1286

Несмотря на имеющиеся недостатки, оценка адгезии при помощи прямого отрыва на сегодняшний день является, по сути, единственным способом инструментального контроля качества работ по наклейке композита на усиливаемые железобетонные конструкции. При испытании на отрыв можно получить адгезионную (по границе «смолабетон») и когезионную (по бетону) формы разрушения. При этом считается, что только когезионное разрушение свидетельствует о высокой степени подготовки (очистки) поверхности бетона и достаточном качестве наклеивания армирующего материала.

В лаборатории кафедры «Строительные конструкции и вычислительная механика» ПНИПУ выполнены исследования поведения железобетонных балок, усиленных одним слоем углепластика, под нагрузкой. Параллельно с бетонированием балок из одной партии бетона были изготовлены бетонные призмы сечением 100×100 мм и длиной 400 мм. Поверхность балок и призм перед усилением подготовили одинаково в соответствии с СП 164.1325800.2014. В частности, очистку поверхности бетона от цементной пленки выполняли углошлифовальной машиной с металлической щеткой с прямым ворсом. Приклеивание углепластика на поверхность балок и призм также выполняли по одной технологии.

На призмах выполнили исследование адгезии углепластика путем нормального отрыва стальной пластины (рис. 1).

Рис. 1. Вид разрушения образцов при испытании адгезии

По результатам пяти испытаний получена средняя величина адгезии – 4,08 МПа, стандартное отклонение 0,09 МПа, характер разрушения – когезионный. После исследования адгезии углепластика к бетону выполнили испытания балок, руководствуясь ГОСТ 8829.

При статических испытаниях усиленных балок отслоение углепластика происходило по адгезионному механизму (рис. 2). Практически на всей площади приклеивания углепластика отсутствует отслоение (разрушение) бетона.

261

Рис. 2. Нижняя грань балки после разрушения

Вбалке углепластик воспринимает растягивающие напряжения,

аконтактный слой «смола-бетон» испытывает усилие сдвига. Таким образом, сложилась ситуация, когда прочность клеевого шва на границе «смола-бетон» оказалась выше прочности бетона на осевое растяжение, но ниже прочности бетона на срез, которое в 1,6–2 раза больше

сопротивления бетона осевому растяжению [4–5]. Вероятной причиной этого могла быть недостаточная шероховатость поверхности бетона.

Для достижения когезионного отслоения поверхность оставшихся балок тщательно очищали углошлифовальной машиной с алмазной чашкой. При этом практически полностью сняли поверхностный слой бетона на глубину 2–4 мм, оголив зерна крупного заполнителя и создав шероховатость поверхности. В результате испытаний тщательно подготовленных балок получено когезионное отслоение углепластика от бетона (рис. 3).

Рис. 3. Когезионное отслоение углепластика при разрушении

По результатам выполненных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Не рекомендуется использовать обработку металлическими щетками для очистки поверхности бетонного основания перед приклеиванием композита.

262

2. При контроле качества подготовки поверхности бетона и приклеивания композита к бетону рекомендуется параллельно с испытанием на отрыв выполнять испытание на сдвиг.

Список литературы

1.Быков. А.А., Калугин А.В., Балакирев А.А. Чистый изгиб железобетонных балок, армированных углеродным холстом // Промышленное и гражданское строительство. – 2011. – № 7. – С. 22–25.

2.Evaluation of bonded FRP strengthening systems for concrete structures using Infrared Thermography and Shearography / F. Taillade, M. Quiertant, K. Benzarti, Ch. Aubagnac // NDTCE’09, Non-Destructive Testing in Civil Engineering. – Nantes, France, 2009.

3.Maerz N., Galecki G., Nanni A. Experimental non-destructive testing of FRP materials, installation, and performance. – URL: http: //web.mst.edu/ ~norbert/pdf/589_Maerz.pdf.

4.Пособие П 1-98 к СНиП 2.03.01-84*. Усиление железобетонных конструкций / Минстройархитектуры Республики Беларусь. – Минск, 1998. – 189 с.

5.Бондаренко Ю.В., Мольский М.М., Якименко М.В. Особенности определения расчетных значений деформативно-прочностных характеристик бетона при малых выборках образцов, отобранных из конструкций эксплуатируемых объектов // Коммунальное хозяйство городов. – 2013. – № 107. – С. 72–79.

Об авторе

Быков Антон Алексеевич (Пермь, Россия) – инженер кафедры «Строительные конструкции и вычислительная механика», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990,

г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: violentharpy@yandex.ru).

263

УДК 624.27/.8

ИСПЫТАНИЕ ПУТЕПРОВОДА С ПРИМЕНЕНИЕМ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА АСМК

А.Н. Вайтович, К.К. Шикуть

Белорусский национальный технический университет, Минск, Республика Беларусь

Рассмотрена целесообразность использования системы мониторинга АСМК, разработанной на кафедре «Мосты и тоннели» Белорусского национального технического университета при испытаниях путепроводов перед вводом в эксплуатацию.

Ключевые слова: мост, путепровод, испытание, система мониторинга, испытательная нагрузка.

Испытание мостов один из наиболее ответственных этапов в жизненном цикле сооружения. Именно здесь осуществляется контроль технического состояния мостов, выявляются особенности его работы и соответствие проектным параметрам и расчетам.

Процесс производства работ по испытанию мостовых сооружений требует четкого согласования работ, особого внимания при установке оборудования, снятия показаний, а также своевременной обработки полученной информации и выдачи заключения о работоспособности сооружения в целом.

Для наиболее полной автоматизации процесса испытания мостов сотрудниками кафедры «Мосты и тоннели» БНТУ была разработана система мониторинга АСМК. Система включает в себя:

–электронные тензодатчики и инклинометры с блоком обработки, хранения и передачи данных по беспроводному соединению;

–электронные прогибомеры, позволяющие получать данные о прогибах конструкций с периодичностью 0,1 с;

–электронные инклинометры, позволяющие определять углы поворота балок в двух плоскостях;

–вибростанция;

–программное обеспечение для обработки входных данных;

–серверная станция.

Ожидаемые (теоретические) значения от испытательной нагрузки контролируемых параметров определяются в программном ком-

264

плексе, основанном на методе конечных элементов, SOFiSTiK или

Midas Civil.

На территории Республики Беларусь при испытании мостовых сооружений система мониторинга АСМК впервые была опробована сотрудниками кафедры при вводе в эксплуатацию путепровода на пересечении проспекта Независимости с улицей Филимонова в городе Минске.

Основные характеристики путепровода:

– пролетное строение – ребристые балки без диафрагм, изготовленные по серии Б 3.503.1-3.02 «Балки железобетонные тавровые длиной 18, 21 и 24 м со смешанным армированием пролетных строений мостов на автомобильных дорогах», высота балок – 1,23 м;

–количество балок на пролетное строение – 18 шт.;

–поперечное объединение балок – по плите проезжей части с помощью омоноличивания петлевых стыков по полкам балок;

–конструкция плиты проезжей части – железобетонная плита в составе основной несущей железобетонной конструкции;

–габарит путепровода – Г-(19,5+2,0+12,5) +2×1,0 м;

–год постройки – 2015;

–проектныенагрузкисогласноТКП45-3.03-232-2011 – А14 иНК-112;

–продольная схема, м – 24,0+21,0;

–косина сооружения – 79°30'.

В качестве статической нагрузки для испытания путепровода использовались автосамосвалы МАЗ-5516, МАЗ-6501 и самосвальные автопоезда МАЗ-6422 с полуприцепами МАЗ-9506. Согласно требованиям нормативных документов производилось загружение большего из пролетов путепровода (L1-2). Динамическая нагрузка создавалась прокаткой автосамосвала МАЗ-6501 через искусственную неровность (порожек).

Результаты испытаний отображались на персональном компьютере мобильной серверной станции в режиме реального времени в виде графиков и табличных форм (рисунок, таблица).

Системы мониторинга АСМК, разработанной на кафедре «Мосты и тоннели», является одним из наиболее перспективных направлений в области диагностики мостовых сооружений. Также стационарно установленная система мониторинга на сооружении позволит отслеживать весь его жизненный цикл (строительство, ввод в эксплуатацию, эксплуатация, капремонт и демонтаж) и постоянно контролировать возникающие деформации и прогибы, что позволяет, например, осуществлять контроль пропуска сверхнормативных нагрузок.

265

Рис. Мобильная серверная станция во время производства работ по испытанию путепровода

Результаты основных показателей испытания

266

Список литературы

1.Мосты и трубы. Строительные нормы проектирования = Масты i трубы. Будаўнiчыя нормы праектавання: ТКП 45-3.03-232-2011 (02250). – Введ. 22.04.11 / Министерство архитектуры и строительства. – Минск, 2012. – 199 с.

2.Мосты и трубы. Правила обследований и испытаний = Масты i трубы. Правiлы абследаванняў i выпрабаванняў: ТКП 45-3.03-60-2009 (02250). – Введ. 18.09.09 / Министерство архитектуры и строительст-

ва. – Минск, 2009. – 29 с.

3.ТКП EN 1990-2011 (02250) Еврокод. Основы проектирования

строительных конструкций / Министерство архитектуры и строитель-

ства. – Минск, 2012. – 70 с.

4. Испытание сталежелезобетонного пролетного строения длиной

55 метров с применением инновационного измерительного оборудования / Г.П. Пастушков, В.Г. Пастушков, В.А. Белый, А.А. Яковлев [Электронный ресурс] // Наука та прогрес транспорту. – 2010. –

№33. – С. 191–192. – URL: http: //elibrary.ru/item.asp?id=22284895.

5.Пастушков Г.П., Пастушков В.Г. О переходе на европейские нормы проектирования мостовых конструкций в Республике Беларусь // Транспорт. Транспортныесооружения. Экология. – 2011. – №2. – С. 113–121.

6.Пастушков В.Г., Вайтович А.Н., Янковский Л.В. Сборно-моно- литная плита проезжей части с контактным соединением специального профиля // Науковедение: интернет-журн. – 2013. – № 5 (18). – С. 2.

Об авторах

Вайтович Александр Николаевич (Минск, Республика Бела-

русь) – ассистент кафедры «Мосты и тоннели», Белорусский национальный технический университет (220013, г. Минск, пр. Независимости, 65; e-mail: aa4387-7@mail.ru).

Шикуть Камилла Казимировна (Минск, Республика Беларусь) –

студентка, Белорусский национальный технический университет

(220013, г. Минск, пр. Независимости, 65; e-mail: ftk_kam@tut.by).

267

удк 624.21.014.2

ИССЛЕДОВАНИЕ УРОВНЯ УСТАЛОСТНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ В МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ МЕТОДОМ ИНФРАКРАСНОЙ ТЕРМОГРАФИИ

С.П. Глушков, Л.Ю. Соловьев, И.В. Засухин, Р.А. Шаршов

Сибирский государственный университет путей сообщения, Новосибирск, Россия

Представлен способ определения перехода упругих деформаций в пластические при помощи тепловизионного оборудования. Описан метод локализации очага возникновения упругопластических деформаций для плоских стальных сечений по анализу тепловых карт вне зависимости от наличия концентратора напряжений. Рассмотрено выделение поверхностного тепла упрочняющегося материала.

Ключевые слова: инфракрасная термография, тепловизионное оборудование, сталь, пластичность, термоупругий эффект, термопластический эффект, мост, усталостные трещины.

Характерной неисправностью сварных металлических конструкций мостов являются усталостные трещины, возникающие со временем

взонах концентрации напряжений. Эффективным методом выявления таких трещин является метод инфракрасной термографии, однако для его успешного использования требуется проведение исследований, направленных на установление зависимостей изменения температуры на поверхности конструкции от уровня накопленных повреждений и интенсивности нагружения материала.

Основные механические показатели стали получают на основании механических испытаний. Для этих целей предусмотрены стандарты,

вкоторых прописана технология проведения испытания и геометрические характеристики опытных образцов [1]. Однако для элементов, имеющих концентраторы напряжений сложной формы, определение места и момента возникновения очага упругопластических деформаций по диаграмме напряженно-деформируемого состояния вызывает ряд сложностей. Одним из способов решения данной проблемы является регистрация в образце изменений тепловых полей. Теплота, выделяю-

268

щаяся в процессе пластической деформации, может быть зафиксирована несколькими методами: термоэлектрическим, калориметрическим и тепловизионным [2]. Однако наиболее простым и информативным является тепловизионный метод исследования.

Цель данной работы – регистрация и локализация наступления упругопластических деформаций наоснове данных тепловизионной съемки.

За последние несколько десятков лет термографическое исследование поведения различных материалов приковывает к себе большое внимание инженеров и ученых по всему миру. Это объясняется несколькими факторами. С одной стороны, образующиеся при деформировании конструктивного элемента тепловые излучения несут в себе большой объем информации относительно характера работы и повреждаемости детали. С другой стороны, в последнее время появились довольно совершенные приборы для бесконтактного измерения температуры. Современное тепловизионное оборудование позволяет регистрировать изображение в инфракрасной области спектра с высокой точностью. При этом тепловая диагностика не требует специальных навыков и занимает сравнительно небольшое количество времени как на съемку, так и на обработку результатов.

В качестве опытных образцов использовались пластинки из малоуглеродистой (Ст3кп). Для выравнивания коэффициента излучения поверхности образцы покрывались тонким слоем черной краски. Все образцы устанавливались в машину для испытаний на одноосное растяжение и нагружались ступенями с равным шагом со скоростью 2 мм/мин. Образцы подвергались повторно-переменным нагружениям с увеличением нагрузки на каждом шаге. На каждом этапе образец находился в неподвижном состоянии 1 мин для стабилизации температуры (рис. 1).

Для измерения поверхностной температуры на расстоянии 0,2 м был установлен тепловизор Fluke Ti400, имеющий погрешность измерения 2 % и тепловую чувствительность до 0,01 °С. Опыты проводились при температуре окружающего воздуха 25 °С.

Обработка изображения проводилась при помощи программного обеспечения SmartView, поставляемое совместно с тепловизором компанией Fluke. Выходными данными служили зарегистрированные в каждый момент времени усилие и деформации в образце, а также точная температурная карта инфракрасного изображения, позволяющая получить функцию температуры от времени и координат точки на исследуемом образце. В обработке фиксировалось только изменение температуры на каждом участке нагружения. В связи с тем что эти изменения

269

происходили в относительно короткий промежуток времени, можно утверждать, что влиянием окружающейсреды можно пренебречь.

Рис. 1. Режим нагружения образцов

Рис. 2. Функция изменения продольной нагрузки и температуры по времени для малоуглеродистой стали.

I – график продольной нагрузки; II – график изменения температуры

Открытый в середине XIX в. термоупругий эффект (эффект Томсона) объясняет поведение материала в упругой зоне [3]. Согласно ему при растягивающих напряжениях, меньших предела пропорциональности, температура в образце падает, а при сжимающих растет. При появлении пластических деформаций возникает термопластический эффект, и изменение температуры резко меняет знак. При рассмотрении упрочняющегося образца предел пропорциональности увеличивался, что подтверждал и график изменения температуры [4].

Сопоставляя изменения температуры в тепловой карте, можно выделить ряд точек, в которых в одинаковый момент времени резко меняется знак угла наклона функции. Это позволяет достаточно точно определить зону, в которой зародились пластические деформации.

270