Неразрушающий контроль и техническая диагностика транспортных соору
..pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Кафедра «Автомобили и технологические машины»
НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ И ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Диагностика железобетонных мостовых конструкций и их элементов
Методические указания к курсовому и дипломному проектированию
Издательство Пермского национального исследовательского
политехнического университета
2012
elib.pstu.ru
Составители: В.Г. Пастушков, И.Г. Овчинников, И.И. Овчинников, Б.С. Юшков
УДК: 624.21.012.45-044.3(072.8) Н54
Рецензент д-р техн. наук, профессор А.А. Пискунов
(Пермский национальный исследовательский политехнический университет)
Неразрушающий контроль и техническая диагностика трансН54 портных сооружений. Диагностика железобетонных мостовых
конструкций |
и их элементов : метод. указания к курсовому |
и дипломному |
проектированию / сост. В.Г. Пастушков, |
И.Г. Овчинников, И.И. Овчинников, Б.С. Юшков. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 41 с.
Рассмотрены особенности технической диагностики железобетонных конструкций мостовых сооружений и, в частности, методика определения прочности бетона поврежденных конструкций. Основное внимание уделяется измерителю прочности бетона ОНИКС-2.6, а также измерителю прочности бетона отрывом со скалыванием ОНИКС-ОС. Описаны характеристики приборов и технология их применения.
Предназначено для студентов специальности 270201 «Мосты и транспортные тоннели».
УДК: 624.21.012.45-044.3(072.8)
Исследование проведено при финансовой поддержке государства в лице Минобрнауки России из федерального бюджета в рамках реализации федеральной целевой программы «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 годы,
соглашение № 14.В37.21.1222.
© ПНИПУ, 2012
2
elib.pstu.ru
СОДЕРЖАНИЕ |
|
Введение................................................................................................. |
4 |
1. Особенности технической диагностики |
|
железобетонных мостов.................................................................... |
5 |
2. Приборы неразрушающего контроля и технической |
|
диагностики железобетонных конструкций.................................... |
8 |
2.1. Измеритель прочности бетона ОНИКС-2.6 ............................. |
8 |
2.1.1. Принцип работы............................................................... |
9 |
2.1.2. Устройство прибора....................................................... |
10 |
2.1.3. Клавиатура...................................................................... |
11 |
2.1.4. Система меню прибора.................................................. |
12 |
2.1.5. Подготовка прибора к работе ....................................... |
16 |
2.1.6. Порядок работы с прибором......................................... |
17 |
2.1.7. Калибровка..................................................................... |
19 |
2.1.8. Рекомендации по применению..................................... |
20 |
2.1.9. Определение градуировочных зависимостей |
|
прибора........................................................................... |
21 |
2.2. Измеритель прочности бетона отрывом |
|
со скалыванием ОНИКС-ОС.......................................................... |
23 |
2.2.1. Назначение и область применения.. ............................. |
23 |
2.2.2. Основные технические характеристики ...................... |
24 |
2.2.3. Устройство прибора....................................................... |
24 |
2.2.4. Порядок работы прибора............................................... |
28 |
Контрольные вопросы......................................................................... |
39 |
Список литературы.............................................................................. |
40 |
3
elib.pstu.ru
ВВЕДЕНИЕ
Мостовые сооружения составляют небольшую часть от общей протяженности автомобильных дорог, но их надежность и долговечность весьма важны для обеспечения бесперебойного функционирования дорожной сети каждого региона.
В настоящее время более трех четвертей мостов требуют ремонта, более половины мостов имеют недостаточный габарит и недостаточную грузоподъемность, а каждый двадцатый мост находится в аварийном состоянии.
Причина такого положения дел объясняется тем обстоятельством, что в свое время было запроектировано и построено огромное число мостов по типовым проектам, которые были «привязаны» к соответствующим условиям и, в силу однотипности и сборности, оказались весьма удобными для строительства. Но ни при проектировании, ни при строительстве мостов практически не задумывались над вопросами удобства их эксплуатации и ремонтопригодности. Кроме того, и в России и за рубежом в 30–50- е гг. считали, что срок службы бетонных сооружений может перешагнуть далеко за 100 лет, а потому ремонт их может потребоваться не скоро. Однако сейчас стало ясно, что под влиянием условий эксплуатации несущая способность и долговечность мостов значительно снижаются.
Описанное состояние не только сдерживает пропуск современного большегрузного транспорта, но и может привести к разрушению мостов, порой с человеческими жертвами.
4
elib.pstu.ru
1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ МОСТОВ
При обследовании железобетонных мостов основное внимание следует обращать на наиболее распространенные и существенно влияющие на долговечность конструкции дефекты и повреждения, выявлять причину и характер их развития во времени, назначать мерыполиквидации или приостановлению ихдальнейшего развития.
Наиболее распространенными дефектами железобетонных мостов являются: коррозия арматуры, выщелачивание (карбонизация), хлоридная коррозия, разрушение бетона плиты, элементов главных балок (особенно крайних), стыков между балками и различные (по расположению, причинам возникновения, степени влияния на несущую способность и долговечность конструкции) трещины.
Коррозия арматуры является одним из главных факторов, вызывающих разрушение бетона плиты проезжей части, что приводит к образованию продольных и поперечных трещин, выколам бетона и выкрашиванию дорожной одежды, а это приводит к снижению изгибной жесткости плиты, увеличению неравномерности распределения усилий между балками, росту динамического воздействия подвижной нагрузки, снижению несущей способности и долговечности.
Коррозия арматуры имеет преимущественно электрохимическую природу, в результате чего происходит как общее, так и местное уменьшение расчетной площади поперечного сечения арматуры за счет образования продуктов окисления железа. Образующиеся в процессе коррозии соединения занимают объем, в 2–3 раза больший, чем неокисленная сталь. Возникающее при этом радиальное давление порядка 3–4 МПа приводит к раскалыванию бетона вдоль арматурных стержней с последующим выколом участков бетона между трещинами вместе с дорожной одеждой и образованием ям и выбоин на проезжей части.
5
elib.pstu.ru
Образование окислов сопровождается также существенным снижением сцепления арматуры с бетоном и ростом раскрытия трещин. Особенно отрицательно это явление сказывается на совместной работе ребер балок и плиты проезжей части при наличии трещин вдоль их контакта и в продольных стыках плит.
Главной причиной разрушения плиты проезжей части мостов во многих странах является применение хлористых солей для борьбы с гололедом. Разрушение бетона плиты и ее покрытия может быть вызвано и другими причинами: например, в Англии в более чем 350 мостах отмечен процесс разрушения бетона, вызванный реакцией портландцемента, имеющего щелочные составляющие, с заполнителем, содержащим кремний.
Однако практика эксплуатации мостов в России свидетельствует, что основными причинами разрушения бетона плиты проезжей части железобетонных мостов являются: неудовлетворительное техническое состояние, загрязненность дорожного покрытия, неисправность системы водоотвода (заглушены водоотводные трубки, не выдержаны проектные уклоны мостового полотна), некачественное выполнение гидроизоляции, особенно на участках ее примыкания к тротуарным блокам (над крайними, фасадными балками), а также отсутствие или разрушение элементов деформационных швов и гидроизоляции непосредственно научастках тротуарных блоков.
По причине наличия подобных дефектов, характерных для отечественных железобетонных мостов, особенно построенных по первым типовым проектам (типовые проекты выпуск 10-11, 56, 56Д и другие, разработанные Союздорпроектом), плохой герметичности проезжей части вода атмосферных осадков и вместе с ней соли не только попадают под гидроизоляционный слой и фильтруются через железобетон плиты проезжей части, но и, проникая под конструкцию тротуаров, попадают на наружные поверхности плиты, стенок, как фасадных (крайних), так и смежных с ними (внутренних) главных балок.
Нарушение нормальной структуры, разрушение бетона плиты проезжей части влечет за собой разрушение ребер балок пролетных строений. Растворы хлористых солей, проникая вместе с продуктами разрушения щелочной среды бетона плиты через трещины, сты-
6
elib.pstu.ru
ки, попадают на стенки ребер балок и вызывают коррозию растянутой арматуры.
Вмостах из балок полной заводской готовности с предварительным напряжением арматуры до бетонирования надежная защита от коррозии зависит от толщины защитного слоя.
Вбалках с расположением пучков напрягаемой арматуры в каналах, инъектируемых цементным раствором, долговечность арматуры гарантирована только в случае весьма качественного выполнения этой операции.
Вмостах с балками без предварительного обжатия бетона процесс коррозии ведет к отрыву защитного слоя распределительной и растянутой арматуры продуктами коррозии стали. Этот дефект имеет место в 50–60 % осмотренных железобетонных мостов, причем у 75 % из них – в крайних тротуарных балках, где обычно на плите отсутствует защитная гидроизоляция.
Коррозия арматуры помимо общего снижения несущей способности балок за счет уменьшения сечения арматуры приводит к потере сцепления ее с бетоном и последующему изменению статической схемы работы мостов, увеличению раскрытия трещин, повышению вероятности разрыва арматуры и в конечном счете к снижению долговечности моста. Отрыв защитного слоя бетона продуктами коррозии арматуры приводит к существенному изменению напряженного состояния изгибаемой балки и пространственной работы всей системы в целом. (Эксперименты, проведенные в США, по оценке влияния защитного слоя и прочности сцепления арматуры с бетоном на несущую способность железобетонных балок при изгибе показали, что потеря защитного слоя и сцепления в средней части балки (на 60 % еедлины) приводит к снижению еепрочности на21 %).
Всвязи со сказанным при оценке несущей способности железобетонных балок необходимо учитывать потерю защитного слоя
исцепления арматуры с бетоном даже на незначительном участке. При эксплуатации (а также при проектировании) мостов следу-
ет иметь в виду, что долговечность железобетонных конструкций во многом зависит от водоцементного отношения, пористости, водопроницаемости, деформативности, устойчивости к воздействию агрессивных сред, возможности карбонизации защитного слоя.
7
elib.pstu.ru
2.ПРИБОРЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
ИТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Внастоящих методических указаниях рассмотрены особенности применения основных отечественных приборов для определения прочности железобетонных конструкций, их характеристики, методики применения.
2.1. Измеритель прочности бетона ОНИКС-2.6
Измеритель прочности материалов ОНИКС-2.6 предназначен для оперативного определения прочности и однородности бетона по ГОСТ-22690 при технологическом контроле изделий и конструкций, обследовании мостовых сооружений, а также для контроля прочности раствора, кирпича, композиционных материалов и т.п. Прибор может применяться для определения твердости, однородности, плотности и пластичности различных композиционных материалов.
Технические характеристики
Диапазон измерения прочности, МПа |
3…100 |
|
Пределы допускаемой основной относительной |
|
|
погрешности измерения прочности, % |
±8,0 |
|
Пределы допускаемой дополнительной относительной |
|
|
погрешности измерения прочности при отклонении |
|
|
рабочей температуры окружающей среды на каждые 10 °C |
|
|
в пределах рабочего диапазона от основной погрешности, |
|
|
не более |
±1,5 |
|
Номинальное значение прочности рабочей эквивалентной |
|
|
меры, МПа, в пределах |
24,5±2,5 |
|
Память результатов (в зависимости от числа ударов |
|
|
в серии): |
|
|
– |
серий по 5 ударов |
2900 |
– |
серий по 15 ударов |
880 |
8 |
|
|
elib.pstu.ru
Интерфейс связи с компьютером |
|
|
USB |
|
Питание |
Ni-MH аккумуляторы AA – |
2 шт. |
||
|
|
или элементы AA – |
2 шт. |
|
Габаритные размеры, мм: |
|
|
|
|
– |
прибора |
|
150×80×32 |
|
– |
датчика-склерометра |
|
Ø25×160 |
|
Масса прибора в сборе, кг |
|
|
0,6 |
|
Степень защиты от пыли и влаги по ГОСТ 14254– 80 |
|
IP54 |
||
Допустимая температура внешней среды, °C |
– 10…+40 |
|||
Атмосферное давление, кПа |
|
86…107 |
||
Относительная влажность воздуха (при температуре 25 ° С), |
|
|
||
не более, % |
|
|
90 |
2.1.1. Принцип работы
Принцип работы прибора основан на обработке импульсной переходной функции электрического сигнала, возникающего в чувствительном элементе при калиброванном ударе о поверхность тестируемого изделия. Преобразование получаемого электрического параметра в прочность или другой эквивалентный параметр производится по формулам:
|
B = U Ka, |
(1) |
|
R = (a2 B2 + a1 B + a0) KВ Kс, |
(2) |
где B – |
условная твердость материала, МПа; |
|
U – |
эквивалент электрического параметра; |
|
R – |
прочность, МПа; |
|
Ka – |
коэффициент калибровки; |
|
KВ |
– коэффициент возраста бетона (используется только для |
бетонов);
a2, a1, a0 – коэффициенты градуировочной характеристики материала;
Kс – коэффициент совпадения, предназначенный для уточнения градуировочной зависимости по результатам испытаний методом отрыва со скалыванием, испытаний кернов (см. прил. 9 ГОСТ
9
elib.pstu.ru
22690–88 и методику МИ2016-02), а также учитывающий карбонизацию бетона и другие факторы.
2.1.2. Устройство прибора
Прибор состоит из электронного блока и датчика-склерометра, внешний вид которых показан на рис. 1.
На лицевой панели корпуса прибора расположены клавиатура и окно графического дисплея. В верхней торцевой части корпуса установлены разъем для подключения датчика-склерометра и USBразъем для подключения к компьютеру. На задней стенке корпуса находится крышка батарейного отсека. На левой стороне корпуса имеется кистевой ремешок.
Датчик-склерометр выполнен в цилиндрическом корпусе с пружинным ударным механизмом и твердосплавным индентором. На боковой поверхности датчика расположена ручка взвода и спусковая кнопка. Коронка предназначена для устойчивой установки датчика на контролируемую зону объекта измерения.
В комплект прибора входит рабочая эквивалентная мера прочности из оргстекла, по которому производится калибровка датчика прибора (рис. 2).
Рис. 1. Внешний вид прибора ОНИКС-2.6
10
elib.pstu.ru