Метод измерения электрического сопротивления для контроля механических напряжений в стальных конструкциях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.01, кандидат технических наук Улыбин, Алексей Владимирович

• Улыбин, Алексей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Улыбин, Алексей Владимирович

1 Методы контроля напряженно-деформированного состояния эксплуатируемых стальных конструкций.

1.1 Напряженно-деформированное состояние стали.

1.1.1 Напряжения и их виды.

1.1.2 Стадии работы стали и ее разрушение.

1.2 Контроль и оценка напряженного состояния эксплуатируемых конструкций методом расчета.

1.3 Методы неразрушающего контроля.

1.3.1 Тензометрия.

1.3.2 Тензометрия с помощью углеродных волокон:.

1.3.3 Метод тензодобавок.

1.3.4 Магнитные методы.

1.3.5 Ультразвуковые методы.

1.3.6 Радиационные методы.

1.3.7 Метод на основе измерения собственной частоты колебаний.

1.3.8 Резистивный электроконтактный метод.

1.4 Выводы по главе и задачи исследования.

2 Теоретические основы резистивного электроконтактного метода.

3 Исследуемые модели, применяемое оборудование и погрешности измерения

3.1 Описание моделей и оборудования.

3.2 Погрешности при растяжении моделей.

3.3 Погрешности при поперечном изгибе моделей.

3.4 Погрешности при исследовании крупномасштабной модели.

3.5 Оборудование, применяемое для измерения электрического сопротивления.

4 Измерение электрического сопротивления и факторы влияющие на погрешность.

4.1 Влияние частоты тока на погрешность измерения.

4.2 Влияние потери контакта электродов датчика на погрешность измерения.

4.3 Влияние вида обработки поверхности на погрешность измерений.

4.4 Влияние химического травления поверхности стали на погрешность измерения.

4.5 Влияние термической обработки стали на погрешность измерения.

4.5.1 Влияние температуры на погрешность измерения.

4.6 Выводы по главе.

5 Зависимость электрического сопротивления от одноосных напряжений растяжения-сжатия в стали.

5.1 Исследования в упругой стадии работы.

5.1.1 Зависимость электрического сопротивления от растягивающих напряжений.

5.1.2 Зависимость электрического сопротивления от сжимающих напряжений.

5.2 Исследования в пластической стадии работы материала.

5.3 Зависимость сопротивления от механических напряжений при различной обработке поверхности.

5.4 Зависимость сопротивления от механических напряжений на диамагнитных материалах.

5.5 Зависимость сопротивления от механических напряжений при изменении температуры.

5.6 Влияние силы прижатия датчика на зависимость сопротивления от механических напряжений.

5.7 Влияние толщины исследуемых элементов на зависимость сопротивления от механических напряжений.

5.8 Выводы по главе.

6 Технология применения резистивного электроконтактного метода для контроля механических напряжений эксплуатируемых стальных конструкций.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод измерения электрического сопротивления для контроля механических напряжений в стальных конструкциях»

Актуальность темы исследования

В настоящее время в России и других странах строится и эксплуатируется большое количество зданий и сооружений с несущими строительными конструкциями, выполненными из стали. В связи с большим сроком эксплуатации существующих конструкций, а также большой неопределенностью совокупности факторов, влияющих на их работу, имеется необходимость проведения мониторинга их состояния. Необходимость проведения работ по мониторингу обосновывается требованиями ФЗ РФ № 384 от 30.12.2009 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», и ГОСТ Р 53778-2010 «Правила обследования и мониторинга технического состояния» и других документов.

Одними из основных параметров, контроль которых производится при мониторинге технического состояния, являются эксплуатационные механические напряжения в элементах стальных конструкций. Известные методы неразрушающего контроля напряженного состояния не могут в ряде случаев достаточно полно быть использованы, либо их использование затруднено, экономически не целесообразно или неэффективно.

Для особо важных зданий и сооружений актуальным является разработка и применение альтернативных средств мониторинга. Совокупное применение исследуемого в настоящей работе резистивного электроконтактного метода с другими традиционными методами контроля приведет к повышению безопасности строительных объектов и срока их эксплуатации.

Целью работы является повышение надежности, эксплуатационной безопасности и срока службы стальных строительных конструкций за счет применения резистивного электроконтактного метода для контроля механических напряжений.

Основные задачи исследования

1. Теоретически исследовать и определить зависимость электрического сопротивления, измеряемого в поверхностном слое стальных элементов при пропускании через него переменного электрического тока, от эксплуатационных одноосных механических напряжений растяжения-сжатия.

2. Провести экспериментальные исследования влияния внешних факторов, имеющих место при мониторинге напряженного состояния строительных конструкций, на результаты измерений.

3. Разработать технологию применения и внедрить резистивный электроконтактный метод для мониторинга напряжений в стальных конструкциях.

Объектом исследования являются элементы стальных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений.

Предметом исследования является метод измерения механических напряжений в стальных элементах строительных конструкций посредством измерения электрического сопротивления.

Методы исследования

Задачи исследования решались на основе применения апробированных разрушающих и неразрушающих методов контроля: механических испытаний, численных методов расчета, прикладной статистики и интерпретации статистических данных. Экспериментальные данные получены в ходе исследования физических моделей.

Зависимость величины электрического сопротивления от величины механических напряжений исследовалась теоретико-экспериментальным методом.

Научная новизна

1. Обнаружена и исследована аномально высокая чувствительность электрорезистивного эффекта в ферромагнитных конструкционных материалах с коэффициентом чувствительности AR/R, достигающим 2*10 "4 МПа"1.

2. Теоретически выявлена и экспериментально подтверждена линейная зависимость между электрическим сопротивлением (R), измеряемым на переменном токе, и одноосными механическими напряжениями растяжения -сжатия (а) при деформировании конструкционных сталей, обусловленная изменением магнитной проницаемости стали.

3. Разработан, апробирован и внедрен метод неразрушающего контроля одноосных напряжений в элементах стальных конструкций, основанный на измерении электрического сопротивления стали.

Практическая значимость работы

Использование результатов работы позволяет применять резистивный электроконтактный метод для кратковременного и длительного мониторинга напряжений в стальных элементах эксплуатируемых конструкций зданий и сооружений.

Результаты работы внедрены в ведущих организациях Санкт-Петербурга, специализирующихся на техническом обследовании и экспертизе промышленной безопасности зданий и сооружений: ООО «Высокие экспертные строительные технологии», ЗАО «НПО Ленкор», ПНИПКУ «Венчур».

Результаты исследования использованы при совершенствовании и разработке модификаций прибора СИТОН-ТЕСТ в ООО «Полюс-Тест» (Санкт-Петербург).

Степень достоверности результатов исследований

Достоверность результатов исследований подтверждается:

- проверкой установленной теоретически зависимости экспериментальным путем и метрологическим анализом результатов;

- применением оборудования, приборов и инструментов, прошедших метрологическую поверку и калибровку;

- использованием апробированных методов, методик и способов контроля, достоверностью исходных, расчетных и экспериментальных данных; 7

- использованием фундаментальных и общепринятых в физике и механике твердого тела положений, теорий, гипотез и допущений.

Положения, выносимые на защиту:

1. Линейная связь между электрическим сопротивлением (R), измеряемым на переменном токе, и одноосными механическими напряжениями растяжения -сжатия (а) при деформировании конструкционных сталей.

2. Аномально высокая чувствительность электрического сопротивления при изменении механических напряжений, характеризующаяся коэффициентом г\ = AR/R, достигающим 2*10"4 МПа , и обусловленная изменением магнитной проницаемости стали.

3. Применимость резистивного электроконтактного метода для мониторинга напряженно-деформированного состояния элементов эксплуатируемых стальных конструкций перекрытий.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 6 научно-практических конференциях:

1. «Капитальный ремонт и реконструкция зданий и сооружений» -Комитет по содержанию жилищного фонда, март 2006 г;

2. XI научно-методическая конференция ВИТУ «Дефекты зданий и сооружений. Усиление строительных конструкций», март 2007 г;

3. XIII научно-методическая конференция ВИТУ «Дефекты зданий и сооружений. Усиление строительных конструкций», март 2009 г;

4. «67-я научная конференция профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета», СПбГАСУ, февраль 2010 г.

5. XIV научно-методическая конференция ВИТУ «Дефекты зданий и сооружений. Усиление строительных конструкций», март 2010 г;

6. «Проблемы обследования зданий и сооружений и пути их решения», СПбГПУ, октябрь 2010 г.

По теме диссертации автором опубликовано 7 печатных работ, в том числе 3 в изданиях рецензируемых ВАК:

1. Улыбин А. В. Использование резистивного электроконтактного метода для контроля напряженно-деформированного состояния элементов стальных конструкций / А. В. Улыбин, С. Д. Васильков // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - 2009. - №6. - С. 155-160.

2. Улыбин А. В. Методы оценки напряженно-деформированного состояния стальных конструкций мостов // Транспортное строительство. - 2009. - №10. - С. 22-25.

3. Улыбин А. В. Оценка напряженно-деформированного состояния стальных балок перекрытий // Гидротехническое строительство. - 2009. - №12. - С. 25-27.

Автор выражает благодарность за консультирование и оказание технической помощи при написании диссертации В.А.Аксенову (каф. СКиМ ГОУ «СПбГПУ»), С.Д.Василькову (ГОУ «СПбИТМО»), В.Е.Гордиенко (ГОУ «СПбГАСУ»), Э.А.Кудряшову (каф. ИИТ ГОУ «СПбГПУ»), Б.Е.Мельникову (каф. Сопротивление материалов ГОУ «СПбГПУ»), М.М.Попову (каф. ПТСМ ГОУ «СПбГПУ») и своему научному руководителю Н.И.Ватину.

Заключение диссертации по теме «Приборы и методы измерения по видам измерений», Улыбин, Алексей Владимирович

Основные результаты диссертационного исследования Алексея Владимировича Улыбина на тему «Метод измерения электрического сопротивления для контроля механических напряжений в стальных конструкциях» использованы ООО «Высокие экспертные и строительные технологии» при обследовании строительных конструкций здания котельной участка тепловых сетей филиала ОАО «ТГК-9» «Коми» «Ухтинские тепловые сети», расположенной по адресу: г. Ухта, п. Ветлосян, ул. Кирпичная, д. 25 в апреле 2010 года.

Внедрение привело к сокращению сроков выполняемой работы.

Генеральный директор ООО «ВЭСТ»

А.П.Гусев

Юридический адрес: 195009, г. Санкт-Петербург, ул. Михайлова, д. 17, корп.7 р/сч N 40702810810000006192 в филиале «Петровский» ОАО Банк «Открытие», г.Санкт-Петербург к/сч 30101810400000000766 в ГРКЦ ГУ Банка России по Санкт-Петербургу БИК 044030766

КПП 780401001 ИНН 7810305540 Код по ОКПО 71384151

Почтовый адрес: 195009, г. Санкт-Петербург, ул. Михайлова, д. 17, корп.7, а/я 129. т/факс.: [phone] e-mail: westltd(®,yandex.ru

Производственное, научноисследовательское и проектно- © конструкторское учреждение ЩкУ ВЕНЧУР

Венчур»

195251 Санкт-Петербург, ул. Политехническая д. 29 тел. [phone]

В Диссертационный совет Д 212.229.10 приГОУ ВПО«СПбГПУ»

СПРАВКА О ВНЕДРЕНИИ результатов диссертационного исследования

Методика контроля эксплуатационных напряжений, разработанная Улыбиным Алексеем Владимировичем в ходе диссертационного исследования на соискание ученой степени кандидата технических наук на тему «Метод измерения электрического сопротивления для контроля механических напряжений в стальных конструкциях» использована ПНИПКУ «Венчур» в ходе выполнения работ по обследованию стальных конструкций на следующих объектах:

1. Обследование конструкций здания Кировского завода по адресу: Санкт-Петербург, пр. Стачек, д.45, корп.2, литер А - октябрь 2009г.

2. Обследование конструкций здания цела №202 филиала. «Ленинградский металлический завод» ОАО «Силовые машины» -февраль 2008 г.

3. Обследование подкрановых путей, ремонтного вагонного депо ВЧД-14 Октябрьской железной дороги в г. Тверь - сентябрь 2009г.

В ходе исследований осуществлялся неразрушающий контроль приращения одноосных напряжений в элементах конструкций посредством измерения приращения электрического сопротивления стали.

Применение результатов диссертационной работы позволило . контролировать напряжения в ходе испытаний конструкций без использования тензометрических датчиков, что привело к сокращению времени испытаний в 3, а затраченных средств в 1,5 раза.

Руководитель ПНИПКУ «Венчур»

Полюс

Тест

Генеральный директор ООО «Полюс-Тест»