книги из ГПНТБ / Джонс, Р. Неразрушающие методы испытаний бетонов

Р. ДЖОНС, И. ФЭКЭОАРУ

НЕРАЗРУШАЮЩИЕ

МЕТОДЫ

ИСПЫТАНИЙ

БЕТОНОВ

Перевод с румынского В. М. Маслобойщикова

МОСКВА, СТРОЙИЗДАТ, 1974

ВВЕДЕНИЕ

Классификация неразрушающих методов испытания бетона. Для клас­ сификации необходимо принять во внимание следующее: во-первых, учи­

и использована в настоящей книге. Как видно, неразрушающие методы ос­ нованы на принципах, изложенных в различных разделах физики, а имен­ но: в механике, акустике, электромагнетизме и атомной физике.

глощение гамма-излучения

Схема 1

5

Специалистам, которые захотят применить существующие методы на практике, проанализировать и решить, какой из них можно использовать для определения свойств бетона, в каждом отдельном случае рекомендуем вос­ пользоваться общей классификацией по схеме 2.

По этой классификации можно использовать две группы методов испы­ тания или больше. Классификация по схеме 2 была уточнена по справоч­ ным данным и проверена опытным путем.

1. РЕЗОНАНСНЫЙ МЕТОД

Резонансный метод в настоящее время находится в стадии разработки, обеспечивающей его лабораторное применение, так как возбуждение коле­ баний в конструктивных элементах требует энергии, превышающей возмож­ ности известных типов возбудителей1.

Длину образца /, применяемого для испытания в виде призмы или ци­ линдра рекомендуется определять из условия

1 > 4 а , (1.1)

где а — размер поперечного сечения образца.

Соблюдение условия (1.1) облегчает установление собственной частоты образца и снижает количество поправок в расчете.

Теоретически разработана методика испытаний также для образцов в виде коротких призм, кубов и дисков [1], что позволяет уменьшить труд­ ности при определении их резонанса.

Резонансный метод дает удовлетворительные результаты в следующих областях применения:

исследование процессов твердения бетона, а также параметров, влияю­ щих на этот процесс;

определение динамических упругих характеристик бетона; исследование поведения бетона при повторных циклах заморажива­

ния-оттаивания и в агрессивных средах; определение плотности и прочности бетона в образцах.

1.1. ПРИНЦИП РЕЗОНАНСНОГО МЕТОДА

Образец в виде стержня, подвергнутый воздействию внешнего импуль­ са, свободно колеблется по закону, который приближенно можно распро­ странить на механическую систему с одной степенью свободы без учета по­ терь:

где т — масса системы; k — упругая постоянная системы; х — перемещение.

Общее решение уравнения (1.2) имеет вид

1 В Советском Союзе трудность, упоминаемая авторами, преодолена в конструк­ циях ряда стендов для вибрационных испытаний в режиме вынужденных колебани й (резонансная схема) (примеч. науч. ред.).

7

где

называется круговой частотой собственных колебаний механической систе­ мы, которая связана с частотой колебаний f n отношением

_ (Оп

(1.5)

2л

Для случая, когда имеется внешний источник вибраций с частотой ко­ лебаний со, уравнение (1.2) принимает вид

Уравнение (1.6) получается из общего решения однородного уравнения (1.2) и частного решения неоднородного уравнения (1.6):

В таких условиях явление резонанса может быть зарегистрировано при использовании электронных или акустических средств. Это явление исполь­ зуют при определении частот собственных колебаний f n механической си­ стемы.

Резонансный метод не рассматривается детально, а лишь дается схема колеблющегося образца, для которого приведены уравнения определения резонанса. Результаты решений уравнений являются характерными для цельного образца, а измеренная величина частоты резонанса относится к об­ ласти порога слышимости.

При практическом применении резонансного метода необходимо учесть, что сам метод.не может применяться для испытания здания в целом или для его составных элементов1. При применении образцов к ним предъявляются следующие требования:

поперечное сечение должно быть постоянным;

1 С мнением авторов здесь согласиться нельзя. Вибрационные испытания в режи­ ме вынужденных колебаний (резонансные испытания) целых сооружений используют­ ся давно и успешно. Начало таким испытаниям положено в Советском Союзе в 1928 г. Известны работы И. М. Рабиновича и Н. С. Стрелецкого (динамические испытания стальных мостов), Ю. А. Нилендера, Е. С. Сорокина, И. Л. Корчинского, Е. Е. Гибшмана, Н. А. Крылова, В. А. Калашникова, Э. А. Сехниашвили, Г. А. Шапиро (примеч. науч. ред.).

8

форма образца должна быть удлиненной в одном направлении (стерж­ невая);

опирание образца во время испытания соответствует методу возбужде­ ния колебаний измеряемой гармоники.

Для проведения испытания резонансным методом необходимо распола­ гать достаточно полной информацией об образце, причем сам образец не должен иметь каких-либо дефектов.

1.2.РЕЗОНАНСНЫЙ МЕТОД

СИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОДОЛЬНЫХ КОЛЕБАНИИ

Измерение собственной частоты колебаний образца — самый распро­ страненный метод, при котором возбуждаются продольные колебания в об­ разце типа волн растяжения-сжатия. С этой целью со стороны торца приз­ матического образца располагают излучатель колебаний (возбудитель) Е, ось которого параллельна оси образца и частота которого может изменяться. В образце создаются колебания, распространяющиеся в виде волн растяже­ ния-сжатия от излучателя Е к приемнику (звукоснимателю) R, размещен­ ному на противоположном торце. Для исключения изгиба образец опи­ рают посередине.

Благодаря изменению частоты колебаний излучатель может создавать колебания с длиной волны, равной А,, которая должна быть одинаковой с длиной образца I. При данном положении звуковые волны распростра­ няются до тех пор, пока с помощью интерференции вынужденные и собствен­ ные колебания образца не создадут систему стоячих волн. В такой момент наблюдается явление резонанса, т. е. частота возмущающей силы совпадает с основной собственной частотой стержня.

Определить эту частоту легко, поскольку [см. уравнение (1.7)1 ампли­ туда колебаний в этот момент становится наибольшей (теоретически беско­ нечной).

Характер изменения амплитуды колебаний показывает наличие узло­ вой точки в середине образца. Подтверждается вывод, что в этой точке мо­ жет быть поставлена опора и звуковые колебания идут вдоль образца.

Для определения длины призмы служит равенство

или

9