Акустико-эмиссионное обследование технического состояния мостов

В статье описано теоретическое обоснование методик акусто-эмиссионного обследования технического состояния мостов. Для оценки образования микротрещин в элементах мостовых конструкций применяли критериальный параметр Kpj, учитывающий скорость изменения плотности энергии сигналов акустической эмиссии....

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2006
Main Authors:	Коваль, П.М., Скальский, В.Р., Сташук, П.М., Лотоцкий, Ю.Л., Плахтий, Р.М.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2006
Series:	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Subjects:	Неразрушающий контроль
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97887
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Акустико-эмиссионное обследование технического состояния мостов / П.М. Коваль, В.Р. Скальский, П.М. Сташук, Ю.Л. Лотоцкий, Р.М. Плахтий // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2006. — № 2. — С. 13-19. — Бібліогр.: 24 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-97887
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-978872025-02-23T18:11:45Z Акустико-эмиссионное обследование технического состояния мостов Acoustic-emission examination of technical condition of brides Коваль, П.М. Скальский, В.Р. Сташук, П.М. Лотоцкий, Ю.Л. Плахтий, Р.М. Неразрушающий контроль В статье описано теоретическое обоснование методик акусто-эмиссионного обследования технического состояния мостов. Для оценки образования микротрещин в элементах мостовых конструкций применяли критериальный параметр Kpj, учитывающий скорость изменения плотности энергии сигналов акустической эмиссии. Экспериментально установлено активность источников акустической эмиссии во время статической и динамической нагрузки мостов. На основе полученных данных осуществлен анализ кинетики излучения сигналов акустической эмиссии в мостах различного строения. In the paper the theoretical grounds of acoustic emission inspection of the technical state of bridges is described. For the estimation of microcrack formation in the elements of bridge constructions the criterion parameter Kpj is applied, which takes into account the rate of energy density variation of acoustic emission signals. The activity of acoustic emission sources is experimentally established for static and dynamic loading of bridges. On the basis of the obtained data, the analysis of kinetics of acoustic emission signals radiation in the bridges of different structure is carried out. 2006 Article Акустико-эмиссионное обследование технического состояния мостов / П.М. Коваль, В.Р. Скальский, П.М. Сташук, Ю.Л. Лотоцкий, Р.М. Плахтий // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2006. — № 2. — С. 13-19. — Бібліогр.: 24 назв. — рос. 0235-3474 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97887 539.3:624.21:620.179.16 ru Техническая диагностика и неразрушающий контроль application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Неразрушающий контроль Неразрушающий контроль
spellingShingle	Неразрушающий контроль Неразрушающий контроль Коваль, П.М. Скальский, В.Р. Сташук, П.М. Лотоцкий, Ю.Л. Плахтий, Р.М. Акустико-эмиссионное обследование технического состояния мостов Техническая диагностика и неразрушающий контроль
description	В статье описано теоретическое обоснование методик акусто-эмиссионного обследования технического состояния мостов. Для оценки образования микротрещин в элементах мостовых конструкций применяли критериальный параметр Kpj, учитывающий скорость изменения плотности энергии сигналов акустической эмиссии. Экспериментально установлено активность источников акустической эмиссии во время статической и динамической нагрузки мостов. На основе полученных данных осуществлен анализ кинетики излучения сигналов акустической эмиссии в мостах различного строения.
format	Article
author	Коваль, П.М. Скальский, В.Р. Сташук, П.М. Лотоцкий, Ю.Л. Плахтий, Р.М.
author_facet	Коваль, П.М. Скальский, В.Р. Сташук, П.М. Лотоцкий, Ю.Л. Плахтий, Р.М.
author_sort	Коваль, П.М.
title	Акустико-эмиссионное обследование технического состояния мостов
title_short	Акустико-эмиссионное обследование технического состояния мостов
title_full	Акустико-эмиссионное обследование технического состояния мостов
title_fullStr	Акустико-эмиссионное обследование технического состояния мостов
title_full_unstemmed	Акустико-эмиссионное обследование технического состояния мостов
title_sort	акустико-эмиссионное обследование технического состояния мостов
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2006
topic_facet	Неразрушающий контроль
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97887
citation_txt	Акустико-эмиссионное обследование технического состояния мостов / П.М. Коваль, В.Р. Скальский, П.М. Сташук, Ю.Л. Лотоцкий, Р.М. Плахтий // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2006. — № 2. — С. 13-19. — Бібліогр.: 24 назв. — рос.
series	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
work_keys_str_mv	AT kovalʹpm akustikoémissionnoeobsledovanietehničeskogosostoâniâmostov AT skalʹskijvr akustikoémissionnoeobsledovanietehničeskogosostoâniâmostov AT stašukpm akustikoémissionnoeobsledovanietehničeskogosostoâniâmostov AT lotockijûl akustikoémissionnoeobsledovanietehničeskogosostoâniâmostov AT plahtijrm akustikoémissionnoeobsledovanietehničeskogosostoâniâmostov AT kovalʹpm acousticemissionexaminationoftechnicalconditionofbrides AT skalʹskijvr acousticemissionexaminationoftechnicalconditionofbrides AT stašukpm acousticemissionexaminationoftechnicalconditionofbrides AT lotockijûl acousticemissionexaminationoftechnicalconditionofbrides AT plahtijrm acousticemissionexaminationoftechnicalconditionofbrides
first_indexed	2025-11-24T09:01:57Z
last_indexed	2025-11-24T09:01:57Z
_version_	1849661762668855296
fulltext	УДК 539.3:624.21:620.179.16 АКУСТИКО-ЭМИССИОННОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МОСТОВ П. М. КОВАЛЬ, В. Р. СКАЛЬСКИЙ, П. М. СТАШУК, Ю. Л. ЛОТОЦКИЙ, Р. М. ПЛАХТИЙ Дано теоретическое обоснование методик акустико-эмиссионного обследования технического состояния мостов. Для оценки образования микротрещин в элементах мостовых конструкций применяли критериальный параметр Kpj, учитывающий скорость изменения плотности энергии сигналов акустической эмиссии. Экспериментально ус- тановлено активность источников акустической эмиссии при статической и динамической нагрузке мостов. На основе полученных данных осуществлен анализ кинетики излучения сигналов акустической эмиссии в мостах раз- личного строения. In the paper the theoretical grounds of acoustic emission inspection of the technical state of bridges is described. For the estimation of microcrack formation in the elements of bridge constructions the criterion parameter Kpj is applied, which takes into account the rate of energy density variation of acoustic emission signals. The activity of acoustic emission sources is experimentally established for static and dynamic loading of bridges. On the basis of the obtained data, the analysis of kinetics of acoustic emission signals radiation in the bridges of different structure is carried out. Актуальность проблемы. Широкое применение в транспортном строительстве железобетонных кон- струкций (особенно для сооружения мостов) тре- бует их надлежащего мониторинга методами не- разрушающего контроля (НК) как в процессе строительства сооружений, так и во время экс- плуатации. Например, детальный анализ случаев аварий железобетонных мостов показывает, что в процессе строительства основной их причиной яв- ляется несоблюдение правил и технологии выпол- нения работ, а во время эксплуатации – раст- рескивание конструкций, в первую очередь под действием продуктов коррозии предварительно напряженной арматуры. Поэтому в последнее вре- мя наряду с традиционными методами НК желе- зобетонных изделий все шире используется метод акустической эмиссии (АЭ). Такие АЭ исследо- вания не теряют своей актуальности, о чем сви- детельствуют публикации [1—9], поскольку АЭ- контроль мостовых конструкций благодаря высокой чувствительности метода позволяет вы- являть зарождение и развитие разрушения на ран- них его стадиях, докритический рост усталостных трещин даже в случае их распространения внутри материала без выхода на поверхность конструк- тивных элементов моста. Метод АЭ, что очень важно для инженерной практики, позволяет осу- ществлять мониторинг объекта контроля (ОК) дис- танционно, в реальном масштабе времени, неза- висимо от формы и размера ОК. Состояние проблемы. Во время проведения НК средствами АЭ-контроля возникают определенные трудности. В частности, в работе [10] авторы по- казали, что во время эксплуатации моста под воз- действием динамических нагрузок возникают фо- новые помехи, которые вносят искажение в час- тотный спектр сигналов АЭ (САЭ). Там же из- ложены полученные аналитические зависимости, которые дают возможность получить формулу для расчета максимального размера зоны контроля мос- та и методики выбора оптимальной рабочей полосы частот АЭ-аппаратуры, когда искажения спектра САЭ становятся минимальными. В работе приво- дятся результаты расчетов нормируемых спектров САЭ в трех характерных зонах металлического моста: 1 – с имеющейся усталостной трещиной; 2 – расшатанного клепаного соединения; 3 – неповрежденного элемента конструкции. Спектры отличаются между собой по уровню мощности и по форме, что может служить критериальными признаками распознавания повреждений в мостах. Именно применение спектрального анализа САЭ [11] считается надежным критерием выявления коррозийного растрескивания, контроля развития трещин. Здесь сообщается о методах обработки САЭ на основе применения быстрого преобразо- вания Фурье, приводятся схемы построения ав- томатизированной системы АЭ-диагностики. Эф- фективность такого подхода подчеркивается ре- зультатами, полученными в работе [12], где осу- ществляли АЭ-контроль мостовых железобетонных конструкций. Результаты АЭ-обследования 36 же- лезнодорожных мостов приведены также в работе [13], где обсуждаются некоторые подходы к со- вершенствованию процедуры АЭ-контроля и об- работки полученных данных. В работе [14] рассматривают результаты экс- периментальных исследований с целью определе- ния взаимосвязи между параметрами АЭ и обра- зованием трещин в элементах железобетонных мос- тов под действием нагрузки и продуктов коррозии. Обсуждаются данные экспериментальных работ по проблеме определения уровня шумов и их влияния на результаты АЭ-информации при исследовании железобетонного моста в условиях интенсивного движения электротранспорта. Дается их класси- фикация, рассматриваются физические процессы возникновения и методы выделения из них по- лезных САЭ. Экспериментальные исследования © П. М. Коваль, В. Р. Скальский, П. М. Сташук, Ю. Л. Лотоцкий, Р. М. Плахтий, 2006 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2006 13 проводились с помощью анализаторов АЭ типа АВН-1М и АВН-З. С использованием передвижной многоканаль- ной лаборатории АЭ-диагностики проведены обс- ледования Крымского, Большого Каменного, Боль- шого Устинского мостов, а также моста метропо- литена в Лужниках [15]. Обследования проводили с целью оценки несущей способности конструкций и их долговечности, выявления потенциально опас- ных дефектов, равномерности распределения нап- ряжений в несущих узлах и элементах, прогно- зирования трещиностойкости материала, а также изучения влияния на динамику перераспределения нагрузок климатических и некоторых других фак- торов. Анализ динамики развития процессов ге- нерации АЭ в реальном масштабе времени и кор- реляционный анализ распределения позволили в соответствии с разработанными критериями обна- ружить зоны повышенной опасности, локализовать дефектные участки и оценить локальное напря- женное состояние в несущих узлах. В работе [4] проведен АЭ-мониторинг сущес- твующих мостов, а также стендовое испытание же- лезобетонной балки пролетного строения в лабо- ратории. Были выбраны конструкции мостов раз- личных типов: пролетные строения из обычного железобетона, предварительно напряженного же- лезобетона, а также сталежелезобетонное пролет- ное строение. Мосты были полностью визуально обследованы и диагностировались 12-канальным АЭ-прибором фирмы РАС Mistras system. Для АЭ-мониторинга использовали два типа первичных пьезопреоброзователей (ПАЭ) фирмы DECI с ре- зонансными частотами 55 и 150 кГц. Цель иссле- дований – обнаружить зоны расположения де- фектов, их типы и состояние, а также сравнить АЭ-данные лабораторных и натурных испытаний. Анализ полученных результатов и периодическое повторение АЭ-мониторинга дает возможность оп- ределить динамику развития дефектов и оценить реальное состояние сооружения в текущий момент. Методом АЭ проведены исследования путепровода, пролетные строения которого смонтированы из предварительно напряженного железобетона [5]. Испытания проводили в два этапа: первый – во время обычного движения автотранспорта и второй – при статической нагрузке пролетного строения с фиксацией массы и расположения ав- томобилей. Во время испытания удалось опреде- лить месторасположение накопленных внутренних повреждений. Следует отметить, что наибольшая активность САЭ проявлялась в одной и этой же зоне при нагружении в два этапа. Из бетона были взяты керны с поврежденной и нормальной зоны, проведены лабораторные испытания, которые под- твердили зарождение разрушения в активной зоне излучения САЭ. Авторами рекомендована умень- шить скорость движения на путепроводе, устано- вить фиксированный интервал между автомоби- лями и провести ремонтные работы по усилению пролетного строения. Мосты составляют незначительную часть общей длины путей сообщения, но их состояние в зна- чительной степени влияет на эксплуатационные качества дорог. Это обусловлено тем, что мосты являются концентраторами транспортных потоков и обеспечить надежную и долговечную их работу тяжелее, чем самих дорог, поскольку они являются более сложными инженерными сооружениями и испытывают действия более разнообразных наг- рузок и влияний [16, 17]. Кроме действия тран- спортной нагрузки и собственной массы пролетных строений, мосты испытывают динамические наг- рузки от ветрового влияния и от продольного дейс- твия во время торможения или ускорения тран- спортных средств и т. п. Опоры еще и дополни- тельно испытывают давления льда, ударов раз- личных плавающих предметов, а в сейсмически опасных районах – действия землетрясений. В Украине функционирует разветвленная сеть автомобильных и железнодорожных дорог. На них насчитывается 16300 автодорожных мостов общей длиной 358 км на государственных дорогах и до- рогах местного назначения, 4082 коммунальных мостов общей протяженностью 184,8 км и 8050 железнодорожных мостов общей длиной 210,4 км. Много мостов Украины эксплуатируется с пов- реждениями и дефектами. По данным натурных обследований состояния мостов, проведенных раз- личными организациями в 1980-х годах [18, 19], несущие конструкции имеют, в основном, такие дефекты: разрушения защитных покрытий и кор- розия металла стальных мостов – 41 % обсле- дованных мостов; скалывания, раковины и тре- щины в бетоне – 65 %; коррозия арматуры – 40 %; карбонизация защитного слоя бетона – 60 %. Фактический срок работы железобетонных конструкций мостов 25…30 лет, после чего не- обходимо проводить дорогие ремонтные работы [20]. Основными причинами повреждений явля- ются отсутствие водоотлива или разрушение гид- роизоляции, что приводит к замоканию пролетных строений и, как следствие, проходит интенсивная коррозия арматуры и бетона. Конструкции мостов склонны к хрупкому раз- рушению, т. е. к разрушению через распростра- нение дефектов типа трещин. Процесс разрушения в таких материалах не проходит мгновенно. По- этому своевременное выявление таких дефектов и оценка стадий субкритического подрастания мак- ротрещины является важной научно-технической задачей. Обнаружение значительной части дефек- тов в мостах затруднено в силу того, что их ме- таллические элементы покрыты красками, в же- лезобетонных конструкциях арматура находится в бетоне, а трещина зарождается и развивается часто внутри материала. Таким образом, проблема обеспечения надежной и долговечной эксплуатации мостов становится все более актуальной в силу того, что растет срок эксплуатации мостов, уве- личивается масса и интенсивность движения тран- спортных средств и динамические влияния на мос- товые конструкции, повышается агрессивность внешней среды. Растущая сложность обеспечения надежной и долговечной эксплуатации мостов тре- бует принципиально новых подходов к их тех- нической диагностике [1, 21]. 14 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2006 Цель работы – провести АЭ-обследования мостов для определения срока их дальнейшей бе- заварийной эксплуатации. Методологические подходы к проведению АЭ- обследований мостов. Для оценки образования микротрещин во время исследования мостовых кон- струкций методом АЭ использовали подход, пред- ложенный в работе [22]. Он заключается в при- менении критериальной оценки Kpj, что базируется на учете скорости изменения плотности энергии САЭ, которые регистрируются Kpj = lg(Ej ⁄ τj 2), (1) где Ej – энергия j-го САЭ; τj – его длительность. Для проведения цифровой обработки САЭ вы- ражение (1) записывали в виде: Kpj = lg[∑( i = 1 n Aji) 2 ⁄ LEj 2] + lg(∆U2 ⁄ ∆t), (2) где t – часовой интервал дискретизации САЭ (∆t = = const); Aji – число разрядов аналого-цифрового преобразователя для i-го отсчета амплитуды j-го САЭ; n – количество отсчетов амплитуды для j-го САЕ; LEj – длительность j-го САЭ (LEj = n). При заданной чувствительности АЭ-аппаратуры U и частоты дискретизации входного сигнала вто- рая составляющая выражения (2) становится кон- стантой B, т. е. Kpj = lg[∑( i = 1 n Aji) 2 ⁄ LEj 2] + В. (3) При всех схемах статических и динамических загрузок САЭ фиксировали с несущих конструкций моста программно-техническим комплексом «АКЕМ», построенном на базе персонального компьютера с использованием технологии «PCLab- Card». Для определения динамических характе- ристик использовали прибор VIBROPORT 30, ос- нащенный персональным компьютером производ- ства фирмы «SCHENCK» (ФРГ). При установке ПАЭ на поверхности металла значения критерия выделения САЭ от трещин Kpj принимали равным 3, на бетоне – 6. Обнару- женные источники АЭ за описанной выше ана- логией разделяли на четыре класса: I – пассивный источник, II – активный, III – критически ак- тивный, IV – катастрофически активный. Кроме критерия Kpj вычисляли активность ис- точников АЭ из выражения: F = 1 K ∑ k = 1 T Nk + 1 Nk , (4) где Nk + 1 Nk = ⎧ ⎨ ⎩ 1 при Nk = 0, Nk + 1 > 0, 0 при Nk > 0, Nk + 1 = 0, (5) k = 1, 2… , K; Nk – число событий в k-м интервале оценки параметров САЭ; Nk + i – число событий в k+1-м интервале оценки параметров САЭ; k – номер интервала оценки параметров САЭ. Оценку осуществляли в интервалах F << 1, F = 1, F > 1. Относительную мощность Jk источ- ника АЭ на каждом интервале регистрации оп- ределяли по формуле Jk = AK ⁄ W ∑ k = 1 K Ak. (6) Здесь Ak – средняя амплитуда источника на интервале k; AK – средняя амплитуда всех ис- точников АЭ, зарегистрированных на ОК, за ис- ключением анализируемого на интервале k; W – коэффициент, определяемый из эксперимента. Оценку класса источника также проводили за локально-динамическим критерием в реальном мас- штабе времени с использованием таких параметров САЭ: Ni + 1 – число выбросов АЭ в событии; Ni – число выбросов в предыдущем событии или Ei + 1 – энергия АЭ-события; Ei – энергия пре- дыдущего АЭ-события. Для каждого события вы- числяют величины Wi + 1 = Ni + 1/Ni или Wi + 1 = = Ei + 1/Ei и получали значение Vi = 1 = ⎛ ⎜ ⎝ 1 + Pi + 1 — Pi Pi + 1 ⎞ ⎟ ⎠ 4 — 1, (7) где Pi + 1 – величина внешнего параметра в момент регистрации события АЭ; Pi – значение внешнего параметра в момент регистрации предыдущего со- бытия (если в качестве параметра использовали время, тогда это промежуток времени от начала интервала наблюдения). Оценку опасности процессов, проходящих в структуре материалов во время нагружения про- летного строения, осуществляли с помощью ана- лиза кинетики развития САЭ с использованием общего анализа данных, полученных на этапах выдержки под нагрузкой. Анализ выполняли с формализацией данных и описанием полученной зависимости выражением: A~ = aП ~ b при ti = const, (8) где A~ = Aт/Amax, П ~ = Пт/Пmax; AT, Amax, Пт, Пmax – текущие и максимальные значения па- раметров. Абсолютное значение показателя степени b < 3 свидетельствует о том, что дефекты, развиваю- щиеся в структуре материала, не являются опас- ными. Результаты АЭ-контроля и их интерпретация. АЭ-обследование моста через реку Захидный Буг. Объектом исследования был автодорожный мост возле с. Ягодын Волынской области, построенный в 1953—1954 гг. из металлических конструкций разобранного моста построения 30-х годов XX ст. Мост разрезной трехпролетный, в сечении состоит из двух ферм по схеме 3 62 м. Габариты проезжей части Г — 7,0 + 2 1,55 м. Металлические фермы клепаные с параллельными поясами с проездом понизу и треугольной решеткой. Расстояние между осями ферм 8,65 м. Верхние и нижние пояса – ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2006 15 Н-образного сечения. Раскосы составные, двутав- рового профиля, сквозные, решетчатые. Составные опорные стойки также коробчатого сечения. В плос- кости верхних и нижних поясов расположены го- ризонтальные перекрестные связки. Плита проез- жей части моста монолитная железобетонная, встроенная по металлическим профилям – «во- теренах», установлена на балочную клетку из по- перечных составных балок переменного сечения, закрепленных к узлам ферм, и продольных балок двутаврового профиля, закрепленных к стойкам поперечных балок. Покрытие проездной части мос- та асфальтобетонное, на тротуарах покрытие от- сутствует. Опоры моста – массивные бетонные на железобетонных висячих сваях. Неподвижные опорные части – металлические с верхним и ниж- ним балансирами и цилиндровым шарниром между ними, подвижные – металлические катковые. Пролетные строения моста подвергали стати- ческим и динамическим нагрузкам. Для этого заг- ружали поочередно все три пролета тягачами с прицепами массой от 20 до 38 т каждый. Стати- ческие нагрузки осуществляли последовательными заездами на проезжую часть каждой прогонки мос- та тягачей с прицепами. Масса грузовиков сос- тавляла 20…38 т. Максимальное количество их на проезжей части пролета – 8. После заезда и остановки каждого грузовика проводили регист- рацию и обработку САЭ. Одновременно проги- бомерами замеряли прогибы ферм в середине про- лета, а электромеханическими тензометрами – от- носительные деформации наиболее напряженных элементов ферм. АЭ-информацию регистрировали на протя- жении 45…120 с. ПАЭ устанавливали в зоне мак- симальных растягивающих напряжений (средняя часть пролета, рис. 1). Пролеты моста нумеровали со стороны территории Украины. Перед установ- лением ПАЭ на несущую балку и ребро жесткости выполняли очистку последних от краски и ржи. Диаметр зачищенной зоны поверхности составлял примерно 20 мм. После нанесения акустопрозрач- ного контактного слоя ПАЭ прижимали к повер- хности металла с помощью струбцин. ПАЭ № 3 во время испытаний всех пролетов располагали на волноводе, непосредственно уста- новленном в бетоне плиты проезжей части. Вол- новод изготовляли из арматурного стержня диа- метром 8 мм и длиной 150 мм. На одном из краев волновода параллельно его оси делали лыску глу- биной 3…4 мм, на которой располагали ПАЭ. Вол- новод устанавливали в бетоне, где высверливали отверстие диаметром 7 мм, глубиной 10…15 мм и с натяжением фиксировали волновод с ПАЭ. Регистрацию и обработку САЭ осуществляли по двум каналам одновременно. Применяли испытания двух видов. Первый зак- лючался в проезде через каждый пролет моста одного тягача с прицепом фиксированной массы с постоянной скоростью, которую изменяли в ди- апазоне значений 5, 10, 20 и 40 км/ч. Регистрацию и обработку САЭ проводили начиная с момента заезда тягача с прицепом на пролет и заканчивали с выездом его с пролета моста. Второй вид ди- намических испытаний заключался в переезде тя- гача с прицепом фиксированной массы с постоян- ной скоростью через порог, установленный в цен- тральной части пролета моста. Скорость движения была такой же, как и в первом варианте. В качестве порога использовали деревянный брус толщиной 10 см. Обработку критериальной оценки выявления САЭ от трещин проводили по ее определению в соответствии с коэффициентом Kpj. Например, на первой, второй и третьей ступенях нагрузки про- лета 0-1 соответственно одним, двумя и тремя гру- зовиками развитие трещин не фиксировали. САЭ от трещин зафиксированы только на четвертой ступени загрузки (4 грузовика). Анализ зарегис- трированных параметров САЭ (амплитуда, энер- гия, длительность) показал, что они имеют низкие числовые значения, что свидетельствует о стаби- лизации развития микропроцессов в структуре ма- териала. Последующие испытания моста, проведенные с использованием метода АЭ, показали, что при эксплуатационных нагрузках в нем не возникают дефекты, развитие которых является опасным для конструкций пролетных строений [21]. АЭ-обследование автодорожного моста через р. Пивденный Буг [23]. Мост расположен возле с. Луполово автодороги Одесса—Киев. Пролетное строение моста – сталежелезобетонное, неразрез- ное, по схеме (32,9 + 43,3 + 43,3 + 32,9 м). В по- перечном сечение оно состоит из шести главных металлических балок, объединенных монолитной железобетонной плитой проезжей части и связками. Габарит по ширине моста включает: трехметровую раздельную полосу, двухполосную проезжую часть шириной 7,5 м, полосы безопасности шириной 2 м и тротуар шириной 0,78 м. Полная ширина моста – 14,14 м, длина – 153,3 м, строительная высота по фасаду – 2,1 м. Промежуточные опоры – железобетонные стоечные. Пролетное строение моста испытывали стати- ческой и динамической нагрузками. Как испыта- тельную нагрузку использовали грузовые автомо- били массой 25 т каждый. Целью исследования моста было выявление источников АЭ, которые свидетельствуют о дефектах, проявляющих кри- тическую активность во время статической и ди- намической нагрузок мостовых конструкций, вы- явления закономерностей процесса излучения АЭ. По первой схеме нагрузки был создан макси- мальный изгибной момент в пролете 3-4. ПАЭ Рис. 1. Расположение ПАЭ во время нагружения пролета 0-1 (а) и пролетов 1-2 и 2-3 (б): 1 – ПАЭ № 1; 2 – волновод; 3 – ПАЭ № 2; 4 – железобетонная плита проезжей части; 5 – нижний пояс фермы 16 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2006 разместили на ребре крайней двутавровой метал- лической балки. Две следующие схемы предус- матривали создание максимальных усилий в же- лезобетонной консоли плиты проездной части, а ПАЭ устанавливали на бетон. Перед установлением ПАЭ на металле поверхность его очищали от крас- ки. После нанесения слоя акустически прозрачного заполнителя «Рамзай» ПАЭ прижимали к повер- хности с помощью струбцины. Прижимали ПАЭ к бетону с помощью магнита, что одним концом фиксировал ПАЭ, а другим прикреплялся к ме- таллу верхней полки двутавровой балки (рис. 2). Регистрацию и анализ САЭ во время стати- ческих испытаний проводили с момента остановки автомобилей в местах, определенных схемами ис- пытаний. Информация регистрировалась на про- тяжении 40…60 с, а во время динамических ис- пытаний – от момента заезда автомобиля на мост и к моменту выезда с него. Расположение ПАЭ было аналогично расположению их во время ста- тических испытаний. Во время статических испытаний пролетного строения моста по схеме № 1 фиксировали САЭ от дефектов в материале металлической балки. На это указывают соответствующие значения па- раметра Kpj. Анализ опасности развития дефектов, появляющихся в структуре материалов при наг- рузке пролета, показал следующее. Начиная с 12-й секунды проявляется зависимость между уровнем нагрузки и накопленной энергией САЭ. При этом значение коэффициентов в аппроксимирующем вы- ражении равны: а = 0,0878; b = —1,76897; σ2 = 0,02824. Абсолютное значение показателя степени b < 3, т. е. во время нагрузки пролетного строения моста по схеме загрузки № 1 развивающиеся де- фекты в структуре материала не являются опас- ными. При статических испытаниях пролетного стро- ения моста по схемам № 2 и 3 фиксируются САЭ от микротрещинообразования в материале желе- зобетонной плиты проезжей части. На это ука- зывают соответствующие значения параметра KpZ, что не превышают значения шесть. Анализ опасности развития этих дефектов показал следующее. Сог- ласно схеме загрузки № 2, начиная с 20-й секунды, существует зависимость между накопленной энергией САЭ и нагрузкой на пролет. Анализ полученной зависимости с формализацией данных показывает, что она описывается выражением с параметрами ап- проксимации: а = 0,26273; b = 0,05307; σ2 = 0,36816. По схеме загрузки № 3 зависимость между на- копленной энергией САЭ и нагрузкой на пролет появляется после 7 с. После 11 с: а = 1,08086; b = 1,61458; σ2 = 0,04489. Абсолютное значение показателя степени b < 3, т. е. во время испытаний пролетного строения моста по схемам загрузки № 2 и 3, дефекты, которые развиваются в структуре материала, не являются опасными. Таким образом, при испытании моста с исполь- зованием метода АЭ, установлено, что мост не имеет дефектов структуры материалов, которые препятствовали бы надежной и безопасной экс- плуатации конструкций пролетных строений и име- ли бы тенденцию к развитию. Для оценки сос- тояния конструкций пролетного строения моста и для создания системы его мониторинга целесооб- разно через некоторое время проводить аналогич- ные испытания. Это позволило бы сформировать базу данных для установления зависимости с целью оценки долговечности моста за параметрами САЭ. АЭ-обследование моста через реку Прут в г. Черновцы. Мост расположен на магистральной ав- томобильной дороге третьей технической категории М20 Житомир—Черновцы—Тереблече [24]. Он ме- таллический, шестипролетный и построенный по схеме: 38,60 + (39,14 + 2538,90 + 39,14) + 38,60. Общая длина моста составляет 247,18 м. Мостовой переход с металлическими пролет- ными строениями на бутобетонных опорах построен в 1927—1931 гг. и пересекает р. Прут под прямым углом. Дважды во время Второй мировой войны мост был разрушен и дважды был восстановлен. Фундамент второй опоры не был разрушен и на нем построена бутобетонная опора в первичном виде на высоту 5,0 м. Выше устроена временная рама, замурованная основанием в бутобетон опоры; на металлическую раму через шпальные клетки были оперты фермы. В 1961 г. деревянная про- ездная часть моста была заменена на железобе- тонную. Пролетные строения состоят из двух сквозных металлических ферм с параллельными поясами и проезжей частью понизу. Фермы открытые и не имеют ветровых связей верхнего пояса. Заполнение выполнено в виде треугольной решетки с допол- нительными стойками. Береговые пролеты 0-1 и 5-6 перекрыты раз- резными фермами. Русловые пролеты 1-2…4-5 пе- рекрыты неразрезной четырехпролетной фермой. В каждом пролете фермы разбиты на 10 панелей длиной 3,8…3,87 м. В поперечном разрезе рас- стояние между фермами в осях составляет 6,51 м, а их расчетная высота – 4,04 м. Сечения элементов ферм выполнены с прокат- ных швеллеров и уголков, усиленных в верхнем и нижнем поясах металлическими листами в сред- них панелях и опорных зонах неразрезных ферм. В поперечном направлении жесткость пролетных строений обеспечивают горизонтальные диагональ- ные вязи из двойных прокатных уголков размером 90 90 10 мм, расположенных в нижнем поясе. Береговые опоры – бутобетонные, монолитные с обратными стенками. Стояки состоят из двух Рис. 2. Схемы расположения ПАЭ во время испытания моста: 1 – железобетонная плита проезжей части; 2 – металлическая балка; 3 – ребро жесткости металлической балки; 4 – ПАЭ размещен на металле; 5 – прижимающая струбцина; 6 – маг- нит; 7 – ПАЭ размещен на бетоне (схема № 2 и 3) ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2006 17 частей, каждая из которых заканчивается карни- зом. Нижняя часть утолщенная и имеет высоту около 5,0 м, верхняя – около 1,5 м. Железо- бетонная обратная стенка выполнена в монолите с тротуарными консолями на длину примерно 7,0 м. Снизу тротуарных консолей с верховой и низовой сторон устроены две бетонные диафрагмы. Промежуточные опоры бутобетонные, пустоте- лые, оштукатурены с расшивкой швов и выпол- нены, как и стояки, с двух частей. Боковые грани нижних частей промежуточных опор имеют нак- лоны с соотношением 15:1. Верховая сторона вы- полнена в виде удлиненного эллипса и выполняет функцию ледореза, низовая часть – полукруглая. По данным опроса старожилов установлено, что фундаменты всех опор – кессоны с закладкой на глубину 20,35 м. Фермы установлены на под- вижные опорные части (катковые, валковые) и неподвижного типа (балансирные). Железобетонная плита проезжей части является сборной конструкцией и имеет толщину 11 см. В поперечном пересечении она выполнена в форме корыта, состоящего из двух Г-образных блоков. Продольный шов расположен по оси проезжей час- ти. Длина блока равна длине панели, поперечные швы расположены над поперечными балками. Пли- та уложена на балочную клетку, состоящую из продольных и поперечных балок. Поперечные балки составные, клепаные с угол- ков и листов двутавра высотой 0,74 см, расчетной длиной 6,15 м, установленные в каждом узле ниж- него пояса. Они жестко связаны со стойкой главных ферм, образуя полураму. К вертикальным ребрам для обеспечения местной стойкости с двух сторон приклепаны ребра жесткости с уголков 90 90 10 мм. Продольные балки выполнены с двутавра № 30 и жестко связаны в одном уровне (с помощью опорного столика) с поперечными балками. В по- перечном сечении установлено шесть продольных балок с расстоянием в осях 1,0 м и расчетной длиной 3,7…3,75 м. Опирается плита на балочную клетку с помощью железобетонных брусьев сече- нием 13,5 12,5 см, омоноличенных с верхним по- ясом продольной балки. Длина брусьев равняется длине панели. Во время статических испытаний моста были реализованы 13 схем загрузки поочередно всех пролетов. В качестве испытательной нагрузки ис- пользовали загруженные балластом два самосвала автомобилей «КрАЗ» массой по 27 т каждый. Де- лали замеры: прогибов (вертикальных перемеще- ний) – в середине пролетов 0-1, 1-2 и 5-6 ба- рабанно-шестеренчатыми прогибомерами с прово- лочной связью системы Аистова ПАО-6; напря- жений (относительных деформаций) – в середине пролетов 0-1, 1-2, 5-6 в верхних и нижних полках главных балок электромеханическими тензометра- ми и микроиндикаторами с базой 200 мм. Динамические нагрузки на мост создавали про- ездом загруженных балластом самосвалов марки «КрАЗ» с разными скоростями по проезжей части моста и с проездом через порожек – деревянный брус сечением 10 10 см, который лежал непод- вижно поперек пролета на его середине. Были реализованы такие нагрузки: проезды одного ав- томобиля «КрАЗ» со скоростями 10, 20, 30 км/ч в направлении от опоры 6; проезд одного авто- мобиля «КрАЗ» через порожек 10 10 см со ско- ростью 20 км/ч. Вибропреобразователь закрепляли к верхнему поясу фермы посередине пролета, который иссле- довался (0-1, 1-2 и 5-6) [24]. Регистрацию и анализ САЭ во время стати- ческих испытаний проводили с момента остановки автомобилей в местах, определенных схемами ис- пытаний. Информацию регистрировали в течение 40…60 с. Также проводили обработку критери- альной оценки выявления САЭ от трещин, как и в упомянутых выше исследованиях, по коэф- фициенту Kp. В результате статических и динамических ис- пытаний моста через р. Прут на автодороге Жи- томир—Черновцы установлено, что конструкции моста не имеют дефектов и повреждений, которые снижали бы несущую способность. Испытания мос- та показали, что конструкции усиления элементов нижнего пояса в пролетах 1-2, 2-3 и 5-6 включены в работу. Для обеспечения долговечности моста необходимо завершить работы по защите его ме- таллических конструкций от коррозии с исполь- зованием современных технологий и материалов, а также выполнить работы по ремонту опор моста, устроив защитные железобетонные рубашки. Ре- комендовано установить ограничение грузоподъем- ности с пропуском временной нагрузки максима- льной общей массой до 30 т на одном пролете. Выводы Проведение АЭ-обследований таких технически сложных сооружений, как мосты требует тщатель- ной подготовки, которая заключается в расчете режимов работы сооружения, разработке методо- логических оснований проведения НК, научно- обоснованной интерпретации полученных данных и т. п. Метод АЭ позволяет получить необходимые ди- агностические данные для оценки технического сос- тояния мостовых сооружений. Особенно эффек- тивно использовать АЭ-данные для выявления за- рождения и развития макротрещин. По результатам периодических АЭ-обследова- ний моста можно оценить остаточный ресурс со- оружения. 1. Скальський В. Р., Коваль П. М. Акустична емісія під час руйнування матеріалів виробів і конструкцій. Методо- логічні аспекти відбору та обробки інформації.– Львів: Сполом, 2005. – 396 с. 2. Скальський В. Р., Демчина Б. Г., Карпухін І. І. Руйну- вання бетонів і акустична емісія (Огляд). Повідомлення 2. Корозія залізобетону. Апаратурні засоби. AЕ-контроль та діагностика будівельних споруд // Техн. диагностика й неразруш. контроль. – 2000. – № 2. – С. 9—27. 3. Акустико-змиссионная диагностика мостовых и строитель- ных конструкций / А. И. Манохин, Б. А. Лифшиц, Л. И. Маслов и др. // Сб. докл. I Всесоюзн. конф. «Акустичес- кая змиссия материалов и конструкций». – Ростов-на-До- ну: Изд-во Ростов. ун-та, 1989. – Ч. 11. – С. 8—13. 4. Golaskі L., Gebskі P., Ono K. Dіagnostіcs of reіnforced concrete brіdges by acoustіc emіssіon // J. of Acoustіc Emіssіon. – 2002. – 20. – P. 83—98. 18 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2006 5. Swіt G. Dіagnostіcs of a vіaduct buіlt of prestressed concre- te beams by acoustіc emіssіon // Механіка руйнування матеріалів і міцність конструкцій / Під заг. ред. В. В. Панасюка. – Львів: Фіз.-мех. ін-т ім. Г.В. Карпенка НАН України, 2004. – С. 847—854. 6. Fatіgue testіng of specіmens from the Mason Creek Brіdge / DNL Infrastructure Technologіes Inc. // A Prelіmіnary Summary Reaport. – 1998. – 7 p. 7. Schechіnger B. Vogel T. A deeper understandіng of acoustіc emіssіon wave propagatіon іn reіnforced concrete // Proc. Internatіonal symposіum: Non-destructіve testіng іn cіvіl engіneerіng, Berlіn, September 16—19, 2003. – Berlіn, 2003. – 6 р. 8. Holford K. M., Pullіn R., Lark R. J. Acoustіc emіssіon monіtorіng of concrete hіnge joіnt models // Proc. 26th European conference on acoustіc emіssіon testіng, Berlіn, September 15—17, 2004. – Berlіn, 2004. – P. 211—218. 9. Damage assessment іn raіlway sub-structures deterіorated usіng AE technіque / Tomokі Shіotanі, Yasuhіro Nakanіshі, Xіu Lou and Hіroshі Haya // Ibid. – P. 225—232. 10. Оцу М. Акустико-емісійний контроль бетонних конс- трукцій // Конкуріто когаку. – 1988. – 25. – № 12. – С. 5—11. 11. Акустико-змиссионное обследование железнодорожних мостов / А. П. Брагинский, Д. Г. Евсеев, Б. М. Медве- дев, Б. Г. Иванов / Сб. тез. докл. I Всесоюзн. конф. «Акустическая змиссия материалов й конструкций», Рос- тов-на-Дону, 11—13 сент. 1984 г. – Ч. 1. – С. 28—29. 12. Акустико-емісійний контроль мостових залізобетонних конструкцій / Т. Сакуда, Я. Гаші, К. Маеда, Я. Канікава // Хіхакай кенса. – 1988. – 37, № 9. – С. 965—866. 13. Gong Z., Nybor E. G., Oommen G. Acoustіc emіssіon monіtorіng of steel raіlroad brіdges // Mater. Eval. – 1992. – 50, № 7. – P. 883—887. 14. Муравин Г.Б., Ерминсон А. Л. Использование акустичес- кой змиссии для контроля состояния железобетонных мос- тов / Сб. докл. I Всесоюзн. конф. «Акустическая змиссия материалов и конструкций». – Ростов-на-Дону: Изд-во Ростов. ун-та, 1989. – Ч. 11. – С. З—8. 15. Использование метода акустической змиссии для зкспресс- контроля разрушения бетонов с добавками пластификато- ров / Н. Г. Чаусов, С. А. Недосека, И. О. Богинич, Н. Д. Гах // Техн. диагностика и неразруш. контроль. – 1998. – № 3. – С. 12—16. 16. Лантух-Лященко А. І. Проблема створення національної системи експлуатації мостів // Зб. доп. Укр. міжгалуз. наук.-практ. сем. «Сучасні проблеми проектування, будівництва та експлуатації споруд на шляхах сполучен- ня». – Київ, 1998. – С. 138—145. 17. Бондарь Н. Г. Как работают мосты. – Киев: Наук. дум- ка, 1986. – 120 с. 18. Виноградский Д. Ю., Руденко Ю. Д., Шкуратовский А. А. Эксплуатация й долговечность мостов. – Киев: Будівельник, 1985. – 104 с. 19. Страхова Н. С. Експлуатація та реконструкція мостів: Навч. посібник. – Киев: НМК ВО, 1992. – 88 с. 20. Васильев А. И., Польевко В. П. Долговечность железобе- тонных мостов й меры по увеличению срока их службы // Автомобильные дороги. – 1995. – № 9. – С. 30—32. 21. Коваль П. М. Використання методу акустичної емісії при дослідженні мостів // Автошляховик України. – 2003. – № 1. – С. 34—37. 22. Филоненко С. Ф. Акустическая эмиссия. Измерения, кон- троль, диагностика. – Киев: КНУЦА, 1999. – 304 с. 23. Коваль П. М., Сташук П. М., Фаль А. Є. Дослідження прогонової будови нового сталезалізобетонного автодо- рожнього моста з використанням методу акустичної емісії // Зб. наук. праць ФМI ім. Г.В. Карпенка НАНУ «Діаг- ностика, довговічність та реконструкція мостів і будівель- них конструкцій». – 2003. – Вип. 5. – С. 85—93. 24. Виведення з аварійного стану металевого моста через p. Прут в м. Чернівці / П. М. Коваль, А. Г. Походенко, И. И. Лучко, П. М. Харлашко // Там же. – С. 72—84. Гос. дор. науч.-исслед. ин-т им. Шульгина, Киев Физ.-мех. ин-т им Г. В. Карпенко НАН Украины, Львов Поступила в редакцию 22.07.2005 Уважаемые коллеги! Приглашаем Вас принять участие в работе ежегодных научно-практических конференций, семинаров, круглых столов, выставок, организуемых Украинским информационным Центром «НАУКА. ТЕХНИКА. ТЕХНОЛОГИЯ». Четырнадцатая ежегодная международная конференция и выставка «Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики» 16—20 октября 2006 г. г. Ялта Тематика конференции: • Общие вопросы неразрушающего контроля (НК) и технической диагностики (ТД) • Теоретические вопросы взаимодействия физических полей с веществом контролируемых объектов • Техническая диагностика и мониторинг состояния производственных объектов • Контроль напряженного состояния конструкций, изделий и сварных соединений • Опыт и перспективы НК на предприятиях горно-металлургического комплекса • НК и ТД в нефтегазовой отрасли • Контроль строительных конструкций • Вибрационные методы диагностики • Вопросы обучения, подготовки, аттестации и сертификации специалистов, разделений НК и ТД • Разработка и гармонизация стандартов в области НК и ТД • Метрологическое обеспечение средств НК • Состояние и развитие НК и ТД в Украине • Заседание Правления УО НКТД ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2006 19

Акустико-эмиссионное обследование технического состояния мостов

Institution

Similar Items