ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ КОМПЪЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ КОНТРОЛЯ СТРУКТУРЫ ИСКУССТВЕННОЙ КРОВЛИ ШАХТНЫХ ВЫРАБОТОК
Я. А. Сериков, к.т.н., профессор Харьковский национальный университет городского хозяйства имени А.М. Бекетова
E-mail: yserikov@yandex.ru
Особенности технологического процесса монолитного строительства, в том числе при сооружении искусственной кровли горных выработок, в ряде случаев вызывают появление плоскостей расслоения бетона, которые снижают физикомеханические свойства объектов, их надежность в целом. Такие структурные неоднородности могут формироваться непосредственно в процессе строительства конструкций или сооружений или проявляться в течение эксплуатации, например из-за влияния динамических нагрузок. Такое положение вызывает необходимость разработки соответствующих методик и средств контроля, которые имели бы необходимые точность, надежность полученных результатов, а также характеризовались достаточной оперативностью в обработке результатов измерений и получении конечных результатов.
Опубликованные результаты исследований, проводимых в настоящее время в странах СНГ и за рубежом, показывают, что наиболее приемлемым и перспективным является направление разработок, основанное на неразрушающих методах контроля, которые используют параметры упругих волн в качестве характеристики структуры и прочности бетона.
Отличительной характеристикой бетона, в плане его контроля неразрушающими методами с помощью упругих волн, является то, что он является гетерогенным композиционным материалом. В таких материалах зависимость «скорость распространения упругих волн – физико-механические характеристики бетона» является корреляционной, что влечет необходимость обработки значительного объема данных измерения. Второй особенностью бетона является интенсивное затухание высокочастотных составляющих спектра зондирующего сигнала при распространении упругой волны. Это вызывает необходимость снижения частотного диапазона зондирующих сигналов в область низких частот, в котором длина волны упругих колебаний больше чем размеры преобразователей «упругие колебания – электрический сигнал». Данное обстоятельство приводит к тому, что излучающий и приемный преобразователи являются источниками формирования сферических волн, или волн со слабо выраженной диаграммой направленности. Учитывая это, при исследовании распространения упругих волн в монолитном бетоне были приняты принципы геометрической акустики. Основными принципами геометрической акустики являются известные принципы Гюйгенса и Ферма. В соответствии с принципом Гюйгенса каждую точку фронта упругой волны в каждый момент времени t можно представить в виде элементарного источника колебаний. При возбужденной упругой волны точечным источником ее фронт, в процессе распространения, в зависимости от упругих свойств среды, занимает в одинаковые моменты времени различные положения в контролируемой среде. Поверхности, с которыми фронт волны совпадает в разные моменты времени, называют изохронами. Для однородной изотропной среды изохроны представляют собой сферические поверхности. В случае же анизотропной среды, которой соответствует структура бетона, изохроны могут принимать сложный вид в зависимости от вида упругой симметрии контролируемой среды – количества и
гранулометрического состава крупного заполнителя в тяжелом бетоне и гранулометрического состава песка в мелкозернистом.
Использование принципов Гюйгенса - Ферма в данном случае дает возможность решить любую задачу геометрической акустики, для которой необходимо распределение скорости упругих волн в среде, а значит и использовать эти результаты при исследовании материалов типа бетона. При аналитическом решении задач акустики их использование затруднено из-за громоздкости математического аппарата.
Рисунок 1. Структурная схема информационной контрольно-измерительной системы для исследования структуры монолитного бетона: 1, 2 - преобразователи упругих колебаний в электрический сигнал; 3 - бетон монолитной конструкции; 4 - синхронизатор; 5 - генератор зондирующих сигналов; 6 - измеритель t; 7 - осциллографический индикатор; 8 - усилитель информационного сигнала; 9 - плоскость расслоения бетона; а, б, с, i - места установки приемного преобразователя; 10 - компьютер
В связи с такой постановкой задачи для исследования свойств бетонов в монолитных сооружениях была разработана информационная контрольноизмерительная система (рис. 1). Одной из задач, которые решались при разработке системы, было обеспечение оперативности получения конечного результата с выполнением условия минимизации трудовых затрат. С этой целью разработан специализированный программный модуль, позволяющий решить ряд прикладных задач для обеспечения возможности автоматизации обработки данных, полученных в результате измерительного эксперимента, визуализации результатов контроля. Программа по своим функциональным возможностям позволяет определять отсутствие или наличие плоскостей расслоения бетона, изменений в структуре бетона, которые в данный момент или по окончанию некоторого периода времени могут существенно влиять на эксплуатационные характеристики объекта контроля.
Список литературы:
1.Геофизические методы поисков и разведки / Под ред. В.П.Захарова, Москва : Недра, 1982.
2.Serikov J. А. Improvement of the Methods and Means Used in Nonlinear Acoustics for Diagnostics of Items,Constructions and Structures Made of Cast-in-Situ Concrete. Nonlinear Acoustics at the beginning of the 21st Century //16th International Symposium on Nonlinear Acoustics «Isna – 16», Москва : МГУ, 2002. – v. 2, рр. 843 – 846.
3.Serikov J. / Researches of junctions of concrete by a glue by a ultrasonic impulse method. «Science, Education and Society»/ 11th International Scientific Conference, Zilina, Slovac Repablic, 2003. Рр. 315 – 318.
4.S. Martin, «Ultrasonic NDE of Concrete», Ieee Ultrasonics Symposium, Germany, Munich, 2002. Рр. 739 –742.