительность; возможность дефектоскопии многих материалов в широком диапазоне толщин; малые массогабаритные характеристики аппаратуры и низкое энергопотребление; санитарную и экологическую безопасность; относительно невысокую стоимость процедур контроля.
Необходимость решения проблемы максимального продления сроков безаварийной работы основных конструктивных элементов зданий и сооружений, и оценка их технического состояния привели к активизации использования средств АМНК как наиболее экономичных и эффективных. АМНК позволяют определять прочностные характеристики конструкций, обнаруживать поверхностные дефекты, визуализировать внутреннюю структуру изделий с целью поиска инородных включений, пустот и трещин внутри материала.
Практика неразрушающих испытаний различных конструкций показывает, что даже строгое следование указанным в нормативах методикам построения градуировочных зависимостей совершенно не гарантирует адекватности результата неразрушающего определения прочности бетона в конструкциях, данным прессовых испытаний изъятых из массива образцов. В частности, оценки прочности бетонного массива ультразвуковым импульсным методом получаются, как правило, несколько заниженными, методом упругогоотскока (молоток Шмидта) — завышенными.
Литература:
- Гуревич, С. Е. Критерии оценки повреждаемости при термопластическом деформировании / С. Е. Гуревич, Т. С. Марьяновская // Физика и химия обработки материалов. — 1969. — № 2. — С.106
- Терентьев, В. Ф. Усталость металлических материалов: научное издание / В. Ф. Терентьев. — М.: Наука, 2003. — 254 с.
- Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам: ГОСТ 10180–90. — Введ. 01.01.91. — М.: 1991. — 16 с
