книги из ГПНТБ / Аронов Р.И. Испытание сооружений учеб. пособие

рованного метода — с одновременным воздействием как постоян­ ного поля электромагнита, так н циркулярного поля переменного тока, что обусловливает переменное направление намагничивания.

Выявление дефектовпроизводится различными методами. Порошковый метод является самым простым и наиболее доступ­

ным. Для этой цели применяют мелкоразмолотые ферромагнит­ ные порошки — железный сурик, окалину нт. д., выбирая цвет по­ рошка контрастным по отношению к цвету предварительно зачи­ щенной проверяемой поверхности. Порошок наносится или сухим (напылением), или в виде суспензии— водной (что предпочти­ тельнее при контроле строительных конструкций) или керосиномасляной (этот прием целесообразен при контроле смазанных маслом деталей механизмов).

Над местами расположения дефектов порошок оседает в виде хорошо заметных скоплений. Четче всего выявляются -поверхност­ ные дефекты. Неровности сварных швов не мешают выявлению дефектов, но затрудняют исследование .расположенных в глубине. Так, например, в швах толщиной 10 мм удовлетворительно в виде прямых линий выявляются непровары, расположенные на расстоя­ нии 2—4 мм от поверхности и идущие вглубь на 3—5 мм.

Магнитографический метод широко применяется при контроле сварных швов металлических трубопроводов. Намагничивание производится соленоидами, охватывающими или всю трубу, или часть ее периметра при больших диаметрах. Витки соленоида рас­ полагаются параллельно шву по обеим его сторонам. Для фикса­ ции потоков рассеивания на шов накладывается магнитная лента, аналогичная применяемой в магнитной звукозаписи, но несколько большей ширины. Использованные ленты размагничиваются и становятся вновь пригодными к употреблению-.

Для расшифровки записи используют звуковые индикаторы или устройства для визуального наблюдения импульсов на экране электроннолучевой трубки и сопоставления их с импульсами от эталонированных дефектов. Имеются устройства, дающие и види­ мые изображения выявленных дефектов.

Указанным методом может производиться сплошная проверка швов. Для контроля наиболее серьезные из отмеченных дефектов дополнительно просвечиваются ионизирующими излучениями. Такое комбинированное использование .разных методовоказыва­

ется весьма эффективным.

Применение магнитоскопов. В качестве примера на рис. 23 схе­ матически показан принцип действия одного из наиболее извест­ ных приборов такого типа — дефектоскопа К. X. Хренова и С. Т. На­ зарова. Сигналы о наличии дефекта в -производственных условиях преобразуются обычно в звуковые, но могут быть использованы как показывающие, так и регистрирующие приборы (измерители тока или напряжения, осциллографы и т. -п.).

Основным недостатком приборов рассматриваемого типа является довольно значительная длина базы их чувствительных элементов (в дампом случае сердеч­ ника 2), что затрудняет уточнение границ и протяженности дефектов, поскольку

50

Рис. 23. Схема дефектоскопа К. X. Хренова и С. Т. На­ зарова:

малогабаритных линейных сердечников сечением до I—3 мм с катушками.

3-2. Толщинометрия

С помощью магнитных и электромагнитных приборов толщина элементов из ферромагнитных металлов определяется с точностью до нескольких процен­ тов, требуя доступа лишь с одной стороны. При этом используется существую­ щая зависимость между регистрируемой величиной магнитного потока и тол­ щиной исследуемого материала. Приборы такого типа просты и надежны в ра­ боте.

Магнитными и электромагнитными методами с большой точностью могут быть измерены также толщины защитных покрытий на металлах.

51

3-3. Определение напряжений

Магнитные характеристики ферромагнитных материалов меняются при изаіенении их напряженного состояния. На этом принципе разработай ряд спосо­ бов и соответствующих приборов для определения напряжений.

Метод, основанный на возникновении магнитной анизотропии под действием приложенных напряжений. Из числа приборов, работающих по данному прин­ ципу, следует отметить прибор конструкции Н. Н. Максимова, схема преобра­

При одинаковой магнитной проницае­ мости потоки будут равны, при нали­ чии же магнитной анизотропии — раз­ личны, что и измеряется прибором.

Измерительная схема построена таким образом, что электродвижущая сила катушек может определяться как в каждой диагонали в отдельности, так II по их разности и сумме. При измерениях «на разность», поворачи­ вая сердечник в плане, по экстрему­ мам отсчетов выявляется направление главных напряжений в металле *. По повторным измерениям при одинако­ вом положении сердечника можно судить о постоянстве напряженного состояния в дайной точке или об его изменении. При измерениях «по сум­ ме» можно судить о величине глав­ ных напряжений.

Необходимо иметь в виду следу­ ющее:

магнитный поток, проходя в по­ верхностном слое металла, характери­ зует напряженное состояние лишь на поверхности элемента;

на результаты измерений оказы­

вает значительное влияние начальная магнитная анизотропия металла; при последовательных нагрузках и разгрузках появляются петли магнитного

гистерезиса, не связанные с механическими напряжениями.

Другим перспективным направлением оценки напряженного состояния ме­ талла по его магнитным характеристикам является метод «магнитных меток». Сущность его заключается в наведении внешним магнитным полем остаточной намагниченности в отдельных локализованных зонах исследуемого металла. При изменении напряженного состояния последнего меняется и намагниченность этих «меток», являющихся, таким образом, своеобразными индикаторами меха­

нических напряжений.

Наведение и индикация намагниченности меток производятся с помощью

специальных переносных приборов.

Рассматриваемый метод предложен** для контроля натяжения арматуры

* Экстремумы механических напряжений обусловливают экстремумы маг­

нитной анизотропии. „ . „ _ т- тт л * * ІО. А. Нилендером, В. Ф. Дудиным, Е. А. Демченко и В. Г. Цыбиногои.

52

в железобетонных конструкциях. Как наведение, так и индикация состояния магнитных меток могут осуществляться на оголенной арматуре до ее бетони­ ровки и в уже забетонированных деталях и конструкциях через защитный слой ■ бетона.

Необходимо подчеркнуть следующее:

данным методом выявляется лишь- изменение напряженного состояния по -сравнению с имевшим место при нанесении меток;

переход от измерения остаточной намагниченности меток к механическому -напряжению в арматуре может быть произведен лишь при наличии эксперимен­ тально установленной зависимости для данной арматуры, поскольку для разных марок металла эта зависимость не является стабильной;

чередование нагрузок и разгрузок сопровождается появлением петель маг­ нитного гистерезиса. Для исключения их влияния требуется повторное нанесе­ ние меток перед переменой знака изменения напряжений.

Возможны л другие методы оценки напряженного состояния металла, налример по изменению электрического сопротивления (проводимости) и токових­ ревой, успешно разрабатываемые в настоящее время.

3-4. Определение положения арматуры в железобетоне, толщины защитного слоя и диаметра стержней

Для выявления положения и глубины залегания арматуры предложены магнитометрические приборы, состоящие из двух постоянных магнитов, в центральной части магнитного поля кото­ рых расположен на оси маленький магнит, соединенный сострел­ кой-указателем. При приближении к -арматуре напряженность ■магнитного поля в средней точке изменяется, что .обусловливает возникновение магнитного момента, поворачивающего магнитик •со стрелкой. Экстремум отклонения указателя соответствует рас­ положению прибора на поверхности контролируемого изделия над -осями арматурных стержней, а отклонение стрелки указывает на толщину защитного слоя бетона.

Принцип действия одного из наиболее распространенных при­ боров индукционного типа схематически показан на рис. 26.

Индуктивный преобразователь 1 передвигается по поверхности исследуемой железобетонной конструкции или детали. Отдельно ■от него в корпусе лрибори помещен аналогичный .преобразователь 2 с ферромагнитным смещаемым элементом 3, предназначенным для изменения индуктивногосопротивления при балансировке ■схемы. По мере -приближения преобразователя 1 к арматурному стержню разбаланс (зависящий -от толщины, защитного слоя, диа­ метра стержня и ориентировки преобразователя по отношению к «его направлению) будет уменьшаться.

Шкала отсчетного1устройства прибора проградуирована в мил­ лиметрах защитного слоя для арматурных стержней .разного диа­ метра.

Установив расположение стержней, передвигают преобразова­ тель / вдоль контролируемого стержня до .положения, соответст­ вующего минимальному отсчету, следя за тем, чтобы преобразова­ тель находился между пересечениями арматуры. Записав толщины защитного слоя по шкалам -всех диаметров, повторяют отсчет, поместив между бетоном и преобразователем прокладку, толщи­

53

ной, например 10 мм, из оргстекла, дерева или другого диамагне­ тика. Диаметр арматуры будет соответствовать той из шкал, раз­ ность отсчетов по которой окажется равной именно 10 мм.

о

______________ /

Рис. 26. Индукционный прибор для проверки поло­ жения и диаметра арматуры и толщины защитного слоя:

1 — выносной. индуктивный преобразователь; 2 —преобразо­ ватель в корпусе прибора; 3 —стержень для регулирования индуктивного сопротивления: — проводка к источнику пе­ ременного тока; 5 — проводка к отсчетному устройству; 6 — железобетонный элемент; 7 — арматурный стержень

Приборы рассматриваемого типа, надежны и удобны в приме­ нении.

Академией коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова разработан: измеритель сечения металла, предназначенный для контроля за наличием и рас­ положением арматуры различных промышленных и бытовых сооружений и опре­ деления сечения металлических конструкций, находящихся под защитным слоем.. В основу принципа работы прибора положен метод сравнения частот двух: генераторов с помощью транзисторного смесителя и определения разностной: частоты, возникающей на его выходе при изменении параметров колебательного^ контура одного из генераторов, обусловленном воздействием металла.

3-5. Определение влажности древесины

По замеренному электрическому .сопротивлению можно судить» о состоянии материала в конструкции, пользуясь соответствую­ щими зависимостями между электропроводимостью и влажностьюдля данного со:рта дерева.

Измерения производятся с помощью .игольчатых электродов* заглубляемых в древесину на 5—10 мм, что характеризует элект­ росопротивление ее поверхностного слоя. Для элементов, эксплуа­

54

тируемых в течение длительного 'Времени при постоянном темпе- ратурно-влажиостіно'м .режиме (например, для внутренних несущих конструкций в сооружениях), по этим-данным можно судить о

.влажности по всей толщине сечений элементов.

§4. Контроль проникающими жидкостями

игазами

4-1. Контроль герметичности соединений

В резервуарах, газгольдерах, трубопроводах и других анало­ гичных конструкциях, требующих обеспечения не только прочнос­ ти, но и плотности соединений, контроль осуществляют с помощью проникающих сред. Кроме применявшихся ранее испытаний водой и керосином, в настоящее время разработаны и другие приемы (см. ниже).

Испытания водой. Проверяемые емкости заполняются водой до отметки, обычно несколько выше эксплуатационной. В закрытых сосудах давление жидкости повышается дополнительным нагне­

щвов и соединений заливкой воды совмещается, таким образом, со

статическим испытанием исследуемой емкости.

Отдельные швы металлоконструкций могут проверяться силь­ ной струей воды из брандспойта, направленной под давлением примерно 1 ат нормально к поверхности шва. При наличии дефек­ тов пода просачивается сквозь неплотности проверяемого соедине­ ния.

Проба керосином. Благодаря своей малой вязкости и незначи­ тельному, по сравнению с водой, поверхностному натяжению ке­ росин легко, проникает через самые малые поры и выступает на противоположной поверхности. При опробовании поверхность шва с одной стороны обильно смачивается или опрыскивается кероси­ ном. Для облегчения наблюдений шов заранее подбеливается вод­ ным раствором мела; на этом подсохшем светлом фоне отчетливо выявляются затем ржавые пятна и полосы при просачивании ке­

росина.

Проба сжатым воздухом. При наиболее простом применении данного метода проверяемые швы обмазываются мыльной водой. С друтой стороны шов обдувается сжатым воздухом, .подаваемым из шланга под давлением порядка 4 ат нормально к исследуемо­ му шву. В замкнутые емкости сжатый воздух подается внутрь их объема. Признаком дефектности шва служит появление мыльных пузырей на обмазке.

Более совершенным являетсяприменение ультразвуковых «те­ чеискателей», принцип работы которых основан на регистрации ультразвуковых колебаний, возникающих в местах нарушения сплошности под действием вытекающей здесь под давлением струи

55

газа (воздуха). С помощью теченскателей можно выявлять не­ плотности размером до 0,1 мм при избыточном давлении порядка 0,4 ат. Место нахождения дефекта определяется с точностью до- 1,5—2 см.

Проба вакуумом. Проверка вакуумом требует доступа к конст­ рукции лишь с одной ее стороны, что является существенным пре­ имуществом данного метода.

К шву приставляется металлическая кассета в виде плоской. коробки без дна с прозрачным верхом, через который виден про­ веряемый шов. Вакуум-насосом со шлангом, присоединенным к. кассете, в -последней создается небольшое разрежение. Внешним воздушным давлением стенки кассеты, снабженные по их нижнему периметру мягкой резиновой прокладкой, прижимаются при этом к конструкции. Исследуемый шов предварительно должен быть смочен мыльным раствором. В местах нарушений плотности1шва воздух, проникая сквозь эти неплотности, образует в мыльной пене отчетливо видные стойкие пузыри.

При сварке сосудов высокого давления и в других особо ответственных, тре­ бующих полной герметичности конструкциях для увеличения надежности конт­ роля применяется проверка плотности соединений химическими реагентами*, например воздушно-аммиачной смесью или другими газообразными соединения­ ми, обладающими высокой проникающей способностью. Химические методы проверки плотности соединений обладают большой чувствительностью и дают возможность очень четко определять места нахождения дефектов, чем и обус­ ловливается в наиболее серьезных случаях целесообразность применения и этих более сложных приемов.

4-2. Выявление трещин, выходящих на поверхность

Поверхностные трещины в металлических конструкциях, остав­ шиеся незамеченными при визуальном осмотре, могут быть обна­ ружены с помощью проникающих жидкостей. Контролируемую поверхностб смачивают керосином (или иным легко проникающим окрашенным составом), через 20—30 мин насухо обтирают и по­ крывают тонким слоем полужидкой меловой обмазки. После ее высыхания расположение трещин четко выявляется по темным по­ лосам, выступающим на белом фоне.

В ряде областей народного хозяйства — -машиностроении, авиационной про­ мышленности -и др.' для -выявления трещин, как поверхностных, так и оквоэных* широко применяется способ -проникающих сред (под названием «капиллярных»* «цветных», «люминесцентных ш других методов).

Особо эффективным оказывается использование жидкостей и порошковых суспензий, люминесцирующих под ультрафиолетовыми лучами. На хорошо обра­ ботанных металлических поверхностях, таким образом, могут быть выявлены трещины -с .раскрытием порядка микрона. Еще меньшие трещины, с раскрытием до полумикрона, могут быть обнаружены с помощью люминесцирующих м аг­ нитных порошков.

Люминесцентный метод может быть с успехом применен и для выявления микротрещин на поверхности бетонных и железобетонных конструкций и деталек.

56

ГЛАВА IV

ПЕРЕРАСЧЕТЫ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВИДЕТЕЛЬСТВОВАНИЯ

§ 1. Перерасчет конструкций

1-1. Перерасчеты на действие эксплуатационных нагрузок

Перерасчет обследованных конструкций оказывается необхо­ димым в следующих случаях:

rip« недостаточности или полном отсутствии расчетных данных,, с чем часто приходится встречаться при освидетельствованиях давно 'возведенных сооружений с несохранившейся документацией; прн наличии несоответствий между расчетными предпосылка­ ми и установленными при освидетельствовании фактическими данными в отношении принятой расчетной схемы, нагрузок, раз­

меров, свойств материалов и т. д.; при наличии дефектов и повреждений, влияющих на несущую'

способность и деформативность сооружения.

По данным перерасчетов устанавливается возможность нормаль­ ной эксплуатации сооружения или даются рекомендации о необ­ ходимых ограничениях (по величине нагрузки, скорости движения и т. д.), а также выявляются элементы и соединения, требующиеусиления.

Перерасчет по методу классификации принят прн определении несущей спо­ собности мостовых конструкций. Он может быть эффективно использован и в: отношении других типов сооружений.

На рис. 27 показан пример подобной классификации. Как видно из чертежа,, непосредственно по графику можно сразу выявить как наиболее слабые элемен­ ты, так и элементы, требующие усиления для обеспечения возможности эксплуа­ тации по заданному классу.

1-2. Перерасчет на испытательную нагрузку

Если в результате освидетельствования принимается решение о необходимости -проведения испытаний, то перерасчет завершает­ ся подсчетом требуемой испытательной нагрузки и определением

58

О t 2 3 4 5 ß 7 8 Ѳ Ю It 12

Рис. 27. График классификации главных ферм мос­ тового пролетного строения:

а —ферма; б —график классификации элементов фермы

•соответствующих усилий, напряжений, деформаций и> перемеще­ ний в исследуемых конструкциях. Эти подсчеты должны прово­ диться наиболее точными методами для -получения результатов, наиболее -близко- отражающих действительную работу проверяемо­ го сооружения.

§ 2. Выводы по результатам освидетельствования

На основании -произведенного' освидетельствования и выпол­ ненных перерасчетов составляется общая оценка состояния обсле­ дованного объекта и заключение о возможности его эксплуатации.

Указываются меры, необходимые для приведения и поддержания объекта в должном состоянии, и- требования, которые должны соблюдаться при его эксплуатации.

59